锂离子电池正极复合材料的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种锂离子电池正极复合材料，其包括正极活性物质及包覆于该正极活性物质表面的包覆层，该正极活性物质为尖晶石型锂-锰复合氧化物，该包覆层的材料为具有单斜晶系结构、空间群为C2/c的锂-金属复合氧化物。
【专利说明】锂离子电池正极复合材料
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种锂离子电池正极复合材料。
【背景技术】
[0002]锂离子电池是一种新型的绿色化学电源，与传统的镍镉电池、镍氢电池相比具有电压高、寿命长、容量和能量密度大、体积小、自放电率低等优点。自1990年初次进入市场以来，使用范围越来越广，已经被广泛用于各种便携式电子设备。随着新能源汽车的兴起，锂离子电池以其优异的特性，被认为是新能源汽车理想的储能设备之一。
[0003]目前，锂离子电池的制约因素在于其循环过程中伴随的容量衰减，以及由此导致的较差的循环寿命。容量衰减的原因一方面是正极活性物质的本征结构随着循环的进行逐渐发生不可逆改变，另外一方面是当正极活性物质脱锂时，氧化性增强，容易与有机电解液发生反应，从而使正极活性物质损失，导致容量衰减。因此，如何提高正极活性物质在电池循环过程中的稳定性，降低电极副反应程度，是提高锂离子电池循环寿命的关键。
[0004]对锂离子电池正极活性物质的颗粒表面采用其它材料包覆，是现有技术中对正极活性物质进行改性的常用方法。例如，在磷酸铁锂的颗粒表面包覆一层碳可以有效解决磷酸铁锂导电性较差的问题，使包覆有碳层的磷酸铁锂具有较好的导电性。然而，现有技术中对尖晶石锰酸锂在电池循环过程中的稳定性的改进问题并没有得到很好的解决。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，确有必要提供一种具有较好的循环稳定性的锂离子电池正极复合材料。
[0006]一种锂离子电池正极复合材料，其包括正极活性物质及包覆于该正极活性物质表面的包覆层，该正极活性物质为尖晶石型锂-锰复合氧化物，该包覆层的材料为具有单斜晶系结构、空间群为C2/c的锂-金属复合氧化物。
[0007]一种锂离子电池正极复合材料，其包括正极活性物质及包覆于该正极活性物质表面的包覆层，该正极活性物质为尖晶石型锂-锰复合氧化物，该包覆层的材料为Li2Ti03、Li2MnO3、Li2Sn03、Li2PbO3、Li2Te03、Li2RuO3、Li2HfO3 及 Li2ZrO3 中的至少一种。
[0008]相较于现有技术，本发明提供的正极复合材料中，该正极活性物质为尖晶石型锂-锰复合氧化物，该包覆层的材料为具有单斜晶系结构、空间群为C2/c的锂-金属复合氧化物，该包覆层的氧化物是一个层状结构的化合物，层间具有二维的锂离子通道，并且在晶体C轴方向上存在一维的锂离子通道，因此具有良好的锂离子传导能力，从而可以使该正极复合材料具有较好的倍率性能。另外，由于该锂-金属复合氧化物的化学性质稳定，不与锂离子电池电解液反应，从而阻断了尖晶石型锂-锰复合氧化物和电解液的直接接触，抑制电池循环过程中副反应的发生，使锂离子电池具有较好的循环稳定性和电池寿命。
【专利附图】
【附图说明】[0009]图1为本发明实施例正极复合材料的结构示意图。
[0010]图2为本发明实施例正极复合材料的制备方法的过程示意图。
[0011]图3为本发明实施例复合前驱体的制备方法的过程示意图。
[0012]图4为本发明实施例1包覆有Mn离子掺杂Li2TiO3的LiMn2O4的XRD图谱。
[0013]图5为本发明实施例1与对比例的电池倍率性能测试图。
[0014]图6为本发明实施例1与对比例的电池循环性能测试图。
[0015]主要元件符号说明^__
【权利要求】
