技術領域

本發明屬于鋰離子電池電極材料的技術領域,涉及一種高溫固相-表面沉積法在鈷酸鋰正極表面沉積硅基薄膜的方法以改善電池的高倍率充放電性能，尤其是用于改進鈷酸鋰的充放電性能。

技術背景

鋰離子二次電池具有工作電壓高、能量密度大、電化學循環性能好、壽命長等優點，在數碼設備、便攜式電器、軍事裝備電源、電動汽車等領域得到廣泛應用。

層狀鈷酸鋰正極材料具有比容量高、制備工藝簡單、循環性能好和使用壽命長凳優點，自從鋰離子電池商品化以來一直是主導正極材料，在小型化電池產品中處于重要的應用地位。現階段，用于制備鋰離子正極材料鈷酸鋰的工藝很多，如高溫固相反應方法（“鋰離子電池正極材料及其制備方法”?ZL?申請號200710031382.4）和濕化學方法（“一種制備納米鈷酸鋰顆粒的方法?”?ZL?申請號03151211.9）等。

相比于其他鋰離子電池正極材料，當以鈷酸鋰為正極的電池充電電壓提高到4.2V以上時，鈷酸鋰產生的結構相變導致結構缺陷，其表面性質發生變化并與電解質發生化學反應，電池的循環性能惡化并存在安全隱患，導致鈷酸鋰無法滿足高性能鋰離子電池的應用要求。為了提高鈷酸鋰的結構穩定性，改善電池的熱穩定性，人們通過其他元素替代鈷酸鋰中的金屬原子或在鈷酸鋰顆粒表面包覆其他材料如金屬氧化物等，從而提高鈷酸鋰的電化學性能。在公開文獻（“Effects?of?ZnO?coating?on?electrochemical?performance?and?thermal?stability?of?LiCoO₂?as?cathode?materials?for?lithium-ion?batteries”?Journal?of?Power?Source,?195?(2010)?320-326）中，在鈷酸鋰顆粒表面包覆氧化鋅層顯著提高了鋰離子的擴散能力和熱穩定性。在公開文獻（“Study?of?electrochemical?properties?of?coating?ZrO₂?on?LiCoO₂”?Journal?of?Alloys?and?Compounds,?496?(2010)?512-516）中，提出了一種在鈷酸鋰鋰顆粒表面包覆氧化鋯層進而改善了高溫充放電性能,在0.1C工作電流下充放電40次后，表面包覆氧化鋯層的鈷酸鋰的放電比容量仍然保持140mAh/g，為初始比容量的98.9%。穩定性51211if?Alloys?and?Compoundsoating?ZrO2?on?LiCoO2?and?thermal?stability?of?LiCoO2?as?cathode?materials?for?lithium-ion?batter雖然通過鈷酸鋰顆粒表面包覆氧化物材料可以顯著改善電池的充放電循環性能，但是包覆工藝往往比較復雜，生產成本通常比較大，不適合商業化推廣。相比于氧化物材料，半導體硅基材料，特別是非晶態硅，具有更高的電導率，且與電解液的相容性好，是理想的表面修飾材料。用硅基材料包覆鈷酸鋰電極，可以實現優勢互補，有希望提高鈷酸鋰電池的電化學性能，尤其是倍率性能和熱穩定性。

發明內容

本發明的目的在于通過在鋰離子電池鈷酸鋰正極表面沉積一層硅基薄膜，進而解決鈷酸鋰的高倍率充放電性能和熱穩定性的技術問題。

為實現本發明的目的采用的技術方案是：

1、利用高溫固相反應方法獲得鈷酸鋰

1）將含鋰的前驅物碳酸鋰、硝酸鋰或氫氧化鋰與含鈷的前驅物乙酸鈷、氧化鈷或硝酸鈷混合后置于瑪瑙罐中，酒精相或丙酮相中行星球磨，球磨速度為160-200轉/分鐘，12-36小時后干燥。

2）研磨均勻后置于馬弗爐中，在空氣中燒結，燒結溫度為830～870℃之，從室溫升到燒結溫度的升溫速率為1～10℃/分鐘，燒結時間為18～54小時，燒結完畢后隨爐降溫至室溫，得到鈷酸鋰粉末Li_1+xCo_1+yO₂?(-0.05?<?x?<?0.05,?-0.05?<?y?<?0.05)。

2、鈷酸鋰正極片的制備