鋰離子電池正極復(fù)合材料及鋰離子電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極復(fù)合材料，其包括正極活性物質(zhì)及包覆于該正極活性物質(zhì)表面的包覆層，該包覆層的材料為具有單斜晶系結(jié)構(gòu)、空間群為C2/c的鋰-金屬復(fù)合氧化物。本發(fā)明還涉及一種鋰離子電池。
【專利說明】鋰離子電池正極復(fù)合材料及鋰離子電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極復(fù)合材料及鋰離子電池。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池是一種新型的綠色化學(xué)電源，與傳統(tǒng)的鎳鎘電池、鎳氫電池相比具有電壓高、壽命長、容量和能量密度大、體積小、自放電率低等優(yōu)點。自1990年初次進(jìn)入市場以來，使用范圍越來越廣，已經(jīng)被廣泛用于各種便攜式電子設(shè)備。隨著新能源汽車的興起，鋰離子電池以其優(yōu)異的特性，被認(rèn)為是新能源汽車?yán)硐氲膬δ茉O(shè)備之一。
[0003]目前，鋰離子電池的制約因素在于其循環(huán)過程中伴隨的容量衰減，以及由此導(dǎo)致的較差的循環(huán)壽命。容量衰減的原因一方面是正極活性物質(zhì)的本征結(jié)構(gòu)隨著循環(huán)的進(jìn)行逐漸發(fā)生不可逆改變，另外一方面是當(dāng)正極活性物質(zhì)脫鋰時，氧化性增強(qiáng)，容易與有機(jī)電解液發(fā)生反應(yīng)，從而使正極活性物質(zhì)損失，導(dǎo)致容量衰減。因此，如何提高正極活性物質(zhì)在電池循環(huán)過程中的穩(wěn)定性，降低電極副反應(yīng)程度，是提高鋰離子電池循環(huán)壽命的關(guān)鍵。
[0004]對鋰離子電池正極活性物質(zhì)的顆粒表面采用其它材料包覆，是現(xiàn)有技術(shù)中對正極活性物質(zhì)進(jìn)行改性的常用方法。例如，在磷酸鐵鋰的顆粒表面包覆一層碳可以有效解決磷酸鐵鋰導(dǎo)電性較差的問題，使包覆有碳層的磷酸鐵鋰具有較好的導(dǎo)電性。然而，現(xiàn)有技術(shù)中對正極活性物質(zhì)在電池循環(huán)過程中的穩(wěn)定性的改進(jìn)問題并沒有得到很好的解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，確有必要提供一種具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性的鋰離子電池正極復(fù)合材料及鋰離子電池。
[0006]一種鋰離子電池正極復(fù)合材料，其包括正極活性物質(zhì)及包覆于該正極活性物質(zhì)表面的包覆層，該包覆層的材料為具有單斜晶系結(jié)構(gòu)、空間群為C2/c的鋰-金屬復(fù)合氧化物。
[0007]一種鋰離子電池正極復(fù)合材料，其包括正極活性物質(zhì)及包覆于該正極活性物質(zhì)表面的包覆層，該包覆層的材料為 Li2Ti03、Li2Mn03、Li2Sn03、Li2Pb03、Li2Te03、Li2Ru03、Li2HfO3及Li2ZrO3中的至少一種。
[0008]一種鋰離子電池，其包括:正極、負(fù)極以及電解質(zhì)，該負(fù)極與該正極間隔設(shè)置，該負(fù)極包括負(fù)極活性材料，該電解質(zhì)設(shè)置在該正極與負(fù)極之間，該正極包括鋰離子電池正極復(fù)合材料，該鋰離子電池正極復(fù)合材料包括正極活性物質(zhì)及包覆于該正極活性物質(zhì)表面的包覆層，該包覆層的材料為具有單斜晶系結(jié)構(gòu)、空間群為C2/c的鋰-金屬復(fù)合氧化物。
[0009]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的正極復(fù)合材料中，該包覆層的材料為具有單斜晶系結(jié)構(gòu)、空間群為C2/c的鋰-金屬復(fù)合氧化物，該包覆層的氧化物是一個層狀結(jié)構(gòu)的化合物，層間具有二維的鋰離子通道，并且在晶體C軸方向上存在一維的鋰離子通道，因此具有良好的鋰離子傳導(dǎo)能力，從而可以使該正極復(fù)合材料具有較好的倍率性能。另外，由于該鋰-金屬復(fù)合氧化物的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與鋰離子電池電解液反應(yīng)，從而阻斷了正極活性物質(zhì)和電解液的直接接觸，抑制電池循環(huán)過程中副反應(yīng)的發(fā)生，使鋰離子電池具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性和電池壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明實施例正極復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為本發(fā)明實施例正極復(fù)合材料的制備方法的過程示意圖。
[0012]圖3為本發(fā)明實施例復(fù)合前驅(qū)體的制備方法的過程示意圖。
[0013]圖4為本發(fā)明實施例1包覆有Co離子摻雜Li2TiO3的LiCoO2的XRD圖譜。
[0014]圖5為圖4的局部放大圖。
[0015]圖6為本發(fā)明實施例1與實施例1的對比例的電池循環(huán)性能測試圖。
[0016]圖7為本發(fā)明實施例1與實施例1的對比例的電池倍率性能測試圖。
[0017]圖8為本發(fā)明實施例3包覆有Mn離子摻雜Li2TiO3的LiMn2O4的XRD圖譜。
[0018]圖9為本發(fā)明實施例3與實施例3的對比例的電池倍率性能測試圖。
[0019]圖10為本發(fā)明實施例3與實施例3的對比例的電池循環(huán)性能測試圖。
[0020]圖11為本發(fā)明實施例5包覆有Ni離子摻雜Li2TiO3的LiNia5Mnh5O4的XRD圖譜。[0021 ] 圖12為本發(fā)明實施例5的電池倍率性能測試圖。
