[發明專利]一種TiN與導電聚合物復合改性的鋰離子層狀三元正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810962485.0
• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN109167036B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 施志聰;樊青錄;楊少鈿;劉軍;劉麗英
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發明公開了一種TiN與導電聚合物復合改性的鋰離子層狀三元正極材料及其制備方法，先采用液相混合納米TiN和三元正極材料，形成TiN顆粒均勻吸附的三元正極材料；接著采用液相氧化聚合的方法，在材料的表面聚合一層導電聚合物，形成納米TiN顆粒和導電聚合物復合包覆層，得到TiN和導電聚合物復合包覆的三元正極材料。本發明通過對鎳基層狀鋰離子電池三元正極材料進行TiN和導電聚合物復合包覆改性，在有效的提高材料循環穩定性的基礎上，大幅度的提高了材料的倍率性能，特別是高倍率性能，為同時改善鎳基層狀正極材料的循環穩定性能和高倍率性能提供了切實可行的改進辦法，具有較大的應用前景。

技術領域

本發明涉及鋰電池正極材料技術領域，具體涉及三元層狀正極材料的表面改性，更具體地，涉及一種TiN與導電聚合物復合改性的鋰離子層狀三元正極材料及其制備方法。

背景技術

隨著人類社會對環境和能源問題的日益重視，開發利用可替代的新型無污染、可循環使用的能源系統得到全人類的共識。在目前的新能源系統中，鋰離子電池以其獨特的優勢在諸多領域得到大規模利用。在過去幾十年的發展過程中，人們開發出了可以嵌脫鋰的過渡金屬氧化物作為鋰離子電池的正極材料，包括：層狀結構的LiMO₂（M=Co、Ni、Mn）和尖晶石結構的LiM₂O₄（M=Co、Ni、Mn）以及橄欖石結構的LiMPO₄（M=Co、Ni、Mn）。這些材料在作為鋰離子電池正極材料時均表現出一定的優勢。但隨著新能源汽車的普及，人們更側重于鋰離子電池在長續航、大功率方面性能的提高。三元層狀正極材料以其在安全性、成本、比容量方面的優勢異軍突起，成為近年來鋰離子電池正極材料的研究焦點。

對于鎳基層狀正極材料，隨著材料中Ni含量逐漸提高，材料的比容量得到大幅度的提高，然而，高Ni含量帶來的Li/Ni混排，在一定程度上犧牲了材料的循環穩定性能。同時，Ni含量的升高使得材料中Co的含量降低，低的Co含量使得材料的電子電導率較差，從而造成材料的大倍率性能相對較差。另外，高脫鋰狀態下，Ni⁴⁺與電解液之間嚴重的副反應以及熱失控等因素都給鎳基正極材料的大規模商業化生產帶來阻礙。

針對鎳基材料存在的問題，研究學者們主要從元素摻雜和表面包覆方面對材料性能做進一步的優化。摻雜改性通常是在材料的制備過程中，通過引入其它金屬離子來微調材料的晶格參數，使其更有利于提高材料結構的穩定性、擴大鋰離子的遷移通道等來提高材料的電化學性能。目前研究較多的集中在對材料進行各種各樣的表層包覆，氧化物（如Al₂O₃、MgO、ZnO、V₂O₅等）和非氧化物（如AlF₃、LiAlF₄、Li₃PO₄等）均被作為包覆材料進行研究，并在一定程度上提高了材料的電化學性能。

針對導電聚合物包覆，已在諸多文章中得到報道。簡單的包覆層使得材料的循環穩定性能得到很大的提升，但對材料的倍率性能的提高卻有限。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術的缺陷和不足，通過對鎳基層狀鋰離子電池三元正極材料進行TiN和導電聚合物復合包覆改性，在有效的提高材料循環穩定性的基礎上，大幅度的提高了材料的倍率性能，特別是高倍率性能，為同時改善鎳基層狀正極材料的循環穩定性能和高倍率性能提供了切實可行的改進辦法，具有較大的應用前景。

本發明的第一個目的是提供一種TiN與導電聚合物復合改性的鋰離子層狀三元正極材料。

本發明的第二個目的是提供所述TiN與導電聚合物復合改性的鋰離子層狀三元正極材料的制備方法。

本發明的上述目的是通過以下技術方案給予實現的：