[發明專利]一種高安全性三元復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710181782.7
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN107039652A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 丁建民
• 申請（專利權）人: 江蘇樂能電池股份有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料制備領域，具體的說是一種高安全性三元復合材料及其制備方法。

背景技術

三元材料以其能量密度高等優點而廣泛應用于鋰離子電池，并應用于純電動汽車、儲能等領域。但是，鎳鈷錳三元材料的循環穩定性和熱穩定性都較差，這制約著其被廣泛應用。傳統的改善鋰離子電池所用三元材料的電化學穩定性和熱穩定性的方法就是表面改性，比如表面包覆金屬氧化物、氟化物、金屬磷酸鹽等等，這些包覆層能夠改善活性物質和電解液之間的界面穩定性，阻止充放電過程中氟化氫的生成。但是這些包覆層都是絕緣涂層，其具有較低的離子和電子導電性，增加了表面阻抗，使得循環容量有所降低。材料表面包覆鋰化合物，可以提高鋰離子擴散的三維通道，其次，當與離子摻雜時，其離子導電性也會增加。因此，有機鋰化合物或無機鋰化合物鋰摻雜鎳鈷錳酸鋰，會提高鎳鈷錳酸鋰材料的倍率容量以及循環穩定性。

如中國專利公開號為CN105789615 A的專利文件中，公開了一種改性鎳鈷錳酸鋰正極材料及其制備方法。該發明首先采用溶膠凝膠法合成了偏鈦酸鋰納米材料，之后采用干法包覆法將其均勻包覆在鎳鈷錳三元材料上，使得鎳鈷錳三元材料具有良好的倍率性能及較高的循環性，但是其鋰離子的數量及其通道較少，造成其倍率性能一般及其安全性能并未得到改善，同時其包覆層的吸液能力偏差，影響其循環性能。因此開發出一種倍率性能佳、循環性能高及其安全性能高的三元材料復合材料顯得非常必要，并應用于高比能量密度鋰離子電池。

發明內容

針對目前三元材料安全性能佳、倍率性能差等方面的存在的不足，本發明提供了一種安全性能高、循環性能佳及其倍率性能高的三元復合材料的制備方法，并應用于鋰離子電池。

本發明的技術方案是通過以下方式實現的：一種高安全性三元復合材料的制備方法，該三元復合材料呈現核殼結構，內核為三元材料，外殼為多孔金屬鋰氧化合物與鋰化合物復合體，其包覆厚度為0.5～2μm；以重量百分比計，制備方法包括以下步驟：1）混合漿料的制備：2）燒結及其碳化；3）電化學補鋰；其特征在于：

1）、混合漿料的制備：首先將10～20g粘結劑添加到500ml的離子液體中，分散均勻后，依次添加10～30g多孔金屬鋰氧化合物、10～3g無機鋰化合物，攪拌均勻后，再添加100g三元材料，并通過高速分散機，得到包覆有鋰化合物的三元復合材料A；

2）、燒結及其碳化：將三元復合材料A轉移到管式爐中，在惰性氣氛中，以升溫速率為1～10℃/min升溫到200～300℃，并保溫1～3h，之后以升溫速率為1～10℃/min升溫到600～900℃，并保溫1～3h，之后自然降溫到室溫，得到三元復合材料B；

3）、電化學補鋰：將有機鋰鹽添加到碳酸甲乙酯中配置成0.1mol/L的溶劑，以復合材料B作為工作電極，鉑電極作為對電極，飽和甘汞作為參比電極，并采用電化學沉積法在其復合材料B表面沉積鋰鹽，最后得到含有鋰鹽的復合電極C，即高安全性三元復合材料。

所述步驟1）中粘結劑為聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、聚甲酯丙烯酸酯中的一種。

所述步驟1）中多孔金屬鋰氧化合物為Li₃PMo₁₂O_40、Li₃PW₁₂O_40、Li₄SiW₁₂O_40、Li₄SiMo₁₂O₄₀中的一種。

所述步驟1）中無機鋰化合物為：Li₅La₃Ta₂O₁₂、Li₅La₃Nb₂O₁₂、Li₆BaLa₂Ta₂O₁₂、Li₆MgLa₂Ta₂O₁₂、LiAlO₂、Li₂ZrO₃中的一種。

所述步驟1）中有機溶劑為：三甲基己基二（三氟甲基磺酰）亞胺、N-甲基-N-丙基哌啶二(三氟甲基磺酰)亞胺(PP13TFSI)中的一種。