[發(fā)明專利]改善三元正極材料吸濕性和漿料凝膠現(xiàn)象的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810190736.8
• 申請(qǐng)日: 2018-03-08
• 公開（公告）號(hào): CN108376784B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈超;謝科予;顧金鐳;原凱;魏秉慶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/62
• 分類號(hào): H01M4/62
• 代理公司: 西安銘澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61223
• 代理人: 韓曉娟

本發(fā)明公開了一種改善三元正極材料吸濕性和漿料凝膠現(xiàn)象的方法，包括如下步驟：取一定量的硅烷偶聯(lián)劑溶液，將三元正極材料加入其中，充分?jǐn)嚢瑁缓筮M(jìn)行干燥；將粘結(jié)劑、導(dǎo)電添加劑以及經(jīng)上述處理后的三元正極材料按比例混合制成漿料，涂覆在正極基片上，烘干；再取一定量的硅烷偶聯(lián)劑溶液涂覆到三元正極片表面，最終得到完整的三元正極片。本發(fā)明在三元正極材料和極片表面包覆的一層硅烷偶聯(lián)劑，可以有效反應(yīng)掉基片表面所吸附的痕量水，并在其表面形成一層耐HF腐蝕的厭水保護(hù)層，從而提高了正極片的空氣存儲(chǔ)性能以及電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改善三元正極材料吸濕性和漿料凝膠現(xiàn)象的方法。

背景技術(shù)

目前商業(yè)化的鋰離子電池目前主要采用LiCoO₂作為正極材料，但LiCoO₂存在安全性和耐過(guò)充性問(wèn)題，Co屬于稀有資源，價(jià)格昂貴，且金屬鈷容易對(duì)環(huán)境造成污染。而LiNiO₂的穩(wěn)定性差，容易引起安全問(wèn)題，需在氧氣氣氛下合成，并且容易發(fā)生陽(yáng)離子混排和生成非化學(xué)計(jì)量比結(jié)構(gòu)化合物。LiMn₂O₄在循環(huán)過(guò)程中容易發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變以及錳離子的溶解Jahn-Teller效應(yīng)，導(dǎo)致電池容量衰減。

三元正極材料鎳鈷錳氧化物體系綜合了LiCoO₂良好的循環(huán)性能，LiNiO₂的高比容量和LiMnO₂的高安全性及低成本等特點(diǎn)，但是其較差的循環(huán)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和儲(chǔ)存性能極大地限制了其應(yīng)用。這些缺點(diǎn)大多是三元正極材料的本質(zhì)屬性，為克服它們帶來(lái)了較大的挑戰(zhàn)。由于三元正極材料極易吸附空氣中的水，在表面產(chǎn)生痕量的水，這會(huì)導(dǎo)致三元正極材料的電化學(xué)性能不高。首先，這部分水分子會(huì)與空氣中的二氧化碳共同作用形成比較厚的碳酸鋰膜層，這個(gè)膜層會(huì)導(dǎo)致所包覆的活性物質(zhì)無(wú)法參與進(jìn)行充放電過(guò)程，導(dǎo)致材料的比容量降低，會(huì)在充放電過(guò)程中產(chǎn)生氣體，引起電池鼓包脹氣。其次，吸水后使正極表面堿度增大，會(huì)在制漿過(guò)程中出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象，影響后續(xù)涂覆工藝的進(jìn)行，進(jìn)而影響電池的性能。當(dāng)然痕量的水會(huì)和電解液中的鹽(LiPF₆)發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致電解液遭到破壞，反應(yīng)也會(huì)形成HF，對(duì)三元正極材料進(jìn)行腐蝕，這就導(dǎo)致材料的循環(huán)性能衰減迅速。

近年來(lái)，研究者們嘗試了多種方法，試圖兼得高比容量和高穩(wěn)定性兩方面的優(yōu)點(diǎn)。常用的方法有摻雜、包覆以及制備成特殊結(jié)構(gòu)的材料，然而這些工作對(duì)材料電化學(xué)性能的改善程度并不理想。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改善三元正極材料吸濕性和漿料凝膠現(xiàn)象的方法，通過(guò)該方法使正極材料表面均勻覆蓋一層硅烷偶聯(lián)劑，該層不會(huì)對(duì)鋰離子的傳輸產(chǎn)生影響，反而會(huì)提高三元正極的性能。

本發(fā)明提供了一種改善三元正極材料吸濕性和漿料凝膠現(xiàn)象的方法，包括如下步驟：

S1：將硅烷偶聯(lián)劑分散到易揮發(fā)的有機(jī)溶劑，得到一定濃度的硅烷偶聯(lián)劑溶液；所述硅烷偶聯(lián)劑的化學(xué)表達(dá)式為YSiX₃，其中，Y為非水解基團(tuán)；X為水解基團(tuán)；

S2：取一定量的S1的硅烷偶聯(lián)劑溶液，將三元正極材料加入到該部分硅烷偶聯(lián)劑溶液中，充分?jǐn)嚢?，然后進(jìn)行干燥；

S3：將粘結(jié)劑、導(dǎo)電添加劑以及經(jīng)S2處理后的三元正極材料按比例混合均勻，制備成漿料，涂覆在正極基片上，烘干，制備成三元正極片；

S4：再取一定量的S1的硅烷偶聯(lián)劑溶液涂覆到S3制備的三元正極片表面，待溶劑蒸發(fā)完畢后，最終得到完整的三元正極片。

優(yōu)選地，所述硅烷偶聯(lián)劑的化學(xué)表達(dá)式Y(jié)SiX₃中，Y選自乙烯基、氨基、環(huán)氧基、甲基丙烯酰氧基、巰基、脲基中的任意一種；X選自鹵素、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基中的任意一種。

更優(yōu)選地，S1所制得的硅烷偶聯(lián)劑溶液的濃度為1～10％。