[实用新型]一种具有掺杂和包覆双修饰的锂离子电池正极结构

说明书

本实用新型提供了一种具有掺杂和包覆双修饰的锂离子电池正极结构，包括锂离子电池正极活性材料本体、掺杂金属离子、包覆层和具有钉扎效应的结构体。所述掺杂金属离子在掺杂过程中形成包覆物，包覆物构成包覆层，包覆层团聚在正极活性材料本体外。本实用新型将体相掺杂与表面包覆两种对锂离子电池正极材料的改性手段通过一步退火实现正极材料金属离子掺杂以及相应金属元素化合物表面包覆的双修饰效果，故可达到由内而外稳定锂离子电池正极活性材料的体相结构和表面结构，兼顾内部本体结构与表面保护结构的相容性，从而提高锂离子电池正极活性材料在电化学循环过程中离子输运扩散的整体动力学行为。

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种具有掺杂和包覆双修饰的锂离子电池正极结构。

背景技术

锂离子电池正极活性材料在很大程度上决定了电池的性能和价格。为了提高资源的利用率，对正极活性材料的设计与改性是锂离子电池研究领域内的主要内容之一，其中掺杂和包覆是对已有正极活性材料本体有效改性的两大方法。目前，掺杂改性中多采用具有与正极活性材料所含金属阳离子半径相近的掺杂离子，以替代正极活性材料中的金属离子，主要分为过渡金属离子掺杂、异价元素掺杂、稀土元素掺杂、重元素掺杂等；包覆改性中，包覆材料的选取根据不同包覆材料的特性与改性目的进行选择，主要包括金属氧化物、氟化物、磷酸盐、快离子导体等。随着锂离子正极活性材料改性研究的深入，采用掺杂和包覆的双修饰手段改进正极活性材料性能的相关研究也逐渐出现，但目前掺杂包覆双修饰的研究都停留在两步退火处理法，通过一步退火处理直接达到掺杂和包覆双修饰改性目的的技术手段还未见报道。本课题组在前期研究中提出了一种采用一步退火处理法在包覆过程中实现正极活性材料本体表面区域的自掺杂，从而制备具有钉扎效应的正极活性材料结构，可有效地增强包覆层结构在正极活性材料表面的稳定性，可以提高改善正极活性材料在电化学循环表面结构的稳定性和耐用性，但是对正极活性材料本体在电化学循环中整体锂离子输运特性改善具有一定的局限性。

本实用新型提供了一种掺杂过程中自包覆共改性锂离子电池正极活性材料的双修饰结构，以发挥在正极活性材料体相掺杂金属离子改善其电化学循环性能的优势，同时在其表面形成包覆层以保持正极活性材料本体在电化学循环过程中表面结构的稳定性和耐用性，从而一步实现金属离子体相掺杂和其化合物表面包覆的双修饰改性效果。该结构由一步退火处理法制备，兼顾体相掺杂和表面包覆的双修饰改性优势，有效增强锂离子正极活性材料的整体电输运特性。

实用新型内容

本实用新型提出了一种具有掺杂和包覆双修饰及钉扎效应的锂离子电池正极结构，该结构实现了内部体相掺杂金属元素提高正极活性材料本体的电化学性能，并同时在其表面形成保护正极活性材料本体结构的包覆层。

实现本实用新型的技术方案是：

一种具有掺杂和包覆双修饰及钉扎效应的锂离子电池正极结构，包括锂离子电池正极活性材料本体、掺杂金属离子、包覆层和具有钉扎效应的结构体。

所述掺杂金属离子在掺杂过程中形成包覆物，包覆物构成包覆层，包覆层团聚在正极活性材料本体外。

选取一种或几种掺杂金属离子，满足掺杂元素离子半径与正极活性材料中过渡金属离子半径相差较大，避免形成连续固溶体，且在正极活性材料本体内很容易达到饱和掺杂，并保持活性材料本体晶体结构，同时可在正极活性材料本体表面原位形成一种或几种包覆物，从而获得双修饰改性后的正极活性材料。

上述中掺杂金属离子在正极活性材料本体表面原位形成的一种或几种包覆物，其化学组分是由制备过程中所采用的的退火温度、退火气氛和选取的掺杂元素M与正极活性材料本体中的阴阳离子共同决定，最终经过一步退火处理形成具有掺杂与包覆双修饰改性效果的锂离子电池正极活性材料。

所述具有钉扎效应的结构体置于包覆层界面内，具有钉扎效应的结构体由掺杂金属和包覆物团聚形成。