[发明专利]一种聚丙烯酸锂包覆的三元正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种聚丙烯酸锂包覆的三元正极材料的制备方法，将聚丙烯酸溶于溶剂中，70～90℃保温超声10～20min后持续搅拌2h；接着，向上述溶液中滴加三元正极材料，搅拌反应20～40min；最后将上述混合溶液加热，除去溶剂，即得到聚丙烯酸锂包覆的三元正极材料。通过导电聚合物的表层包覆，形成均匀连续的完整导电聚合物层，能够有效的降低材料界面处的内阻，在一定程度上改善了材料的电子电导率，利用化学法生成聚丙烯酸锂为锂离子的传输提供了锂离子通道，进而提高锂离子的扩散速率；同时，包覆层能有效的隔绝材料与电解液的直接接触，减轻了电解液侵蚀对材料性能带来的破坏，使循环稳定性得到提高。且聚丙烯酸锂具有很强的吸水性，能除去电解液中的水，能很好的提高三元材料的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂电池正极材料技术领域，具体涉及锂电池三元正极材料的改性，更具体地，涉及一种聚丙烯酸锂包覆的三元正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着人类社会对环境和能源问题的日益重视，开发利用可替代的新型无污染、可循环使用的能源系统得到全人类的共识。在目前的新能源系统中，锂离子电池以其独特的优势在诸多领域得到大规模利用。在过去几十年的发展过程中，人们开发出了可以嵌脱锂的过渡金属氧化物作为锂离子电池的正极材料，包括：层状结构的LiMO₂（M=Co、Ni、Mn）和尖晶石结构的LiM₂O₄（M=Co、Ni、Mn）以及橄榄石结构的LiMPO₄（M=Co、Ni、Mn）。这些材料在作为锂离子电池正极材料时均表现出一定的优势。但随着新能源汽车的普及，人们更侧重于锂离子电池在长续航、大功率方面性能的提高。三元层状正极材料以其在安全性、成本、比容量方面的优势异军突起，成为近年来锂离子电池正极材料的研究焦点。

对于镍基层状正极材料，随着材料中Ni含量逐渐提高，材料的比容量得到大幅度的提高，然而高Ni含量带来的Li/Ni混排，在一定程度上牺牲了材料的循环稳定性能。同时Ni含量的升高使得材料中Co的含量降低，低的Co含量使得材料的电子电导率较差，从而造成材料的大倍率性能相对较差。另外，高脱锂状态下，Ni⁴⁺与电解液之间严重的副反应以及热失控等因素都给镍基正极材料的大规模商业化生产带来阻碍。

针对镍基材料存在的问题，研究学者们主要从元素掺杂和表面包覆方面对材料性能做进一步的优化。掺杂改性通常是在材料的制备过程中，通过引入其它金属离子来微调材料的晶格参数，使其更有利于提高材料结构的稳定性、扩大锂离子的迁移通道等来提高材料的电化学性能。目前研究较多的集中在对材料进行各种各样的表层包覆，氧化物（如Al₂O₃、MgO、ZnO、V₂O₅等）和非氧化物（如AlF₃、LiAlF₄、Li₃PO₄等）均被作为包覆材料进行研究，并在一定程度上提高了材料的电化学性能。

针对导电聚合物包覆，大多数的的包覆层只能单方面的提高导电性或者导离子性，无法同时提高导电性和导离子性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有三元正极材料表面包覆改性方面存在和缺陷和不足。通过对镍基层状锂离子电池三元正极材料进行聚丙烯酸锂包覆改性，在有效的提高材料循环稳定性的基础上，大幅度的提高了材料的倍率性能，特别是高倍率性能，为同时改善镍基层状正极材料的循环稳定性能和高倍率性能提供了切实可行的改进办法。

本发明的第一个目的是提供一种聚丙烯酸锂包覆的三元正极材料。

本发明的第二个目的是提供所述聚丙烯酸锂包覆的三元正极材料的制备方法。

本发明的第三个目的是提供所述聚丙烯酸锂包覆的三元正极材料的应用。

本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：