[发明专利]一种高容量锂离子电池复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高容量锂离子电池正极材料及其制备方法。所述正极材料由内核和包覆层两部分组成，内核为镍钴锰多元正极材料，包覆层由一种或多种具有伸缩性的有机聚合物组成。本发明采用有机相和无机相的混合溶液作为溶剂洗涤包覆正极材料。该方法可在降低碱性的同时，提升材料的稳定性、安全性能和存储性能，有效控制后期制作的软包电池的膨胀，并且工艺简单，效果显著，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种高容量锂离子电池复合多元正极材料，同时本发明还涉及使用无机相和有机相混合溶剂处理正极材料的制备方法。

背景技术

随着当今世界对新能源的迫切要求，越来越多的清洁能源被应用在电力和动力设备中。自20世纪90年代，索尼公司率先推出锂离子电池以来，锂离子电池就以其高比能量，可循环使用等优点，受到众多储能设备企业和科研院所的关注。锂离子电池正极材料先后历经LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄等发展，目前的开发重点主要集中在多元材料。2015年，国家对于电动车的最高补贴限制是单次续航里程达到250 km，单纯的上述材料以及普通的镍钴锰比例为1：1：1的多元材料很难达到，所以为达到这个目的，科研界也对多元材料中的高镍材料也进行了深入研究。高镍材料在一定程度上能提高电池的能量密度，但是随着镍含量的增加，Li⁺和Ni²⁺发生位错现象更加严重，使材料的倍率性能和循环性能逐渐下降，另外还会导致合成材料的表面残碱量过高，并且材料表面的残碱量在空气暴露的条件下，会逐渐增加，给材料的存储和使用带来很大的安全隐患。表面残碱量的增加使得在电池包制作以及循环过程中，正极材料表面的碳酸锂发生分解，导致电池包鼓胀等安全事故的发生。

目前，现有技术中有一些改进方案试图解决上述问题。中国专利文献CN105304890 A公开了一种含硅水系包覆正极材料的方法，该方法有效的提高了电池的高温循环性能，但对于高镍材料在软包电池存储过程中的鼓胀问题并未加以解决。专利CN102723491A 公开了一种聚合物浸渍包覆处理锂离子正极材料的方法，提升了电池的循环寿命，但该方法采用分离过滤和烘干的方案处理材料，步骤较为繁琐。

发明内容

本发明针对高镍材料存在的上述问题，对材料在存储过程中残碱量增加以及残碱量过高导致电池鼓胀两大缺陷进行改性，具体涉及在水和乙醇共溶剂的条件下包覆一种具有伸缩性功能的有机物，提高正极材料的安全性能和存储性能，可有效控制后期制作的软包电池的膨胀。

本发明的目的之一是通过有机物的包覆，提高镍钴锰多元复合材料的电子电导率，减少材料的表面阻抗和变形，使得该材料具有更高的倍率性能和能量密度。

本发明的另一目的是提供一种上述锂离子复合正极材料的处理及制备方法，该方法能有效的分散正极材料，通过有机相和无机相作为双洗涤剂的使用，使正极材料表面物质的活性降低，减少副反应发生，降低后期软包电池鼓胀现象的出现。

为实现上述目的，本发明提供一种高容量锂离子电池复合正极材料，包括内核和包覆层，所述内核为锂镍钴锰氧多元材料，所述包覆层含有包覆物M；

上述锂离子电池复合正极材料的平均化学组成为LiNi_aCo_bMn_cO₂/M，

其中，a+b+c=1，0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤1；

其中，M为聚乙炔，聚噻吩，聚苯胺，聚吡咯，聚苯撑，聚多巴胺中的一种或几种组成的有机物。

优选的，所述内核具有较高的镍含量，其中0.5≤a≤1，0≤b≤0.2，0≤c≤0.3。

优选的，所述包覆物M为聚吡咯或者聚多巴胺。

优选的，所述包覆层的厚度为1～100nm。