[发明专利]一种包覆改性层状LiMO2

说明书

本发明公开一种包覆改性层状LiMO₂正极材料及其制备方法，通过环化PAN包覆LiMO₂正极材料，同时诱导表面层状相向岩盐相转变，得到层状相‑岩盐相‑PAN表面耦合结构。本发明可以提供良好的结构稳定性，提高循环后的容量保持率。所述包覆方法简单便捷、成本低廉，易于批量生产。

技术领域

本发明涉及一种包覆改性层状LiMO₂正极材料及其制备方法，属于电化学储能技术领域。

背景技术

锂离子电池作为最具有前景的二次电池，广泛应用于小型便携式电子产品和电动交通工具。2017年国家工信部等四部委联合颁布的《促进汽车动力电池发展行动方案》要求到2020年，新型锂离子动力电池单体比能量超过300Wh/kg，系统比能量力争达到260Wh/kg，成本降至1元/Wh以下；2025年动力电池单体比能量达500wh/kg的目标。正极材料是制约锂离子动力电池能量密度的主要因素。目前LiNiO₂、LiCoO₂、NCM三元等正极材料已实现商业化应用，然而这些材料在结构稳定性方面表现逊色。长期循环过程中，LiMO₂型正极材料会由层状结构转变为岩盐相或尖晶石相，并且正极-电解液界面之间会形成SEI钝化膜；表面的重构会直接阻碍锂离子传播；材料的表面敏感性限制了储存和运输；另外，高电压下的产气问题存在安全隐患。

目前，已有报道采用包覆方法改善LiMO₂正极材料的结构稳定性，但尚未见到利用环化导电聚合物诱导表面均匀相变以形成多组分结构的包覆方法。

发明内容

为了克服LiMO₂正极材料循环过程中的结构衰败的问题，本发明提供了一种包覆改性层状LiMO₂正极材料及其制备方法，所述方法简单便捷、原料丰富、普适性强，且易于大规模化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种包覆改性层状LiMO₂正极材料，制备方法为，通过利用聚丙烯腈PAN中的CN-与LiMO₂中的Li离子或M金属离子形成化学结合，从而实现PAN环化成导电聚合物包覆层；M为Ni、Co、Mn、Cr、Fe、Al、Mg、Cu、Zn中的一种元素或多种元素组合。

通过环化PAN包覆LiMO₂正极材料，同时诱导表面层状相向岩盐相转变，得到层状相-岩盐相-PAN表面耦合结构。

所述的LiMO₂为所有层状结构的锂金属氧化物，导电聚合物为所有包含有C≡N基团的聚合物。

采用加热法，具体包括以下步骤：

将适量PAN加入二甲基甲酰胺DMF溶剂中快速搅拌至充分溶解，再加入LiMO₂正极材料，磁力搅拌均匀后蒸干DMF溶剂并真空干燥；然后将混合物置于管式炉中特殊气氛下加热处理，冷却至室温后研磨得到最终复合正极材料。

加热法温度为300-800℃。优选的煅烧温度为300℃。优选的煅烧时间为4h。

或者，采用球磨法，具体包括以下步骤：

将LiMO₂正极材料和PAN混合均匀，置于球磨罐中在特殊气氛下球磨处理得到最终复合正极材料。

球磨法转速为300-800转/分钟。

所述的聚丙烯腈的质量占总物质量的0.5％-10％。

所述的特殊气氛包括氩气，氢氩混合气，氧气、氮气和空气中一种。

优选的惰性气体为纯度99％的氩气。