[發明專利]一種酯類有機物原位包覆高鎳正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202110717223.X
• 申請日: 2021-06-28
• 公開（公告）號: CN113451568A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 汪達;陶旺;李彩婷;劉熙;張子健;張秉坤;吳楓;劉爭;張業龍;陳鵬飛;鄧魁榮;邱振平
• 申請（專利權）人: 五邑大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 李彥孚

本發明提供一種酯類有機物原位包覆高鎳正極材料的制備方法，包括以下步驟：S1)、將一定量的酯類有機物溶液緩慢滴加到含高鎳層狀材料的醚類溶劑中，得到混合溶液；S2)、在空氣中利用磁力攪拌的方式攪拌混合溶液，使得空氣中的水分引發該有機物的聚合，再通過旋轉加熱將溶劑旋轉蒸干，收集粉末。本發明利用酯類有機物凝膠狀液體，可構建不同厚度的包覆層；本發明使用的酯類有機物具有強吸電子基團，很容易在較弱的引發劑(OH?)作用下進行陰離子型聚合反應，可依靠空氣的水分原位聚合的特點達到包覆的效果，提高了高鎳正極材料電化學性能的效果，實現了高鎳正極材料循環穩定和儲存成本的降低的目的，有效的避免了空氣中的水分的影響。

技術領域

本發明涉及正極材料技術領域，尤其是一種酯類有機物原位包覆高鎳正極 材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為21世紀新能源的典型之一，由于人們在電子產品，混合動 力/純電動汽車以及大型儲能裝置的日益增長的需求，越來越受到市場的追捧。

在當前商業市場上，使用最為普遍的材料有橄欖石型結構LiFePO4；尖晶石 型結構LiMn₂O₄和高鎳層狀結構材料Li[Ni_xMn_yCo_1-x-y]O₂。三者相比而言各有各 自存在的優缺點，但針對滿足純電動汽車高電壓，大容量性能的要求。高鎳層 狀結構材料Li[Ni_xMn_yCo_1-x-y]O₂則具有廣闊的發展前景。由于其自身成本低，毒 性小，且在3V-4.5V的電極工作電壓范圍下，能提供200mAh/g的高容量，具有 廣闊的發展前景，目前已引起廣泛的商業關注。

盡管高比容量富鎳層狀結構氧化物材料在滿足動力電池對大比功率的需求 有著明顯的優勢，但目前也存在著一些不可避免的問題：

在合成過程中，低價的鎳會遷移到鋰空位中，造成鋰鎳混排，從而導致材 料電壓降低，容量減少；電極材料與電解液在循環過程中長期接觸，過渡金屬 元素易被溶解，同時電解液分解在電極表面形成一層較厚的固體電解質中間層， 并且電解質中酸性物質的攻擊導致電池阻抗的快速增加，使其在循環過程中， 容量的衰減；在較高截止電壓下，由于過渡金屬易被氧化還原，元素原子遷移， 氧元素的釋放造成空位，缺陷的產生伴隨著材料應變，出現不可逆的相變，致 使材料的穩定性降低，存在部分安全隱患，這些問題嚴重制約著大規模的應用。 因此，對高鎳層狀氧化物的優化以及改性，是十分重要的，從而達到進一步提 高高鎳正極材料的循環穩定性和安全性的目的，以此滿足商業市場對高比容量， 成本廉價，安全穩定的需求。

目前在對高鎳層狀材料的電化學性能改性，最主要是通過：

1.合成優化；

2.摻雜離子；

3.表面修飾；

而表面修飾是改善界面條件，提高循環性能以及穩定性的有效措施，能有 效解決高鎳材料的容量衰減嚴重，循環性能低，環境穩定性差的問題。

針對高鎳層狀結構材料循環性差，穩定性低，電壓衰退等不利因素，研究 者們利用無機材料作為表面涂層包覆改性來提升該材料的電化學性能。

研究發現，高鎳層狀結構電極材料經過表面包覆處理，由于表面包覆的材 料的理化性質的不同，電化學性能均有著不同程度的改善。

就對于正極材料表面包覆所采用的涂層而言，大多數以無機材料氧化鋁 (Al₂O₃)^[7],二氧化鈦(TiO₂)，和磷酸鐵鋰(LiFePO₄)等金屬氧化物為主。