[发明专利]一种纳米粒子包覆钴酸锂正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米粒子包覆钴酸锂正极材料的制备方法，所述方法简单易操作，成本低，耗时短，所述方法在正极材料中掺杂Nb离子，对正极材料晶格中的Co离子位点进行同晶取代，改变晶格参数，获得电化学性能优良的无机电解质；本发明中所述的离子键修饰的氧化镁纳米粒子填料可以在正极材料中均匀分散，有效抑制了聚合物基体的结晶，进而保障了离子电导率的提高。

所属技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种纳米粒子包覆钴酸锂正极材料的制备方法。

背景技术

对于锂二次电池用正极活性材料，广泛使用含锂的钴氧化物(LiCoO₂)。另外，可还使用含锂的锰氧化物如具有层状晶体结构的LiMnO₂、具有尖晶石晶体结构的LiMn₂O₄等以及含锂的镍氧化物(LiNbO₂)。

LiCoO₂是目前商业化锂离子电池的主要正极材料，但是它存在价格昂贵、不利于环保，比容量低等缺点。LiNbO₂掺杂Co元素的正极材料同时具有了LiNbO₂材料较高的放电比容量，又稳定了材料的层状结构，增强了材料的循环稳定性，但是这种材料也存在耐过充能力差、热稳定性较差、首次放电不可逆容量较高等缺陷。

硫作为正极材料，理论比容量高达1675mAh/g，理论放电电压为2.287 V，二次锂硫电池的电极理论能量密度为2600Wh.kg^-1，是目前已知的除锂氧以外能量密度最高的二次锂电池体系，但硫正极存在导电性差、放电中间产物多硫离子穿梭效应等问题，致使锂硫电池循环性能和倍率性较差，难以实际应用。目前主要通过电极、电解液改性的方式缓解穿梭效应，但这并不能从根本上解决问题。而采用聚合物电解质、无机固态电解质可以从根本上解决穿梭效应。

聚氧化乙烯是应用最为成熟的固态电解质聚合物基体材料，锂离子通过与聚氧化乙烯中乙氧链段的络合达到在体系中传导的目的。但是，线型的聚氧化乙烯在室温下容易结晶，阻碍锂离子的传导，无法直接作为固态电解质材料。除了通过交联、共聚等方法调整聚氧化乙烯基电解质结构可以抑制基体的结晶，在其中掺杂无机纳米填料构建复合固态电解质体系也是破坏聚合物链段规整度的可行手段。

发明内容

本发明提供一种纳米粒子包覆钴酸锂正极材料的制备方法，所述方法简单易操作，成本低，耗时短，所述方法在正极材料中掺杂Nb离子，对正极材料晶格中的Co离子位点进行同晶取代，改变晶格参数，获得电化学性能优良的无机电解质；本发明中所述的离子键修饰的氧化镁纳米粒子填料可以在正极材料中均匀分散，有效抑制了聚合物基体的结晶，进而保障了离子电导率的提高。

为了实现上述目的，本发明提供一种纳米粒子包覆钴酸锂正极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

（1）制备铌改性钴酸锂

该铌改性钴酸锂的化学式为LiCo_1-x-yFe_xNb_yO₂，其中：x=0.12-0.15，y=0.02-0.03，按照上述化学式中的Li、Fe、Nb、Co的摩尔量称取碳酸锂、乙酸铁、氧化铌和氧化钴，以适量的水和乙醇为分散介质，对称取的原料进行湿法球磨混料，得到混合好的浆料；将混合好的浆料进行喷雾干燥，得到钴酸锂前驱体粉；

对前驱体粉在还原性气氛下施以等离子电弧，使反应粉料熔融，等离子电弧电压20-40kV，等离子电弧电流500-1000A；

将熔融反应粉料用还原性气体喷射入冷却装置内，冷却后对颗粒粉碎筛分，筛分得到的颗粒大小为5-10微米的铌改性钴酸锂材料；其中所述用于喷射的喷嘴直径2-5mm；

（2）将铌改性钴酸锂、硫化锂湿磨得到正极活性物质；

（3）制备复合氧化镁纳米粒子填料