[发明专利]一种核壳结构的三元复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池材料制备领域，具体地说是一种核壳结构的三元复合材料及其制备方法。

背景技术

三元材料是组成锂离子电池的关键正极材料，其性能的优劣对锂离子电池的能量密度、安全性能产生重要影响。目前市场上所用的三元材料（NCM或NCA），为提高其导电性及其与电解液的相容性，表面包覆的物质大多为碳材料，比如专利（CN103227314 A）公开了一种三元正极材料的制备方法，其主要通过将锂盐、镍盐、锰盐和钴盐按照一定的摩尔比溶于醇类化合物溶剂中，然后搅拌并持续通入空气或氧气，加入浓氨水或者氨气，升温至80～120℃，高温炉中于 800～950℃焙烧6～24h，即得到三元正极材料，但是材料存在在大倍率条件下锂离子的传输速率偏低造成其倍率性能偏差，同时其安全性能未得到明显改善。

虽然目前有研究者通过在材料表面包覆含锂化合物以提高锂离子的传输速率，比如专利（CN104112851A）公开了一种锂离子电池正极三元材料的表面包覆方法，其主要通过在三元材料表面包覆氟化锂以提高电池的循环性能和安全性能，但是由于包覆层氟化锂活泼性强，造成其很容易与空气反应及其加工过程中的N-甲基吡咯烷酮反应，使其效果变差，循环及其安全性能也未得到明显改善。因此开发出一种倍率性能佳、安全性能高、循环性能好及其加工性能优异的三元复合材料显得非常必要。

发明内容

针对目前三元材料倍率性能差、安全性能差等发明的问题，本发明的目的是通过在三元材料表面包覆一层锆酸锂复合材料及其高分子聚合物，以提高材料的倍率性能、安全性能。

一种核壳结构的三元复合材料及其制备方法，其特征在于，复合材料呈现核壳结构，内核为三元材料，中间层为锆酸锂及其活性炭复合材料，外层为高分子聚合物材料；其内核与外壳的厚度比为，内核：中间层：外壳=（10～15）：（0.5～2）；（2～5）；

所述的三元材料为LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂（x≥0.3，y≥0.3）,LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂（x≥0.3，y≥0.3）中的一种；

所述的锆酸锂与活性炭的复合材料的质量比为，锆酸锂：活性炭=10：（2～4）；

一种核壳结构的三元复合材料及其制备方法，其制备过程为：

1）称取10g锆酸锂、（0.2～0.5）g聚偏氟乙烯、（2～4）g活性炭添加到（1000～2000）mL的的N-甲基吡咯烷酮中，之后高速分散均匀得到锆酸锂/活性炭复合溶液（记为A溶液）；

2）之后称取（100～200）g三元材料添加到溶液A中，搅拌均匀后，过滤、洗涤、80℃真空干燥得到三元材料/锆酸锂复合材料B；

3）之后将（20～30）克的聚合物材料溶于（200～300）克碳酸甲乙酯 (EMC) 中形成聚合物溶液，低速搅拌（10～60）min后，得到聚合物溶液，之后称取（10～50）g的复合材料B添加到聚合物溶液中，搅拌均匀后，干燥粉碎得到外层包覆有聚合物的三元复合材料。

步骤（3）中的聚合物材料为聚碳酸亚丙酯、聚甲基硅氧烷、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一种或多种。

有益效果：

三元材料表面包覆的锆酸锂，依靠其离子导电性的特性提高了锂离子电池的传导速率，降低了锂离子电池析锂产生的枝晶刺破隔膜的机率，同时活性炭具有的大的比表面积可以提高材料的洗液保液能力，及其利用其双电层效应，提高电池的大倍率性能，同时外层的聚合物材料聚合物能够溶解于碳酸酯溶剂中，并且聚合物不能与N,N- 二甲基甲酰胺反应，并在20~150℃温度下稳定存在，提高其材料合浆、涂布、辊切等加工性能，其制备出的锂离子电池具有加工工艺简单、安全性能高、倍率性能佳等特性。

附图说明

图1、实施例1制备出的三元复合材料的SEM图。

具体实施方式

实施例1

1）称取10g锆酸锂、0.4g聚偏氟乙烯、3g活性炭添加到1500mL的的N-甲基吡咯烷酮中，之后高速分散均匀得到锆酸锂/活性炭复合溶液（记为A溶液）；