一种改性锂离子电池正极材料及其制备方法技术

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池正极材料的改性方法，特别是一种用锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料及其制备方法。
技术介绍
目前磷酸铁锂(LiFePO4)是动カ电池常用的正极材料之一，它具有结构稳定性好，循环寿命长，相对安全和原材料价格低廉，无毒等优点。但由于材料的导电性差(电导率只有10_8S/Cm)，导致其低温和大电流充放电性能较差，不能完全满足电动汽车快速充放电以及低温环境使用的需要。其它的材料如磷酸钒锂Li3V2 (PO4) 3、复合层状正极材料XLi2MnO3α-x)LiMO2 (其中Μ=Μη、Ni、Co、Fe等)等，都存在导电性差等缺陷，严重限制了其低温和大电流充放电能力。另外，尖晶石型锰酸锂(LiMn2O4)正极材料，由于Mn3+离子在电解液中的溶解以及充放电过程中的晶格畸变，造成材料循环性能比较差。这些缺陷在很大 程度上限制了锂离子电池的大規模应用。因此，迫切需要寻找ー种能够有效改善材料的离子传输特性和表面特性的改性方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了ー种改性锂离子电池正极材料及其制备方法，该方法改善了材料的导电性能和表面特性，从而达到提高比容量，改善充放电效率、倍率性能、循环性能和温度适配性的目的。本专利技术的技术方案为ー种改性锂离子电池正极材料，其特征在于所述的改性锂离子电池正极材料是由锂快离子导体与锂离子电池正极材料复合而形成的，其中锂快离子导体和锂离子电池正极材料的摩尔比为η 1, η的范围为0〈η彡O. 15。本专利技术所述的锂离子电池正极材料可以是磷酸铁锂、磷酸钒锂、锰酸锂、钴酸锂、三元系或复合层状正极材料XLi2MnO3(I-X)LiMO2 (其中M= Mn、Ni、Co、Fe等,O < χ < I),还可以是由上述材料通过其它改性方法而延伸出来的材料体系。本专利技术所述的锂快离子导体可以是钙钛矿型锂快离子导体、Nasicon型锂快离子导体、Lisicon型锂快离子导体或Garnet型锂快离子导体。本专利技术所述的钙钛矿型锂快离子导体可以是Laa57Lia3TiOpLao. 475L10.475^^0. 05Ti03> La1156Lici 258IiOi 928Fi1O72 或 Sr0.5La_0.05Lι0.35Γi0.5Ca115O3。本专利技术所述的Nasicon型锂快离子导体可以是LUna Ji1.ボル、Lii. 3八1。. 3打1.7Ρ3Ο12 或 Li12Sc0 2Zr0 2Ti1 6 P3O12。本专利技术所述的Lisicon型锂快离子导体可以是Li125Gea25Pa75S415本专利技术所述的Garnet型锂快离子导体可以为Li5La3M2012(M=Ta、Nb)或Li6ALa2M2O12(A=Ca、Sr、Ba, M=Ta> Nb)。本专利技术所述的锂离子电池正极材料和锂快离子导体的复合方式可以是锂快离子导体包覆在锂离子电池正极材料表面，或者锂离子电池正极材料与锂快离子导体固溶形成固溶体，或者是上述两种复合方式的联合使用。本专利技术所述的改性锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于合成步骤为把制备锂离子电池正极材料和锂快离子导体所需的原料按照所要制备的改性锂离子电池正极材料的化学计量比混合后，在空气或非氧化性气氛中经过固相高温烧结即可得到改性锂离子电池正极材料。本专利技术所述的改性锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于合成步骤为先按照所要制备的改性锂离子电池正极材料的化学计量比称取原料分别制备锂离子电池正极材料和锂快离子导体，然后采用固相法使二者混合均匀后，再经空气或非氧化性气氛中固相高温烧结即得到改性锂离子电池正极材料。