[发明专利]锂离子电池正极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种锂离子电池正极材料，包括核结构和壳结构，其特征在于，所述核结构为二次颗粒结构，且其中包括具有多孔结构的主导电网络以及填充于所述主导电网络的孔结构中的纳米一次颗粒；所述纳米一次颗粒包括纳米钴酸锂、纳米锰酸锂、纳米磷酸铁锂、纳米镍钴锰、纳米镍钴铝、纳米镍酸锂、纳米锂钒氧化物、纳米富锂正极材料中的至少一种；所述主导电网络之间存在较强的键合力作用；并且通过所述键合力将所述纳米一次颗粒紧密的锁定于所述主导电网络的孔结构中；

提供强键合力的键的类别为氢键或/和化学键；构成所述氢键或/和化学键的含氧官能团的质量占整个主导电网络的质量的1％～40％；

其制备方法主要包括如下步骤：

步骤1，前驱体制备：将一次颗粒均匀的分散于溶剂中，得到前驱体；

步骤2，改性主导电网络结构制备：将具有多孔结构的主导电网络结构置于氧化环境中，接枝官能团，得到改性后的主导电网络结构；

步骤3，填充：将步骤1制得的前驱体填充进入改性主导电网络结构中；

步骤4，闭口：置于还原气氛下，促使接枝在主导电网络结构上的官能团发生反应，生成强键合力，将多孔主导电网络结构中的孔结构密封或部分密封；

步骤5，将步骤4的产物进行包覆、碳化即得到成品锂离子电池正极材料。

2.一种权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，所述主导电网络具有柔韧性，且所述主导电网络内部含有官能团；所述氢键或/和化学键由所述主导电网络内部的含氧官能团反应而得到。

3.一种权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，所述主导电网络为开口石墨烯结构、开口膨胀石墨结构、蠕虫状石墨烯结构中的至少一种；所述纳米一次颗粒包含有纳米锂离子电池正极颗粒；所述主导电网络与所述一次颗粒之间还分布有辅导电网络，所述辅导电网络将所述主导电网络与所述纳米一次颗粒紧密连接在一起。

4.一种权利要求3所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，所述辅导电网络由高分子材料碳化得到；所述高分子材料由高分子单体原位聚合得到；所述辅导电网络中，还包括导电炭黑、超级导电碳、科琴黑、碳纳米管、石墨烯、乙炔黑中的至少一种。

5.一种权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，步骤1所述的一次颗粒表面经过改性成为官能团化一次颗粒，所述官能团为羧基或/和羟基；步骤2接枝的官能团包括羧基、羟基、环氧基、羰基、硝基、氨基中的至少一种；步骤4所述还原气氛包括添加还原剂或/和直接水热还原。

6.一种权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，步骤1中还添加有聚合物单体，即将一次颗粒、聚合物单体混合后捏合，得到聚合物单体均匀的分散于纳米一次颗粒表面的前驱体；此时，需要在步骤3之后进行聚合反应，所述聚合反应为将步骤3的产物，置于引发剂存在的环境中，促使分散于一次颗粒表面的聚合物单体聚合，得到高分子聚合物。

7.一种权利要求6所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，捏合反应时还加入有高分子聚合物、碳源组分、导电剂组分、溶剂组分；此时步骤1所述捏合过程为：将纳米一次颗粒、表面活性剂1、聚合物单体、溶剂1捏合，得到混合物1；将导电剂组分、表面活性剂2、溶剂2捏合，得到混合物2；再将混合物1与混合物2共混，分散均匀得到前驱体浆料。

8.一种权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，步骤3所述的填充过程为：

将多孔主导电网络结构材料做预处理，所述预处理包括表面活化或/和添加表面活性剂；

填充之前，将多孔主导电网络结构材料置于真空环境中抽真空，排出孔结构中的空气，为前驱体的填充腾出空间，之后置于前驱体浆料中开始填充；

填充过程中，施加压强，将前驱体挤压进入孔洞中；提高温度，降低前驱体的粘度；增加机械扰动，打开孔洞口。