[發(fā)明專利]一種碳包覆的鋰離子電池電極材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710020841.2
• 申請(qǐng)日: 2017-01-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108305992B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李玉良;左自成;劉輝彪;李勇軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/485;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 關(guān)暢;王春霞

本發(fā)明公開(kāi)了一種碳包覆的鋰離子電池電極材料及其制備方法。所述制備方法包括如下步驟：將鋰離子電池正極材料或鋰離子電池負(fù)極材料和富端基炔的前驅(qū)體分散于分散劑中得到漿料，所述漿料在氣體氣氛或真空環(huán)境中經(jīng)熱處理即得。本發(fā)明方法能夠?qū)崿F(xiàn)鋰離子電池電極正極和負(fù)極材料的全碳包覆，并且有效的改善鋰離子電池電極材料的表界面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、次級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、低溫性能、快充性能、安全性能等方面，從電極材料包覆層面上解決電極材料在電池的能量密度、循環(huán)和安全方面的問(wèn)題，減少電池系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)和研發(fā)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳包覆的鋰離子電池電極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池電極材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來(lái)，鋰離子電池應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，從小型的消費(fèi)電子類產(chǎn)品到大型的新能源汽車以及儲(chǔ)能電站。雖然鋰離子電池能滿足很多消費(fèi)者的要求，與此同時(shí)，消費(fèi)者對(duì)于鋰離子電池的要求越來(lái)越高，包括對(duì)鋰離子電池的能量密度、快充快放性能、安全性能、長(zhǎng)循環(huán)壽命等。這些要求對(duì)于鋰離子電池體系設(shè)計(jì)和電極材料設(shè)計(jì)都提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

目前，鋰離子電池電極材料Li_1+αNi_xM_yM’_zO₂(0≤α≤0.2，0≤x≤1.0，0≤y≤1.0， 0≤z≤1.0，x+y+z＝1)等在使用過(guò)程中均會(huì)面臨著結(jié)構(gòu)相變、過(guò)渡金屬離子溶出、次級(jí)結(jié)構(gòu)破壞、高溫脹氣嚴(yán)重、低溫性能低下、循環(huán)壽命低和安全性能差等問(wèn)題；而高容量負(fù)極材料(Li、Si、Ge、Sn等)在循環(huán)過(guò)程中體積變化大，導(dǎo)電性差，材料循環(huán)穩(wěn)定性差等問(wèn)題，這些問(wèn)題也在很大程度上限制了鋰離子電池體積能量密度的進(jìn)一步提升，安全性能的進(jìn)一步改進(jìn)，循環(huán)性能的進(jìn)一步優(yōu)化等，從而嚴(yán)重制約了鋰離子電池的深入推廣和行業(yè)規(guī)模發(fā)展，特別是限制了高能量密度鋰離子電池性在新能源電動(dòng)車中的使用進(jìn)展。目前，用于改進(jìn)這類鋰離子電池電極材料性能的方法有聚合物包覆、氧化物包覆、氟化物包覆、金屬離子摻雜、電解液添加劑等，但目前解決以上電池問(wèn)題的方法效果仍然不很理想，進(jìn)而只能借助于電池體系和電池管理系統(tǒng)的優(yōu)化來(lái)緩解以上問(wèn)題，這在一定程度上增加了鋰離子電池的成本，不利于鋰離子電池的推廣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種碳包覆的鋰離子電池電極材料及其制備方法，本發(fā)明在鋰離子電池電極材料表面包覆一層高導(dǎo)電高穩(wěn)定的碳材料，用于增強(qiáng)電極材料導(dǎo)電性、改善電極材料的表界面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，次級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，穩(wěn)定固體電解質(zhì)界面，防止過(guò)渡金屬離子的溶出，防止電池中氟化物對(duì)電極的腐蝕，減緩短路時(shí)正極材料的析氧，提升材料的循環(huán)性能，改善倍率性能，增強(qiáng)安全性能。

本發(fā)明所提供的碳包覆的鋰離子電池電極材料的制備方法，包括如下步驟：

將鋰離子電池正極材料或鋰離子電池負(fù)極材料和富端基炔的前驅(qū)體分散于分散劑中得到漿料，所述漿料在氣體氣氛或真空環(huán)境中經(jīng)熱處理，即得所述碳包覆的鋰離子電池電極材料。

上述的制備方法中，所述富端基炔的前驅(qū)體含有至少3個(gè)端炔基；

所述富端基炔的前驅(qū)體具有共軛結(jié)構(gòu)。

上述的制備方法中，所述富端基炔的前驅(qū)體為化合物1-化合物12中至少一種：

。

上述的制備方法中，所述鋰離子電池正極材料的分子式可為L(zhǎng)i_1+a(Fe_bM_c)PO₄或Li_1+αNi_xM’_yM”_zO₂；

其中，0≤a≤0.2，0≤b≤1，0≤c≤1，b+c＝1；0≤α≤0.2，0≤x≤1.0，0≤y≤1.0，0≤z≤1.0， x+y+z＝1；

M、M’和M”均為Mn、Co、Al、Mg、Zr和Ti中任一種。