本专利技术所述的改性锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于合成步骤为先按照所要制备的改性锂离子电池正极材料的化学计量比称取原料制备锂离子电池正极材料，再采用液相方法使制备好的锂离子电池正极材料与按照所要制备的改性锂离子电池正 极材料的化学计量比称取的制备锂快离子导体所需要的原料混合均匀后，经空气或非氧化性气氛中固相高温烧结即得到改性锂离子电池正极材料。需要特别说明的是，无论是固相法还是液相法(如燃烧法、溶胶凝胶法、水热合成法、共沉淀法等)，都可以得到锂离子电池正极材料和锂快离子导体二者的复合物即改性锂离子电池正极材料，区别在于不同合成方法得到的改性锂离子电池正极材料的性能会有所差别，其中液相法得到的改性锂离子电池正极材料性能优于固相法。本专利技术制备的改性锂离子电池正极材料与现有锂离子电池正极材料或其它方法改性得到的锂离子电池正极材料相比具有以下优点该改性锂离子电池正极材料改善了锂离子电池正极材料的导电性能和表面特性，从而提高了锂离子电池的比容量，改善了其充放电效率、倍率性能、循环性能和温度适配性。具体实施例方式以下结合一些具体的实施方式，进ー步说明本专利技术。实施例I 以草酸亚铁、碳酸锂、磷酸ニ氢铵、氧化镧、ニ氧化钛为原料，按所得改性锂离子电池正极材料成分为LiFePO4 *0. 02La0.57Li0.3Ti03的化学计量比进行配料。球磨后，在氮气气氛中800°C恒温 8 小时。再以 LiFePO4 · O. 02La0.57Li0.3Ti03 为基体，Laa57Lia3TiO3 包覆在其颗粒表面，LiFePO4 和 Laa57Lia3TiO3 的摩尔比为 I 0. 03。对比例I 以草酸亚铁、碳酸锂、磷酸ニ氢铵为原料，按所得正极材料成分为LiFePO4的化学计量比进行配料。球磨后，在氮气气氛中800°C恒温8小时后即合成纯LiFePO4材料。实施例2 以偏钒酸铵、草酸、氢氧化锂、磷酸ニ氢铵、氧化镧、硝酸锶、ニ氧化钛为原料，按所得改性锂离子电池正极材料成分为Li3V2 (PO4)3 ·O. 03La0.475Li0.475Sr0.05TiO3的化学计量比进行配料。球磨后，在氮气气氛中850°C恒温6小吋。对比例2 以偏钒酸铵、草酸、氢氧化锂、磷酸ニ氢铵为原料，按所得锂离子电池正极材料成分为Li3V2(PO4)3的化学计量比进行配料。球磨后，在氮气气氛中850°C恒温6小时后即合成纯Li3V2 (PO4)3 材料。实施例3以 LiMn2O4 为基体，LiL4In0.4TiL6P3012 包覆在其颗粒表面，LiMn2O4 和 LiL4In0.4TiL6P3012的摩尔比为I :0. 06。对比例3 用所需的原料和与实施例3同样的配比及方法合成纯LiMn2O4材料。实施例4 以 LiCoO2 为基体，Li13Al03Ti17P3O12 包覆在 LiCoO2 颗粒表面，LiCoO2 和 Lih3Ala3Tih7P3O12 的摩尔比为 I :0· I。对比例4 用所需的原料和与实施例4同样的配比及方法合成纯LiCoO2材料。实施例5以 LiMnl73Col73Nil73O2 为基体，Li3.25Ge0.25P0.75S4 包覆在 LiMnl73Col73Nil73O2 颗粒表面，LiMnl73Col73Nil73O2 和 Li3.25Ge0.25P0.75S4 的摩尔比为 I 0. 12。对比例5 用所需的原料和与实施例5同样的配比及方法合成纯LiMn1/3Co1/3Ni1/302材料。实施例6 以醋酸锰、硝酸镍、醋酸锂、硝酸钴、硝酸铁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性锂离子电池正极材料，其特征在于：所述的改性锂离子电池正极材料是由锂快离子导体与锂离子电池正极材料复合而形成的，其中锂快离子导体和锂离子电池正极材料的摩尔比为？n：1，n的范围为：0

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹艳红，曹朝霞，岳红云，张会双，杨书廷，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：