[發明專利]一種快離子導體摻雜包覆改性的三元正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110039662.X
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112599756B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 夏妮;周友元;朱健;周春仙;葛龍;黃雨晴;劉瑋
• 申請（專利權）人: 湖南長遠鋰科股份有限公司;金馳能源材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;D01D5/00
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 李瓊芳;肖小龍

本發明屬于鋰離子電池材料制備技術領域，提供了一種快離子導體摻雜包覆改性的三元正極材料及其制備方法，其特征在于，包括：將基體與摻雜包覆物質分別溶于溶劑中通過靜電紡絲技術制備金屬元素摻雜包覆的鋰離子電池三元正極材料，完成正極材料的均勻摻雜包覆。本發明采用靜電紡絲技術將金屬元素均勻摻雜包覆在正極材料上，與現有機械固相混合技術相比，可緩解因機械應力導致的材料結構破損，同時實現包覆層厚度、種類的可控及提高包覆均勻性，且只需進行一次燒結，即可完成正極材料的摻雜包覆。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池材料制備技術領域，具體涉及一種快離子導體摻雜包覆改性的三元正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池由于其具備高能量密度、高電壓和長循環壽命等優點，被廣泛應用，而將其用于商業化的汽車工業則需要進一步提高能量密度和其安全性，迎接這一挑戰的關鍵因素是尋找新的高容量電極材料，特別是正極材料。具有層狀結構的鎳鈷錳三元正極材料一定程度上綜合了LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂的優勢，彌補了不足，改善了材料性能。

由于電池在長時間的儲存和充放電循環時其表面會產生與空氣和水分發生副反應生成的副產物，而這些副產物會和電解質發生反應，從而在電極表面形成絕緣物質，造成電池的容量衰減。

因此，通過包覆涂層可減少活性材料與電解液直接接觸，提高界面穩定性，則可避免電解液對正極材料的侵蝕，保證正極材料的結構形貌完整，減緩材料容量衰減，同時在形成SEI膜時可減少Li+被過度消耗。

CN110690435A中公開了一種快離子導體包覆的高鎳三元正極材料及其制備方法，該制備方法是將高鎳三元前驅體加入混合溶液中，再進行攪拌、干燥和研磨，得到快離子導體包覆的高鎳三元前驅體粉末。然而，該制備方法耗時長，且通過高強度的球磨會使前驅體發生解離，破壞前驅體的形貌，從而破壞前驅體本身的結構，嚴重會導致前驅體開裂，從而影響正極材料的性能。

CN108807926A中公開了一種Co/B共包覆鎳鈷錳鋰離子正極材料及其制備方法，所述的制備方法是將所述含摻雜元素與鎳鈷錳前驅體以及鋰源化合物一同加入到高速混料器中充分混合，然后進行煅燒，得到摻雜基體材料；再將所述摻雜基體材料加入到去離子水中攪拌均勻，然后滴加鈷鹽繼續攪拌，得到氫氧化鈷包覆的正極材料漿液，處理之后再和鋰鹽混合進行第二次燒結。然而該方法需進行二次燒結，需要長時間高溫煅燒進行摻雜改性，導致能耗增加，此外，其包覆采用水合法，會增加后續一系列的后處理，對控制材料合成均勻程度上能力值不高，導致元素摻雜包覆不均勻。

發明內容

為解決現有技術中鋰離子電池制備方法復雜導致材料結構坍塌、耗時長和摻雜包覆均一性無法控制的問題，本發明提供了一種快離子導體摻雜包覆改性的三元正極材料及其制備方法，旨在制備材料本身沒有被破壞，且摻雜包覆元素均勻的三元正極材料。

第一方面，本發明提供一種快離子導體摻雜包覆改性的三元正極材料的制備方法，將含三元正極材料基體與摻雜包覆物質的溶液分別裝入靜電紡絲機的兩個注射器中，由同軸針頭連接形成同軸結構進行靜電紡絲，制備過渡金屬元素摻雜包覆的鋰離子電池三元正極材料，完成正極材料的均勻摻雜包覆。

可選地，包括如下步驟：

步驟S1：配制含有Ni_xCo_yMn_1-x-y (OH)₂前驅體、鋰鹽和導電高分子聚合物的基體溶液；

步驟S2：配制含有用于摻雜包覆的過渡金屬元素以及導電高分子聚合物的包覆溶液；

步驟S3：將基體溶液和包覆溶液分別裝入兩個注射器中，安裝同軸針頭，并將其裝入靜電紡絲機，設置靜電紡絲電壓、接收距離、注射速度后進行紡絲；