[發明專利]一種抑制鋰離子電池正極材料過渡金屬離子溶出的正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010172623.2
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111200128B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 楊書廷;王科;王明陽;康云
• 申請（專利權）人: 河南電池研究院有限公司;河南師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 新鄉市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

本發明公開了一種抑制鋰離子電池正極材料過渡金屬離子溶出的正極材料的制備方法，具體包括采用原位聚合法制備含咪唑結構的導電聚酰胺酸分散液、制備具有導電結構的聚酰胺酸包覆的鋰離子電池正極材料及制備含咪唑結構的多孔導電聚酰亞胺包覆的鋰離子電池正極材料等步驟。本發明制得的含咪唑結構的多孔導電聚酰亞胺包覆的鋰離子電池正極材料由含有咪唑結構的多孔導電聚酰亞胺材料與鋰離子電池正極材料復合而成，該正極材料能夠有效改善鋰離子電池的循環穩定性及高溫儲能性。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料技術領域，具體涉及一種抑制鋰離子電池正極材料過渡金屬離子溶出的正極材料的制備方法。

背景技術

作為傳統化石能源最有希望的替代品之一，鋰離子電池以其高能量密度、長循環壽命、自放電程度小、沒有記憶效應以及綠色環保等優點，已廣泛應用于插電式混合動力車、電動車輛以及各種便攜式電子設備。目前，人們對鋰離子電池提出了更高的要求，可歸納為“三高和兩低”：高能量密度、高功率特性、高安全性能、低成本和低(無)污染。高能量密度和高功率特征主要取決于電極材料，而相對低容量的正極材料是其發展的瓶頸。開發高比容電極材料是目前鋰離子電池的研究熱點。

鋰離子電池正極材料被制作成鋰離子電池后，在充放電過程中會伴隨著過渡金屬元素的溶出。如果Ni、Co、Mn元素溶出過多，就會影響鋰離子電池的容量、循環使用壽命和自放電等性能。特別是，目前鋰離子電池在高溫高電壓進行充放電時，電解液易分解形成的無機鋰鹽和有機碳酸鹽會累積在正極表面，形成阻抗大且不穩定的表面膜，導致大的不可逆容量、低的庫倫效率和差的循環性能，還會產生HF。此外，HF會腐蝕正極材料溶出過渡金屬離子Ni、Mn，破壞材料結構穩定性，導致鋰離子電池循環性能迅速衰減。這些問題源于正極材料和電解液之間較差的界面穩定性，最終導致鋰離子電池的庫倫效率和循環性能降低。

針對以上問題，有些科研人員提出了利用電解液成膜添加劑和電解液共溶劑對鋰離子電池性能進行改進的方法，也有些科研人員提出對鋰離子電池正極材料進行表面包覆的改性方法。這些方法能夠提高鋰離子電池正極材料或電解液的耐高壓性能，也能在鋰離子電池正極材料表面形成保護膜，抑制電解液分解，進而增強鋰離子電池正極材料的穩定性。但是氧化物包覆對鋰離子正極活性材料進行表面改性是有限的，會導致離子傳導率下降，高壓電解液、電解液成膜添加劑的成本高，尤其在高溫高壓條件下鋰離子電池正極材料的改性未達到預期效果。

發明內容

本發明的目的是提供了一種抑制鋰離子電池正極材料過渡金屬離子溶出的正極材料的制備方法，該方法制得的正極材料由含有咪唑結構的導電聚酰亞胺材料與鋰離子電池正極材料復合而成，含咪唑結構的導電聚酰亞胺材料不僅具有聚酰亞胺自身良好的耐高/低溫性能、拉伸強度高、線性膨脹系數小、熱收縮率低以及優良的化學穩定性、耐腐蝕性能等優點，還具有較大的比表面積、較高的孔隙率、良好的導電性及易絡合游離出的過渡金屬離子的能力，從而能夠有效改善鋰離子電池的循環穩定性及高溫儲能性。

本發明為實現上述目的采用如下技術方案，一種抑制鋰離子電池正極材料過渡金屬離子溶出的正極材料的制備方法，其特征在于具體步驟為：

步驟S1：將致孔劑和導電填料均勻分散在有機溶劑中，在惰性氣氛保護下，將含有咪唑結構的二胺單體溶于有機溶劑中，再分批加入二酐單體使溶液混合均勻進行聚合反應，反應溫度為0～30℃，反應時間為2～24h，得到固含量為10wt％～20wt％的含咪唑結構的導電聚酰胺酸(PAA)分散液；

所述致孔劑為聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚苯乙烯微球(PS)中的一種或多種；

所述導電填料為多孔活性炭、活性納米碳纖維和活性單/多壁碳納米管的混合料；