[发明专利]一种具有导电性复合包覆层的锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有导电性复合包覆层的锂离子电池正极材料，由正极活性物质基体和包覆在该基体表面的纳米In₂O₃和Li₂B₄O₇复合层组成。还公开了一种工艺路线简单，湿法包覆混合的液固比低，易于实现工业化生产的电池正极材料制备方法。一方面，纳米In₂O₃具有良好的电子导电性，Li₂B₄O₇具有良好的离子导电性，二者协同作用使锂离子电池正极材料同时兼具良好的离子导电性和电子导电性，提升了正极材料的倍率性能；另一方面，纳米In₂O₃提供键能较大的In‑O键，Li₂B₄O₇能在较宽的电压范围内保持电化学惰性，二者复合包覆于正极材料表面能提高正极材料的化学稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种具有导电性复合包覆层的锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因具有高比能量、长循环寿命、自放电小、无记忆效益和绿色环保的特点，已广泛应用于消费类电子领域。近年来随着一些无人电子设备(如无人水下航行器、无人机)、电动工具、电动汽车等发展的需求，锂离子电池在动力电池领域应用越来越广泛。开发具有高能量密度、高功率、长寿命、安全性能好的锂离子电池具有很好的市场前景。

正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，电池性能的好坏主要受制于正极材料。然而正极材料在长期锂脱嵌过程中，因为锂空位导致结构不稳定甚至坍塌，尤其是在高温高电压下会加剧界面和电解液的副反应，加剧正极材料中过渡金属的溶解，产生气体造成电池鼓胀，电解液的消耗降低了锂离子和电子的传导率，最终影响电池的循环寿命、安全性能和倍率性能。对正极材料进行表面包覆可以抑制和电解液的界面副反应，提高热稳定性、结构稳定性、循环性能和倍率放电性能等。

目前常见的包覆物主要有金属、氧化物、复合氧化物、磷酸盐、氟化物、碳材料和导电聚合物等，虽然上述包覆物可以抑制正极材料和电解液的副反应，但是几乎没有一种物质同时兼具良好的离子导电性和电子导电性。中国专利CN105655576A公开了一种采用四硼酸锂包覆正极材料的方法，四硼酸锂具有由[BO₃]三角体和[BO₄]四面体构成的三维网络能够构成锂离子通道，具有良好的离子导电性，然而电子电导性不佳，专利中未体现出对倍率性能的改善。

因此，需要找到一种兼具离子导电和电子导电的正极材料包覆方式，全面改善电池的循环稳定性、安全性能及倍率性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种具有良好的化学稳定性以及电子、离子导电性，且高温高电压抗腐蚀性能、循环性能、存储性能和安全性能俱佳的复合氧化物包覆改性的锂离子电池正极材料。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为提供一种具有导电性复合包覆层的锂离子电池正极材料，由正极活性物质基体和包覆在该基体表面的纳米In₂O₃和Li₂B₄O₇复合层组成。

上述的锂离子电池正极材料中，所述的纳米In₂O₃是一种新的n型透明半导体功能材料，具有较宽的禁带宽度、较小的电阻率，并且相比氧化铝等其它惰性包覆材料，氧化铟的电子导电性更优；同时包覆氧化铟后In-O键的键能较正极材料表面金属与氧的要大，使得在高温条件下被包覆的正极材料稳定性提升，同时弱化了部分Li-O键的作用，因此采用本申请所提供的正极材料的锂离子电池在高温高电压下的循环性能和安全性能都有显著提高。