1.一种锂离子电池正极复合材料，其包括正极活性物质，该正极活性物质为尖晶石型锂-锰复合氧化物，其特征在于，进一步包括包覆于该正极活性物质表面的包覆层，该包覆层的材料为具有单斜晶系结构、空间群为C2/C的锂-金属复合氧化物。
2.如权利要求1所述的锂离子电池正极复合材料，其特征在于，该包覆层的材料的通式为[IA_2aMa J [Li^nMbN3cAwt b]02，其中A为具有+4价的金属元素，M及N为掺杂元素，“ ”代表 Li+位空穴，O ≤ 2a〈l，0 ≤2b+c〈l/3，且 O≤ 2c〈2/3。
3.如权利要求2所述的锂离子电池正极复合材料，其特征在于，该金属元素A为T1、Sn、Mn、Pb、Te、Ru、Hf 及 Zr 中的至少一种。
4.如权利要求2所述的锂离子电池正极复合材料，其特征在于，该M及N为碱金属元素、碱土金属元素、第1 3族元素、第14族元素、过渡族元素及稀土元素中的一种或多种。
5.如权利要求4所述的锂离子电池正极复合材料，其特征在于，该掺杂元素M及N选自Co、N1、Mn、Cr、V、T1、Sn、Cu、Al、Fe、B、Sr、Ca、Nd、Ga 及 Mg 中的至少一种。
6.如权利要求2所述的锂离子电池正极复合材料，其特征在于，该掺杂元素M及N中的至少一个来自该正极活性物质。
7.如权利要求2所述的锂离子电池正极复合材料，其特征在于，该包覆层的材料的通式为[Li] [Li1/3-cMH3cA2/3-2c] O2。
8.如权利要求1所述的锂离子电池正极复合材料，其特征在于，该包覆层厚度均匀且连续。
9.如权利要求1所述的锂离子电池正极复合材料，其特征在于，该包覆层为原位生成在该正极活性物质表面。
10.如权利要求1所述的锂离子电池正极复合材料，其特征在于，该包覆层在该正极复合材料中的质量百分含量为0.05%至7%。
11.如权利要求1所述的锂离子电池正极复合材料，其特征在于，该包覆层的厚度为2纳米至20纳米。
12.如权利要求1所述的锂离子电池正极复合材料，其特征在于，该包覆层为单独包覆在单个该正极活性物质的表面。
13.如权利要求12所述的锂离子电池正极复合材料，其特征在于，该包覆层为完整的包覆在该正极活性物质的整个表面。
14.如权利要求1所述的锂离子电池正极复合材料，其特征在于，该正极活性物质的粒径为I微米至500微米。
15.如权利要求1所述的锂离子电池正极复合材料，其特征在于，该正极活性物质的形状为球状、棒状、针状、片状、不规则形状或它们的组合。
16.如权利要求1所述的锂离子电池正极复合材料，其特征在于，该正极复合材料对应的具有与该正极活性物质相同或相似的形状。
17.如权利要求1所述的锂离子电池正极复合材料，其特征在于，该尖晶石型锂-锰复合氧化物的化学式为LixMn2_zLz04，其中0.1≤X≤1.1，O≤z〈2，L为掺杂元素，选自碱金属元素、碱土金属元素、第13族元素、第14族元素、过渡族元素及稀土元素中的一种或多种。
18.如权利要求1所述的锂离子电池正极复合材料，其特征在于，该包覆层与正极活性物质之间通过化学键合力结合。
19.一种锂离子电池正极复合材料，其包括正极活性物质，该正极活性物质为尖晶石型锂-锰复合氧化物，其特征在于，进一步包括包覆于该正极活性物质表面的包覆层，该包覆层的 材料为 Li2TiO3' Li2MnO3' Li2SnO3' Li2PbO3' Li2TeO3' Li2RuO3' Li2HfO3 及 Li2ZrO3 中的至少一种。
【文档编号】H01M4/505GK103700828SQ201210373521
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年9月27日 优先权日:2012年9月27日
【发明者】李亚栋, 陆君, 南彩云, 彭卿 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司