[发明专利]一种复合锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合锂离子电池正极材料，包括第一颗粒和第二颗粒中的一种或两种，其中第一颗粒包括芯部和外壳以及填充于芯部和外壳间的夹层，芯部由LiFeBO₃形成，夹层由无定形碳形成，外壳由Li₅FeO₄形成；所述第二颗粒由若干第一颗粒烧结形成。本发明制备的正极材料包括第一颗粒和第二颗粒中，其中第一颗粒包括芯部和外壳以及填充于芯部和外壳间的夹层，芯部由LiFeBO₃形成，夹层由无定形碳形成，外壳由Li₅FeO₄形成，第二颗粒由若干第一颗粒烧结形成，形成的三层包覆结构有利于电极材料与电解液的接触，有利于消除或缓解材料表面的“空气敏感效应”、锂离子的脱嵌，材料的电子电导率提高，从而可显著提高LiFeBO₃的倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池制备领域，涉及一种复合锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子二次电池近年来已在各种便携式电子产品和通讯工具中得到广泛应用，并被逐步开发为电动汽车的动力电源。此中，新型电极材料特别是正极材料的研制至为关键。

锂离子电池正极材料中，聚阴离子型化合物(XO_m)^n-(X＝P、B、S等)具有结构稳定、安全性能好等优点而成为正极材料的研究热点。在聚阴离子型化合物(XO_m)^n-(X＝P、B、S等)中，硼酸盐LiMBO₃(M＝Fe、Mn、V)作为正极材料具有比磷酸盐材料更高的比容量(220～230mAh/g)，并且三角面BO₃^3-的存在使得材料在电化学氧化还原过程中只需较低的活化能。LiMBO₃(M＝Fe、Mn、V)具有的上述优势被认为是新型的、具有潜在竞争力的正极材料，尤其是LiFeBO₃正极材料，其比容量高达220mAh/g，平均工作电压平台3.2V，因而LiFeBO₃受到广泛关注。

与磷酸铁锂相比，硼酸铁锂的优势在于：更高的比容量(约220mAh/g)，更好的导电性(电导率约3.9×10^-7S/cm)，极小的体积变化率(约2％)。这一材料可作为LiFePO₄(磷酸铁锂)的替代材料。从结构上来说，BO₃^3-比PO₄^3-的摩尔质量小得多(58.8<95)，且硼酸铁锂的结构能够同时提供锂离子导电和电子导电。但是这种材料有一致命的缺陷，就是对水和氧气都比较敏感，常温下接触少量空气就会在LiFeBO₃表面发生“空气敏感效应”产生缺锂相，从而在材料表面生成杂质，使得这个材料的比容量迅速降至70mAh/g，对其商业化应用前景带来很大的障碍；此外，LiFeBO₃材料电子电导率较低导致其倍率性能差，这是由于其较低的电导率导致其在充放电过程中无法实现电子和离子的协同输运。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合锂离子电池正极材料及其制备方法，制备的正极材料包括第一颗粒和第二颗粒中，其中第一颗粒包括芯部和外壳以及填充于芯部和外壳间的夹层，芯部由LiFeBO₃形成，夹层由无定形碳形成，外壳由Li₅FeO₄形成，第二颗粒由若干第一颗粒烧结形成，形成的三层包覆结构有利于电极材料与电解液的接触，有利于锂离子的脱嵌，材料的电子电导率提高，从而可显著提高LiFeBO₃的倍率性能和循环性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：