[發(fā)明專利]一種無機(jī)高分子凈水劑包覆正極材料及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210591877.7
• 申請(qǐng)日: 2022-05-27
• 公開（公告）號(hào): CN114914425A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許開華;趙德;張翔;陳玉君;張明龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 格林美（無錫）能源材料有限公司;格林美股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

本發(fā)明涉及一種無機(jī)高分子凈水劑包覆正極材料及其制備方法和應(yīng)用，所述無機(jī)高分子凈水劑包覆正極材料的制備方法包括如下步驟：將無機(jī)復(fù)合高分子凈水劑、正極基材和溶劑混合后，進(jìn)行干燥和燒結(jié)，得到所述正極材料；所述無機(jī)復(fù)合高分子凈水劑中包括鋁元素和鈦元素。本發(fā)明所述方法形成的正極材料的包覆層均勻致密，有效避免了電解液的腐蝕，極大的減少副反應(yīng)；所述方法將水洗和包覆工藝合并，縮短了工藝流程，極大的降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)獲得了循環(huán)性能、安全性能優(yōu)異的金屬氧化物共包覆正極材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無機(jī)高分子凈水劑包覆正極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池為20世紀(jì)80年代的產(chǎn)物，因?yàn)樾阅芎图夹g(shù)的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，鋰電池技術(shù)日漸成熟，目前已經(jīng)成功大規(guī)模商業(yè)化，應(yīng)用于我們生活的各各方面，根據(jù)使用場(chǎng)景和能量大小具體分為鋰動(dòng)力電池、鋰消費(fèi)電池及鋰儲(chǔ)能電池，鋰消費(fèi)電池高端產(chǎn)品優(yōu)先選用壓實(shí)密度較高的鈷酸鋰材料(PD＝4.1g/cc)，這種類型的材料做出來的電池體積能量密度大。鋰儲(chǔ)能電池選用循環(huán)性能好但能量密度低的磷酸鐵鋰電池，儲(chǔ)能電站對(duì)場(chǎng)地要求不高，多使用體積能量密度低的磷酸鐵鋰電池。近幾年，作為鋰電池主要應(yīng)用端的鋰動(dòng)力電池，由于續(xù)航里程的需要，開始大規(guī)模使用能量密度高，循環(huán)、安全性能略差，但是綜合指標(biāo)均衡的三元材料。

業(yè)界普遍認(rèn)為，三元材料循環(huán)衰減是因?yàn)檠h(huán)后的相變導(dǎo)致的，鋰鎳混排以及表面和電解液接觸副反應(yīng)消耗的鋰離子，為了提高三元材料的長(zhǎng)期性能及安全性能，業(yè)界普遍采用的處理工藝是表面包覆，根據(jù)包覆工藝的不同分為干法包覆和濕法包覆，根據(jù)包覆物種類的不同又分為無機(jī)包覆和有機(jī)包覆，包覆設(shè)備有高速捏合機(jī)、高速混合機(jī)及噴霧干燥機(jī)等。是否形成均勻包覆層，是判斷包覆優(yōu)劣的關(guān)鍵。

三元材料經(jīng)過一次燒結(jié)后，由于表面殘堿的存在，pH值較高，電池調(diào)漿過程中容易引起的凝膠成果凍現(xiàn)象，導(dǎo)致電池制作時(shí)涂布失效，為了降低表面殘堿，三元材料一燒后要經(jīng)過水洗工序，使表面殘堿LiOH、Li₂CO₃、Li₂O等溶于水中，過濾后隨濾液流出，含Li的堿性物質(zhì)和三元材料分離，降低三元材料表面殘堿。

CN112758991A公開了一種核殼結(jié)構(gòu)三元正極材料前驅(qū)體的制備方法，包括以下步驟：(1)配制金屬鹽溶液、沉淀劑溶液、絡(luò)合劑溶液和兩性高分子絮凝劑溶液；(2)在反應(yīng)釜中加入水、絡(luò)合劑溶液、沉淀劑溶液配制反應(yīng)釜底液；(3)向反應(yīng)釜底液中加入金屬鹽溶液、沉淀劑溶液、絡(luò)合劑溶液，進(jìn)行共沉淀反應(yīng)，待反應(yīng)釜內(nèi)顆粒粒徑生長(zhǎng)至小于目標(biāo)粒徑2～3μm時(shí)，開始通入兩性高分子絮凝劑溶液，然后繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，至顆粒平均粒徑生長(zhǎng)至目標(biāo)粒徑，停止進(jìn)料。其公開的方法利用高分子絮凝劑在前驅(qū)體顆粒外層形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，避免了在前驅(qū)體反應(yīng)后期由于顆粒之間的碰撞造成球裂，從而保證其循環(huán)性、穩(wěn)定性與安全性。

三元材料規(guī)?；a(chǎn)的一般流程為：一燒～水洗～干法包覆無機(jī)物～再次燒結(jié)穩(wěn)定包覆表面。水洗是為了去除三元材料表面的殘堿，干法包覆如Al、Ti、Mg及Zr等再次燒結(jié)是為了形成物理隔絕減少和電解液的副反應(yīng)從而提升安全性能和循環(huán)穩(wěn)定性，但是即便是使用納米級(jí)別的包覆物進(jìn)行干法包覆，包覆層也依然不完成整，原因有二點(diǎn)，一是包覆物Al、Ti、Mg及Zr雖然納米狀態(tài)，但是納米材料有個(gè)共有特性是容易團(tuán)聚，顆粒原料相互接觸后非常容易團(tuán)聚，這就導(dǎo)致納米包覆物在包覆過程中不容易分散；二是三元材料包覆設(shè)備均為粉體分散或捏合設(shè)備，微觀混合效果差、局部包覆效果差及混合能力上限低，導(dǎo)致包覆燒結(jié)后三元材料粉體依然有新鮮的未經(jīng)過包覆的表面暴露在電解液中，所以干法包覆不是表面完全包覆，依然不能解決三元材料和電解液的副反應(yīng)問題，以及由于電解液副反應(yīng)引起的表面相變問題。

綜上所述，開發(fā)一種能夠減少正極材料和電解液的副反應(yīng)，保證正極材料發(fā)揮優(yōu)異電化學(xué)性能的方法至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容