[0022]圖13為本發(fā)明實施例5的對比例包覆有Ni離子摻雜Li2TiO3的LiNia5Mnh5O4的電池倍率性能測試圖。
[0023]圖14為本發(fā)明實施例7-9分別包覆有Co離子和Ni離子摻雜Li2TiO3的Li(Coa8NiaiMnai)OyLi(Coa6Nia2Mna2)O2 以及 LiCoa4Nia3Mna3O2 的 XRD 圖譜。
[0024]圖15為本發(fā)明實施例7-9與對應(yīng)對比例的電池倍率性能測試圖。
[0025]圖16為本發(fā)明實施例7-9與對應(yīng)對比例的電池循環(huán)性能測試圖。
[0026]圖17為本發(fā)明實施例11包覆有Ni離子和Co離子摻雜Li2TiO3的LiCoa75Nia25O2的XRD圖譜。
[0027]圖18為本發(fā)明實施例11的電池循環(huán)性能測試圖。
[0028]圖19為本發(fā)明實施例11的電池倍率性能測試圖。
[0029]主要元件符號說明^__
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子電池正極復(fù)合材料，其包括正極活性物質(zhì)，其特征在于，進(jìn)一步包括包覆于該正極活性物質(zhì)表面的包覆層，該包覆層的材料為具有單斜晶系結(jié)構(gòu)、空間群為C2/C的鋰-金屬復(fù)合氧化物。
2.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極復(fù)合材料，其特征在于，該包覆層的材料的通式為[IA_2aMa J [Li^nMbN3cAwt b]O2，其中A為具有+4價的金屬元素，M及N為摻雜元素，“ ”代表 Li+位空穴，O ( 2a〈l，0 ( 2b+c〈l/3，且 O ≤ 2c〈2/3。
3.如權(quán)利要求2所述的鋰離子電池正極復(fù)合材料，其特征在于，該金屬元素A為T1、Sn、Mn、Pb、Te、Ru、Hf 及 Zr 中的至少一種。
4.如權(quán)利要求2所述的鋰離子電池正極復(fù)合材料，其特征在于，該M及N為堿金屬元素、堿土金屬元素、第13族元素、第14族元素、過渡族元素及稀土元素中的一種或多種。
5.如權(quán)利要求4所述的鋰離子電池正極復(fù)合材料，其特征在于，該摻雜元素M及N選自Co、N1、Mn、Cr、V、T1、Sn、Cu、Al、Fe、B、Sr、Ca、Nd、Ga 及 Mg 中的至少一種。
6.如權(quán)利要求2所述的鋰離子電池正極復(fù)合材料，其特征在于，該摻雜元素M及N中的至少一個來自該正極活性物質(zhì)。
7.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極復(fù)合材料，其特征在于，該包覆層厚度均勻且連續(xù)。
8.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極復(fù)合材料，其特征在于，該包覆層為原位生成在該正極活性物質(zhì)表面。
9.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極復(fù)合材料，其特征在于，該包覆層在該正極復(fù)合材料中的質(zhì)量百分含量為0.05%至7%。
10.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極復(fù)合材料，其特征在于，該包覆層的厚度為2納米至20納米。
11.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極復(fù)合材料，其特征在于，該包覆層為單獨包覆在單個該正極活性物質(zhì)的表面。
12.如權(quán)利要求11所述的鋰離子電池正極復(fù)合材料，其特征在于，該包覆層為完整的包覆在該正極活性物質(zhì)的整個表面。
13.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極復(fù)合材料，其特征在于，該正極活性物質(zhì)的粒徑為I微米至500微米。
14.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極復(fù)合材料，其特征在于，該正極活性物質(zhì)的形狀為球狀、棒狀、針狀、片狀、不規(guī)則形狀或它們的組合。
15.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極復(fù)合材料，其特征在于，該正極復(fù)合材料對應(yīng)的具有與該正極活性物質(zhì)相同或相似的形狀。
16.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極復(fù)合材料，其特征在于，該包覆層與正極活性物質(zhì)之間通過化學(xué)鍵合力結(jié)合。
17.—種鋰離子電池正極復(fù)合材料，其包括正極活性物質(zhì)，其特征在于，進(jìn)一步包括包覆于該正極活性物質(zhì)表面的包覆層，該包覆層的材料為Li2Ti03、Li2MnO3^ Li2Sn03、Li2Pb03、Li2TeO3' Li2RuO3' Li2HfO3 及 Li2ZrO3 中的至少一種。
18.一種鋰離子電池，其包括: 正極；負(fù)極，該負(fù)極與該正極間隔設(shè)置，該負(fù)極包括負(fù)極活性材料；以及 電解質(zhì)，該電解質(zhì)設(shè)置在該正極與負(fù)極之間， 其特征在于，該正極包括鋰離子電池正極復(fù)合材料，該鋰離子電池正極復(fù)合材料包括正極活性物質(zhì)及包覆于該正極活性物質(zhì)表面的包覆層，該包覆層的材料為具有單斜晶系結(jié)構(gòu)、空間群為C 2/c的鋰-金屬復(fù)合氧化物。
【文檔編號】H01M10/0525GK103700827SQ201210369003
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月27日
【發(fā)明者】李亞棟, 陸君, 南彩云, 李立宏, 彭卿 申請人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)（深圳）有限公司