[发明专利]一种掺杂型锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

一种掺杂型锂离子电池正极材料的制备方法，采用多元素掺杂改性的碳对锂离子电池正极材料进行包覆，得到一种掺杂型锂离子电池正极材料，该材料的导电性明显提高，循环性能和倍率性能显著提升；包含以下操作步骤：(1)将锂离子电池正极材料粉末、无机碳源、硫脲溶于去离子水中，锂离子电池正极材料粉末与无机碳源的质量比为1:0.01～0.1，充分超声搅拌混合，所得混合物在油浴锅中充分搅拌挥发，得到粘稠状反应物料；(2)将步骤(1)反应后所得物料转移到石墨舟中，在惰性气氛下500～1000℃煅烧5～12h，得到掺杂型锂离子电池正极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种掺杂型锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

随着科技的进步和经济的发展，锂离子电池应用越来越广泛。以磷酸铁锂材料制备的锂离子电池具有极高的安全性、长循环寿命、高可靠性以及低成本性，已成为我国汽车动力电池以及储能电池的主流。具有橄榄石结构的LiFeP04更以其价格低廉、环境友好、热稳定性好等诸多优点脱颖而出。三元正极材料具有容量高、工作电压高、成本低廉等优点，被认为是构建高能量密度锂离子电池最有希望的正极材料。然而，两者都存在电子电导率和离子扩散率较低等不容忽视的缺点，严重制约了其应用。

有效的改善方法为：缩小颗粒的粒径尺寸、对颗粒内部进行晶相掺杂、以及对颗粒表面进行改性。研究发现，纳米级正极材料的电位值比微米级材料的电位值更高，这证明粒径越小，材料的极化程度越低，可逆性能就越好。同时，研究表明阳离子掺杂可以改善容量保持率、循环寿命、热稳定性和结构稳定性。但是与减少粒径大小和晶相掺杂相比较，对正极材料进行表面修饰更加有利于电池电化学性能的提升，其中应用最为广泛的为碳包覆。石墨碳是一种极好的导电体，其包覆在材料的表面，可以为电子提供一个连续的通道，减小颗粒间的界面阻力，防止电极材料被腐蚀，削弱电极材料中的活性物质在脱嵌Li+的过程中所引起的体积效应。但是传统方法制备的碳包覆结构容易脱落，倍率及稳定性等方面较差，难以达到人们所期望的理想水平。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出一种掺杂型锂离子电池正极材料的制备方法，采用多元素掺杂改性的碳对锂离子电池正极材料进行包覆，得到一种掺杂型锂离子电池正极材料，该材料的导电性明显提高，循环性能和倍率性能显著提升。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种掺杂型锂离子电池正极材料的制备方法，包含以下操作步骤：

(1)将锂离子电池正极材料粉末、无机碳源、硫脲溶于去离子水中，锂离子电池正极材料粉末与无机碳源的质量比为1:0.01～0.1，充分超声搅拌混合，所得混合物在油浴锅中充分搅拌挥发，得到粘稠状反应物料；

(2)将步骤(1)反应后所得物料转移到石墨舟中，在惰性气氛下500～1000℃煅烧5～12h，得到掺杂型锂离子电池正极材料。

优选地，步骤(1)中所述锂离子电池正极材料为LiCoO2、LiMnO2、LiFePO4或LiaNi1-x-yCoxMyO2中的一种；其中，所述LiaNi1-x-yCoxMyO2中的M为Mn、Al或Ti中的中的一种，0.95≤a≤1，0≤x≤1，0≤y≤1。

优选地，步骤(1)中所述无机碳源为葡萄糖、蔗糖、果糖、PVP中的一种。

优选地，步骤(2)中所述的煅烧的升温速度为5～10℃/min，煅烧温度为750～950℃，煅烧时间为8～12h。

优选地，步骤(2)中所述惰性气氛为氮气、氩气或氦气气氛中的一种。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明方法对锂离子电池正极材料同时进行碳包覆和硫掺杂，与原材料相比，本发明制备所得产品的倍率、电化学性能等都有显著提升；