[發明專利]一種鋰電池復合單晶正極材料的界面改性方法

有效

• 申請號: 201910576417.5
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110247042B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 郭玉國;盛航;石吉磊;張旭東;鄒玉剛;殷雅俠
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62;H01M4/525;H01M4/505;H01M4/485;H01M10/0525
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞

本發明公開了一種鋰電池復合單晶正極材料的界面改性方法，包括以下步驟：1)配制丙烯腈單體溶液，向其中加入光引發劑，再將單體溶液霧化，噴撒在單晶正極材料表面，隨后將處理過的正極材料放置于機械融合機里進行融合；2)在機械融合機中，將融合的材料在紫外燈照射下，進行聚合反應，離子液體單體均勻的包覆在正極材料表面；3)聚合反應結束后，將聚合物包覆的正極材料置于管式爐中，在150?300℃下熱處理，得到界面改性的復合單晶正極材料。界面改性后，聚合物均勻包覆在單晶正極表面，能夠降低電池正極材料和電解液的接觸面積，避免了副反應和腐蝕，從而提高單晶正極材料的循環壽命和倍率性能，得到綜合性能優異的鋰電池用單晶三元正極材料。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，特別是涉及一種界面改性的單晶顆粒正極材料及其制備方法。

背景技術：

鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度高、比容量大、自放電小、使用壽命長等突出優點而逐漸從移動電話、計算機、其他消費類電子產品、乃至汽車理想的電源。自1991年到今天，鋰離子電池已經走進家家戶戶中，隨著不斷的發生鋰離子電池燃燒，乃至爆炸這些事故的發生，逐步的對鋰離子電池的安全性能提出更高的要求；同時為在有限空間內追求體積能量密度，研究者的目光投向了振實密度更高的單晶(一次顆粒的粒徑D50≥2微米)正極材料。單晶正極材料的比表面積會隨之得到降低，隨之和電解液的接觸面積也會得到降低，從而減少了鋰離子電池在充放電過程中由于各種電解液和電極的副反應而導致的氣體的產生，從而在一定程度上提升材料安全性能。但是單晶正極材料較大的粒徑會導致鋰離子在脫出和再嵌入的過程中增加了離子擴散距離，同時顆粒本身較差的電子電導，會導致單晶正極材料的動力學性能會下降，導致材料的倍率性能不是很優異；同時由于充放電循環過程中的單晶正極材料會發生晶體的各項異性膨脹收縮，導致表面生成的CEI(cathodesolid electrolyte interface)膜不足以適應該變化，會引發舊的CEI膜破裂和新的CEI膜產生，導致循環壽命會受到一定的影響。因此需要對正極材料進行改性以滿足需求。

對正極材料的改性包括摻雜改性、表面改性和共混改性。目前研究較多的是摻雜改性，即在正極材料中摻雜一些其它元素。對表面改性的研究較少。隨著對材料研究的深入，發現正極材料顆粒的表面性質對其物理和電化學性能有很大影響。因此近期的很多研究關注于對正極材料的表面改性上，大部分研究集中在利用無機物對正極材料的表面改性上。比如CN105489878A，CN105226256A采用一些無機氧化物進行表面修飾，能避免或減少正極材料和電解液的接觸，可以改善穩定性。但這些方法會造成鋰離子脫嵌，導致正極材料的結構變化，進而電池性能下降。而且這種方法需要對材料進行高溫處理，金屬氧化物晶粒分布不均，粒徑無法控制等問題，會導致容量降低以及一致性差等問題。

現有技術中還有一些其它正極材料改性的方法，專利CN105529458A公開了一種將鎳鈷錳三元材料置于含有羧基或羥基的溶液中，在酯化催化劑作用下發生酯化反應，通過化學鍵的方式實現表面改性，得到了高能量密度的三元材料。但是該方法首先需要對三元正極材料進行表面改性引入活性基團，會對二次顆粒的結構發生產生一定不利影響甚至是破壞，并不利于電池性能的提升。