[发明专利]一种高电压高容量锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高电压高容量锂离子电池正极材料及其制备方法。本发明的制备方法为：先用高温固相反应法结合机械球磨合成具有层状结构的HT‑Li‑CoO₂型的Li_1+xMg_xCo_1‑xO₂粉体材料；随后利用Pechini法合成NASICON型的Li_1.4Al_0.4Ti_1.6(PO₄)₃前驱体凝胶，利用机械球磨法涂覆于Li_1+xMg_xCo_1‑xO₂粉体材料表面，并利用高温反应在粉体材料表面原位合成Li_1.4Al_0.4Ti_1.6(PO₄)₃固体锂离子导体膜。使用本发明正极材料的锂离子电池在充电截止电压4.5V下具有长循环寿命，甚至可以高达4.6V，相应的正极放电容量超过180mAh/g；且此材料具有制备工艺相对简单，使用的原材料丰富、价格低等优点，适合于大规模工业化生产，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体地说是一种高电压高容量锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

可充电式的锂离子电池广泛的应用于各种3C电子产品，在移动互联网时代已经成为我们生活不可或缺的一部分，今后随着5G时代和物联网时代的到来将有更广阔的应用空间。目前的3C电子产品用的锂离子电池使用的正极材料以钴酸锂(LiCoO₂)为主，因为其单位体积容量是最高的，但是其能够稳定循环的理论容量一般不超过145mAh/g，充电截止电压不超过4.2V，也就是说每两个钴酸锂只能脱出1个Li⁺，否则结构会不稳定，从而导致目前的3C锂离子电池产品体积能量密度一般不超过450Wh/L，越来越难以满足市场的需求。

如果需要进一步的提高能量密度，则不得不进一步的脱出剩余的Li⁺，也就是提高充电截止电压，但是在理论上LiCoO₂的层状结构会随之崩塌，从而导致电池的快速失效，这已被无数的实验所证明。

发明内容

本发明的目的在于解决LiCoO₂正极材料为了保持结构的稳定最多释放出一半的Li⁺的问题，提供一种高电压高容量锂离子电池正极材料及其制备方法，以提高充电截止电压和大幅度提高正极材料的实际容量上限。

为此，本发明采用的技术方案如下：一种高电压高容量锂离子电池正极材料的制备方法，其包括步骤：

1)先用高温固相反应法并结合机械球磨合成具有层状结构的HT-Li-CoO₂型的Li_1+xMg_xCo_1-xO₂粉体材料，所述的x为0.01-0.075；

2)利用Pechini法合成NASICON型的Li_1.4Al_0.4Ti_1.6(PO₄)₃固体电解质前驱体凝胶；