[發明專利]一種高容量鋰離子電池復合正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201611262403.9
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN108269992B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 李文慧;陳彥彬;劉亞飛;李珊珊;陳橙
• 申請（專利權）人: 北京當升材料科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/36;H01M4/60;H01M10/0525
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 王崇

本發明公開了一種高容量鋰離子電池正極材料及其制備方法。所述正極材料由內核和包覆層兩部分組成，內核為鎳鈷錳多元正極材料，包覆層由一種或多種具有伸縮性的有機聚合物組成。本發明采用有機相和無機相的混合溶液作為溶劑洗滌包覆正極材料。該方法可在降低堿性的同時，提升材料的穩定性、安全性能和存儲性能，有效控制后期制作的軟包電池的膨脹，并且工藝簡單，效果顯著，適合工業化生產。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料技術領域，具體涉及一種高容量鋰離子電池復合多元正極材料，同時本發明還涉及使用無機相和有機相混合溶劑處理正極材料的制備方法。

背景技術

隨著當今世界對新能源的迫切要求，越來越多的清潔能源被應用在電力和動力設備中。自20世紀90年代，索尼公司率先推出鋰離子電池以來，鋰離子電池就以其高比能量，可循環使用等優點，受到眾多儲能設備企業和科研院所的關注。鋰離子電池正極材料先后歷經LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄等發展，目前的開發重點主要集中在多元材料。2015年，國家對于電動車的最高補貼限制是單次續航里程達到250 km，單純的上述材料以及普通的鎳鈷錳比例為1：1：1的多元材料很難達到，所以為達到這個目的，科研界也對多元材料中的高鎳材料也進行了深入研究。高鎳材料在一定程度上能提高電池的能量密度，但是隨著鎳含量的增加，Li⁺和Ni²⁺發生位錯現象更加嚴重，使材料的倍率性能和循環性能逐漸下降，另外還會導致合成材料的表面殘堿量過高，并且材料表面的殘堿量在空氣暴露的條件下，會逐漸增加，給材料的存儲和使用帶來很大的安全隱患。表面殘堿量的增加使得在電池包制作以及循環過程中，正極材料表面的碳酸鋰發生分解，導致電池包鼓脹等安全事故的發生。

目前，現有技術中有一些改進方案試圖解決上述問題。中國專利文獻CN105304890 A公開了一種含硅水系包覆正極材料的方法，該方法有效的提高了電池的高溫循環性能，但對于高鎳材料在軟包電池存儲過程中的鼓脹問題并未加以解決。專利CN102723491A 公開了一種聚合物浸漬包覆處理鋰離子正極材料的方法，提升了電池的循環壽命，但該方法采用分離過濾和烘干的方案處理材料，步驟較為繁瑣。

發明內容

本發明針對高鎳材料存在的上述問題，對材料在存儲過程中殘堿量增加以及殘堿量過高導致電池鼓脹兩大缺陷進行改性，具體涉及在水和乙醇共溶劑的條件下包覆一種具有伸縮性功能的有機物，提高正極材料的安全性能和存儲性能，可有效控制后期制作的軟包電池的膨脹。

本發明的目的之一是通過有機物的包覆，提高鎳鈷錳多元復合材料的電子電導率，減少材料的表面阻抗和變形，使得該材料具有更高的倍率性能和能量密度。

本發明的另一目的是提供一種上述鋰離子復合正極材料的處理及制備方法，該方法能有效的分散正極材料，通過有機相和無機相作為雙洗滌劑的使用，使正極材料表面物質的活性降低，減少副反應發生，降低后期軟包電池鼓脹現象的出現。

為實現上述目的，本發明提供一種高容量鋰離子電池復合正極材料，包括內核和包覆層，所述內核為鋰鎳鈷錳氧多元材料，所述包覆層含有包覆物M；

上述鋰離子電池復合正極材料的平均化學組成為LiNi_aCo_bMn_cO₂/M，

其中，a+b+c=1，0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤1；

其中，M為聚乙炔，聚噻吩，聚苯胺，聚吡咯，聚苯撐，聚多巴胺中的一種或幾種組成的有機物。

優選的，所述內核具有較高的鎳含量，其中0.5≤a≤1，0≤b≤0.2，0≤c≤0.3。

優選的，所述包覆物M為聚吡咯或者聚多巴胺。

優選的，所述包覆層的厚度為1～100nm。