[发明专利]一种表面化学修饰的锂电池正极材料及其应用

说明书

本发明涉及锂电池正极材料的表面化学修饰，提供一种表面化学修饰的正极材料，其特征在于，正极材料颗粒表面覆盖一层表面修饰层。所述表面化学修饰的正极材料，在1 C下循环100圈的放电比容量达到70~140 mA h g^‒1，容量保持率为85~92%。还提供所述表面化学修饰的正极材料粉体的用途，用于锂电池正极材料。本发明的表面化学修饰的正极材料，其颗粒表面具有常压、室温环境条件下、原位形成的聚合物修饰层，这有利于抑制电解液与活性物质的直接接触，提高正极材料的倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池（简称锂电池）正极材料的表面化学修饰，属于锂电池电极材料表面改性技术领域。

背景技术

正极材料（又称为阴极材料）是锂电池的重要组成部分，它决定着锂电池的能量密度、循环稳定性、安全性和成本（Electrochimica Acta, 2016, 222, 685-692）。常见的锂电池正极材料有：钴酸锂(LiCoO₂，简写为LCO)、锰酸锂(LiMn₂O₄，简写为LMO)、磷酸铁锂(LiFePO₄，简写为LFP)和锰、镍掺杂钴酸锂三元电极材料(LiNi_xMn_yCo_zO₂, x + y + z = 1)。上述正极材料在实际应用过程中存在着两种重要的问题：一是正极材料电子电导率和离子电导率低的问题；二是正极材料暴露于环境空气中性能衰减的问题，即老化问题。

早在2008年就有科研工作者发现，正极材料（如LFP、碳包覆LFP (LFP/C)）暴露于空气中或与水接触，由于Li的亲水性会导致正极材料脱锂，从而导致其电化学性能衰减（Electrochemical and Solid-State Letters, 2008, 11, A4-A8; Journal of PowerSources, 2008, 185, 698-710; Electrochemical and Solid-State Letters, 2008,11, A12-A16.）。正极材料在称量、分装、取用及电极制作过程中会与环境空气接触，与空气接触后的正极材料经历长时间储存（一月或数月）后，其电化学性能会明显降低。

CN1617371A公开了一种表面修饰锂离子电池正极材料及其制备方法，该方法首先是将锂离子正极粉体材料Li－M₁M₂－O (M1、M2＝Co、Mn、Ni、Cr)放入浓度为0.05～2.00mol/L的含有机物质的水溶液，将此混合物置于带搅拌的水热反应器中，于150～200℃，经0.1～4.0小时反应，将反应后溶液喷雾干燥，则可得到包覆有均匀碳微球的正极材料。

CN102544514A公开了一种表面碳修饰锂离子电池正极材料及其制备方法，该制备方法首先是制得锂离子电池正极材料LiMn_0.5Ni_1.5O₄，再用制得的LiMn_0.5Ni_1.5O₄与有机物溶液在80～100 °C的加热条件下均匀搅拌并发生化学反应15～60分钟，得到表面包覆有高分子的锂离子电池正极材料，经过过滤、洗涤和烘干，然后在惰性气氛中于550~750 °C碳化，从而得到表面碳修饰的锂离子电池正极材料。