[发明专利]一种聚噻吩基高镍三元锂电池材料及制备方法

说明书

本发明提出一种聚噻吩基高镍三元锂电池材料的制备方法，采用锂盐、镍盐、钴盐、锰盐作为原料，然后加入碱液，镍钴锰沉淀，烧结得到高镍的三元基础材料，然后加入噻吩单体和分散体系，超声分散后，在高速分散过程中加入强氧化剂，噻吩单体氧化聚合成聚噻吩，并与镍钴锰共同形成聚噻吩复合微球，然后进行喷雾干燥后得到高密实度高镍的三元材料。本发明克服了现有高镍三元材料循环不稳定、掺杂包覆降低密度、降低电导率的缺陷，通过噻吩单体聚合形成微球聚噻吩的引导，使高镍三元材料形成微球，牢固的固定了微观结构变化，提高镍钴锰酸锂的压实密度，有效解决了镍钴锰酸锂正极材料锂电池的高温、过充、针刺条件下的安全性。

技术领域

本发明涉及锂离子正极材料及制备技术领域，具体涉及一种聚噻吩基高镍三元锂电池材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池是目前最具有发展前途和应用前景的高能二次电池，其中，锂离子电池正极材料是决定锂离子电池发展的关键性因素。

特别是富镍的镍钴锰酸锂三元材料由于具有较高的比容量，被认为是最具潜力的下一代锂离子电池材料。但是富镍三元材料目前仍然存在一些关键问题阻碍了该材料的实际应用，如锂镍混排、高温循环稳定性差等缺点。目前，共沉淀法是制备镍钴锰氢氧化物的常用方法，尤其在富镍三元材料的烧结过程中，由于锂镍混排等因素导致材料表面不可避免地存在大量锂残渣Li₂O/LiOH。当富镍正极材料暴露在空气中时，锂残渣会吸收H₂O和CO₂转化为LiOH/Li₂CO₃并附着在富镍正极材料的表面。有研究表明，这些附着在富镍正极材料表面的物质不仅会阻碍Li⁺的传输迁移，使富镍正极材料的电化学性能损失极大。

因此，稳定高镍三元的结构，减少材料与空气或电解液的直接接触、降低材料吸收H₂O/CO₂或与电解液发生副反应是改进富镍材料电化学性能和安全性能的关键。

目前的解决方法主要包括掺杂处理和表面包覆以及两种手段相结合。如中国发明专利申请号201710029243.1 提供了一种高镍正极材料及其制备方法以及锂离子电池。本发明通过在高镍正极材料的前驱体中加入非金属掺杂剂，加入锂源并烧结后得到具有非金属元素掺杂的高镍正极材料。中国发明专利申请号201710167988.4公开了基于高镍材料的钴镁共掺杂改性三元前驱体及正极材料的制备方法，将镍钴镁混合溶液、氨水和氢氧化钠混合溶液、氢氧化钠溶液并流加入反应釜中，共沉淀反应后，先得到前驱体粉末，再将前驱体粉末与锂盐混合均匀，在管式炉中煅烧，研磨过筛得到高镍三元正极材料。通过掺杂的手段进行改性处理，掺杂原子的种类和浓度对活性材料性质影响很大，在试验过程中需要对掺杂量及元素分布进行严格控制，对工艺要求较高。

中国发明专利申请号201410078072.8公开了一种高镍基锂电池正极材料及其制备方法，包覆层材料包覆在高镍基正极材料外与其形成壳核结构，使得该正极材料具有高镍基正极材料的高容量和包覆层材料的热稳定性好的优点。中国发明专利申请号201510740732.9一种包覆改性高镍三元正极材料及其制备方法，其是以LiNixCo(1-x)/2Mn(1-x)/2O2材料为基体，其中0.6≤x≤0.9；基体外包覆有一包覆层，包覆层中含有多种纳米金属盐和/或纳米金属氧化物；其中的阳离子金属总质量占三元正极材料质量的0.01％～10％。通过包覆的手段进行改性处理，包覆层厚度及元素分布均匀程度难以有效控制，包覆层与三元正极材料晶格差异大，在高温循环过程中导致包膜脱落，改性效果不佳。