锂离子电池用硅酸盐正极材料及其制备方法

摘要

本发明公开了提供一种锂离子电池用硅酸盐正极材料及其制备方法，要解决的技术问题是提高硅酸盐正极材料的材料密度。本发明正极材料的通式为Li 2MSiO 4/D，Li 2MSiO 4为硅酸盐正极材料活性物质，D为改性剂，掺杂包覆在Li 2MSiO 4表面。本发明的制备方法包括以下步骤：制备改性剂源溶液，将Li 2MSiO 4放入其中得到混合物，喷雾干燥，热处理、融合处理。本发明与现有技术相比，采用液相方法对硅酸盐正极材料进行包覆和掺杂改性，融合处理后，使其具有堆积密度高、压实密度高、体积比容量高、电池的加工性能好且成本低廉的特点，用该材料作正极材料制作的电池具有较高的安全性能、倍率性能、循环性能。

主权项

一种锂离子电池用硅酸盐正极材料，其特征在于，所述锂离子电池用硅酸盐正极材料的通式为Li2MSiO4/D，其中Li2MSiO4为硅酸盐正极材料活性物质，D为改性剂，占Li2MSiO4质量的0.1％～10％，改性剂掺杂包覆在Li2MSiO4表面，形成具有核壳结构的复合正极材料，其中核的平均粒径为0.1～100μm，壳层的厚度为0.5～100nm；所述复合正极材料具有球形、长短轴为5～30的近似球形、菱形、锥形、片状、层状或块状的微观特征，其平均粒径为0.1～100μm，比表面积为0.2～10m2/g；所述改性剂为Ti、Zr、Al、Mg、Mn、Co、Zn或Cu的金属氧化物、或碳单质；所述M为过渡金属Co、Mn、Ni、Fe、V和Ti中的一种以上；所述碳单质的形式为碳纳米管、乙炔黑、纳米碳纤维、石墨和无定形碳中的一种以上；碳单质采用碳或由碳源化合物分解生成，碳源化合物为呋喃树脂、脲醛树脂、密胺树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、丁苯橡胶，纤维素、葡萄糖、煤沥青和石油沥青中的一种以上；所述Ti、Zr、Al、Mg、Mn、Co、Zn或Cu的金属氧化物由金属的化合物分解制得，或直接由金属氧化物纳米化后获得；所述金属的化合物为：钛酸四丁酯、二异硬脂酰基钛酸乙二酯、羟基二乳酸合钛、三异硬酯酰基钛酸异丙酯、钛酸四异丙酯、乙酰丙酮钛、锆酸酯、异丙醇铝、二硬脂酸羟基铝、二异丁基氢化铝、二甲酸铝、二乙酸铝、环烷酸铝、三甲酸铝、一乙酸铝、乙酰丙酮铝、硬酯酸铝、油酸铝、硝酸铝、乙酸镁、硝酸镁、乙醇镁、硬酯酸镁、硝酸锰、乙酸锰、乙酸钴、硝酸钴、环烷酸锌、乳酸锌、环烷酸铜或硝酸铜；所述金属氧化物为：氧化铝、氧化镁、氧化钴、氧化铜、氧化亚铜、氧化锆、氧化钛、氧化锰或氧化锌；所述锂离子电池用硅酸盐正极材料采用以下制备方法得到，包括以下步骤：一、将占正极材料Li2MSiO4质量比0.1～10％的改性剂源溶于溶剂中，浓度为0.1～100g/l，搅拌速度50～500r/min，时间0.5～5h，得到改性剂源溶液；所述改性剂源为可溶性的Ti、Zr、Al、Mg、Mn、Co、Zn、Cu的金属化合物、碳源化合物或碳单质；所述溶剂为水、丙酮、乙醇或甲苯；二、将Li2MSiO4放入改性剂源溶液中，搅拌速度50～500r/min，时间0.5～5h，得到Li2MSiO4包覆有改性剂的混合物；三、将混合物在100～350℃条件下喷雾干燥制粒，得到分散粉体；四、将分散粉体以1～15℃/min的升温速度，在200～600℃的温度范围内热处理4～40h，然后自然冷却至150℃以下；五、粉碎后融合处理，转速500～800r/min，时间15～300分钟，得到锂离子电池用硅酸盐正极材料。