[发明专利]长寿命锂离子电池三元正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种长寿命锂离子电池三元正极材料，包括作为基底的三元材料以及包覆于所述三元材料表面的高分子包覆层，其中，所述高分子包括具有结构的聚羧酸酯类高分子化合物。本发明还提供了所述长寿命锂离子电池三元正极材料的制备方法及应用。本发明的长寿命锂离子电池三元正极材料，具有良好的力学性能以及优良的电容特性，价格便宜、制备简单，可以作为商业的电容器材料进行推广使用。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，具体涉及一种长寿命锂离子电池三元正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来,随着电动汽车、混合动力汽车和规模化储能的需求越来越大，人们对锂离子电池的能量密度和造价提出了更高的要求，一方面需要大幅度提高正极材料的比容量和比能量，同时也要降低对钴的需求。在此背景下，三元正极材料引起了人们的广泛关注。三元正极材料具有LiNi_1-x-yCo_xM_yO₂(1≥x≥0，1≥y≥0，x+y＜1,M＝Mn,Al)的化学组成，包括目前中常见的NCM811,NCM622,NCM523,NCM111和NCA。这类材料的突出优点一方面是大大减少了对钴的需求，具有明显的价格优势，更重要的是，材料的比容量也得到了显著的提升，可以达到200mAh g^-1以上，在未来高能量密度的锂离子电池中具有重要的应用价值和前景,是用于混合型动力电动车理想的正极材料。

然而，锂离子电池目前常用的三元正极材料大多含有比较高的Ni,特别是其中的Ni4+具有很强的氧化性，与电解液直接接触时可以氧化和诱发明显的界面副反应、生成有机酸等成分进一步侵蚀三元正极材料，一方面造成三元正极材料的Ni溶解，结构破坏，同时也造成电极/电解液界面电阻升高，导致这类材料的稳循环定性、热稳定性和大倍率性能不够好，从这个意义上讲，提高三元材料的界面稳定性对其未来广泛的规模化应用具有重要的应用价值和发展前景。事实上，近年来人们在锂离子电池三元正极材料的表界面修饰和改性方面做了大量工作，大都集中在无机碳材料包覆、氧化物、磷化物包覆和有机导电聚合物包覆等方面。碳包覆主要用于提高材料的电子导电性，对抑制电极/电解液界面反应的帮助不大；氧化物和磷化物的包覆有助于降低电极/电解液的界面反应，但无机材料脆性大，包覆层不均匀和连续，在电极充放电过程中容易破裂，因此这类材料的作用有限，导电高分子可以在提高电极电子导电性的同时实现对三元正极材料的保护，但这类材料的抗氧化稳定性差，其氮原子和Ni,Co,Mn之间不存在化学键相互租用，因此改善效果也不理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种长寿命锂离子电池三元正极材料及其制备方法，该制备方法不需要经过高温处理，成本低廉，能耗低，原料容易获取，工艺流程简单，对环境友好，不仅能够有效实现对正极表面的均匀包覆和包覆层厚度调控，也容易实现大规模生产。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种长寿命锂离子电池三元正极材料，包括作为基底的三元材料以及包覆于所述三元材料表面的高分子包覆层，其中，所述高分子包括具有结构的聚羧酸酯类高分子化合物。

进一步地，所述聚羧酸酯类高分子化合物选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸异丁酯、氯乙烯甲基丙烯酸酯共聚物、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚甲基丙烯酸羟丙酯以及聚(2,2,2-甲基丙烯酸三氟乙酯)类似结构的中一种或者多种。

进一步地，所述高分子还包括上述聚羧酸酯类高分子化合物与其他常用高分子包覆材料混合使用，例如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)等。

进一步地，所述三元材料具有LiNi_1-x-yCo_xM_yO₂(1≥x≥0，1≥y≥0，x+y＜1,M＝Mn,Al)的化学组成。

进一步地，所述三元材料选自NCM811、NCM622、NCM523、NCM111和NCA中的一种或两种以上混合物。