[發(fā)明專利]一種用于鋰電池三元正極材料包覆的硼溶膠的制備方法

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• 申請日: 2022-10-04
• 公開（公告）號: CN115425217A
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設計）人: 陳曉暉;董濤;彭佳輝;黃茜;黃清明;胡暉
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種用于鋰電池三元正極材料包覆的硼溶膠的制備方法，包括以下步驟：(1)將硼酸三丁酯與有機酸混合攪拌，再加入有機溶劑與水的混合物中；(2)再加入黃色的磺代酚酞溶液，磺代酚酞/硼摩爾比為＝0.001:1～1:1，加熱攪拌并保持一定溫度，再加入添加劑，在回流裝置中回流一定時間，得到穩(wěn)定透明溶膠。(3)所得到的穩(wěn)定硼溶膠，再混合水溶性樹脂在球磨機中球磨一段時間，得到鋰電池三元正極包覆材料。通過上述制備方法得到的硼溶膠，適用于鋰電池三元正極材料鋁包覆，可以有效阻止三元正極材料表面的鋰化合物層狀結構向巖鹽結構和非有序尖晶石結構的轉變。同時，形成具有一定機械強度的非活性包覆層還可在長期循環(huán)過程中減緩電極材料結構的坍塌，具有更好的循環(huán)性能和安全性能，實現(xiàn)鋰離子電池性能的提高。

技術領域

本發(fā)明涉及一種硼溶膠制備方法，及鋰電池三元正極包覆材料領域。

背景技術

隨著環(huán)境污染的加劇和化石能源的逐漸消耗，尋找綠色環(huán)保的新式能源成為各國面臨的主要問題；鋰離子電池相比于傳統(tǒng)的鉛酸電池、鎳鎘電池和鎳氫電池，具有能量密度高、循環(huán)壽命長、充放電壓高、綠色環(huán)保、無記憶等優(yōu)點，自從上世紀80年代誕生以來便得到了快速發(fā)展，目前該電池不僅在電子產(chǎn)品上得到了廣泛地應用，更是成為新能源汽車動力電池的首選，成為各國研究的重點。

鋰離子電池組成部分主要包括正極材料、負極材料、隔膜、電解液等幾大部分，其中正極材料占據(jù)電池成本的30％以上，更是決定著電池的性能，成為鋰離子電池研究的重點。目前，市場上流行的正極材料主要有LiCoO₂、LiFePO₄和Li[Ni,Co,Mn]O₂材料。

表面修飾是一種被廣泛用來改善鋰離子電池正極材料電化學性能的有效手段，它是指在材料表面包覆一層穩(wěn)定的薄膜物質(zhì)，包覆層能夠改進材料的可逆比容量、循環(huán)性能和倍率性能，尤其是熱穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，充放電倍率對三元材料的結構穩(wěn)定性影響很大，在大倍率充放電的時候，表層的鋰離子更加容易脫嵌，而位于內(nèi)部的鋰離子需要先擴散到顆粒的表面，再通過電解液和隔膜到達負極，擴散有些滯后，這就導致了顆粒的表面層的鋰脫嵌程度更高，而內(nèi)部脫嵌程度較低，從而在顆粒表面與核心之間產(chǎn)生應力，導致三元材料的球形顆粒被破碎。不僅如此，材料表面和內(nèi)部的脫鋰程度不一，過渡金屬的溶解性不一，電解液對表面過渡金屬的溶解更加嚴重，材料表層的結構極易被破壞，會發(fā)生由層狀結構向巖鹽結構和非有序尖晶石結構的轉變。所以三元材料的循環(huán)性能和材料-電解液界面有著十分密切的聯(lián)系。

常見的表面修飾材料一般具有以下幾個特點:首先,要具有很好的化學兼容性，在充放電過程中不與活性物質(zhì)、電解液發(fā)生化學反應；其次，要有較好的熱穩(wěn)定性，充放電過程不分解；最后，還要具有一定的電子導電性，并且能夠允許鋰離子通過。包覆的主要作用是在材料表面加一個保護層，一方面減少材料與電解液副反應，抑制過渡金屬離子的溶解，減少材料在反復充放電過程中材料結構的坍塌，優(yōu)化材料的循環(huán)性能；一方面適當?shù)靥嵘囯x子的擴散系數(shù)和離子導電率，減少鋰離子擴散阻抗和電荷阻抗，同時表面包覆對降低高鎳三元材料表面殘堿含量是比較有效的。因此發(fā)明一種有效提高循環(huán)性能和安全性能，實現(xiàn)鋰離子電池性能的提高迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是針對上述已有技術存在的不足，提供一種可以有效阻止三元正極材料表面的鋰化合物層狀結構向巖鹽結構和非有序尖晶石結構的轉變。同時，形成具有一定機械強度的非活性包覆層還可在長期循環(huán)過程中減緩電極材料結構的坍塌的包覆材料。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種用于鋰電池三元正極材料包覆的硼溶膠的制備方法，包括以下步驟：

(1)將硼酸三丁酯與有機酸混合攪拌，再加入有機溶劑與水的混合物中；

(2)再加入黃色的磺代酚酞溶液，磺代酚酞/硼摩爾比為＝0.001:1～1:1，將溶液的pH值調(diào)至一定范圍，加熱攪拌并保持一定溫度，直到沉淀完全分散，再逐滴加入添加劑，繼續(xù)保持一定溫度，在回流裝置中回流一定時間，得到穩(wěn)定硼溶膠。