[发明专利]一种高稳定性锂离子电池正极及其制备和应用

说明书

本发明属于锂离子电池领域，特别涉及一种高稳定性锂离子电池正极及其制备和应用，通过低成本的工艺实现在镍钴锰酸锂(NCM)材料二次颗粒表面包覆纳米级磷酸钒锂(LVP)材料，得到NCMLVP复合正极浆料，使用该浆料制备锂离子电池正极，将该正极应用于锂离子软包电池中，电池在高温和常温下均表现出优异的循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，特别涉及一种高稳定性锂离子电池正极的设计策略。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、比能量高、循环寿命好、安全性能高等优势，被广泛应用在人类生产生活中，不论是便携式电子产品、电动汽车、通讯设备，还是储能产品都有锂离子电池的身影。目前镍钴锰酸锂正极材料具有较高的能量密度得到了广泛的应用，但是，镍钴锰酸锂正极材料倍率性能和循环稳定性较差，直接影响了电池产品的使用寿命。镍钴锰酸锂电池产品较短的生命周期和使用量的不断增加，在未来较短的时间内，大量无法使用的报废电池产品会极大的增加环境负荷，甚至造成环境污染。因此，开发高循环稳定行的锂离子电池正极材料，增加锂离子电池循环寿命，延长电池的生命周期具有十分重要的意义。

磷酸钒锂材料作为一种聚阴离子正极材料，具有NASCION结构，材料内部拥有锂离子迁移的快速通道，具有高稳定性，长循环寿命，倍率性能优异，电压平台高等优势。使用纳米化磷酸钒锂材料，通过湿法搅拌工艺，实现对镍钴锰酸锂正极材料二次颗粒团聚体表面的包覆，制备得到的镍钴锰酸锂(NCM)纳米磷酸钒锂(LVP)复合正极在常温和高温充放电均表现出优异的稳定性。本发明提出的使用纳米磷酸钒锂(LVP)通过搅拌工艺实现对镍钴锰酸锂(NCM)正极材料二次颗粒的表面包覆，最终得到高稳定性的锂离子电池正极，匹配负极制备得到的软包电池在常温和高温下表现出优异循环稳定性。

发明内容

本发明是为了提高锂离子电池在常温和高温环境下的循环稳定性，提出了一种高稳定性锂离子电池正极及其制备和应用。

本发明的技术方案是：

一种高稳定性锂离子电池正极，通过低成本的工艺实现在镍钴锰酸锂(NCM)材料二次颗粒表面包覆纳米级磷酸钒锂(LVP)材料，得到NCMLVP复合正极浆料，使用该浆料制备锂离子电池正极，将该正极应用于锂离子软包电池中，电池在高温和常温下均表现出优异的循环稳定性。

该正极的制备步骤如下：

1)纳米级磷酸钒锂(LVP)材料的制备：按锂、钒、磷和碳的元素摩尔比例3.1:2:3:1～2.8称取锂源、钒源、磷源和碳源加入球磨罐中，同时加入锂源质量5倍的水进行球磨混匀，得到前驱体混合液；将混合液喷雾干燥，得到前驱体粉料；将前驱体粉料在惰性气氛中焙烧，冷却后再次进行球磨，即得到纳米级磷酸钒锂(LVP)材；

2)镍钴锰酸锂(NCM)材料搅拌捏合：在搅拌罐中将镍钴锰酸锂(NCM)材料与聚偏氟乙烯(PVDF)混匀；然后加入溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)进行搅拌捏合，得到高粘度的镍钴锰酸锂(NCM)材料捏合物；

3)纳米级磷酸钒锂(LVP)材料悬浮液制备：将纳米级磷酸钒锂(LVP)材料加入NMP中搅拌，形成磷酸钒锂(LVP)悬浮液；

4)纳米级磷酸钒锂(LVP)材料和镍钴锰酸锂(NCM)材料的混合包覆：将LVP悬浮液加入镍钴锰酸锂(NCM)材料捏合物中进行搅拌混匀，得到表面包覆纳米级LVP材料的NCM二次颗粒浆料；

5)高稳定性锂离子电池正极浆料的制备：将导电炭黑(S-p)和PVDF混合后加入NMP溶剂搅拌均匀，然后加入包覆纳米级LVP材料的NCM二次颗粒浆料，将两者充分搅拌混匀，最后加入碳纳米管分散液搅拌均匀，得到高稳定性锂离子电池正极材料浆料；

6)高稳定性锂离子电池正极的制备：将正极材料浆料涂布在铝箔集流体上，经过烘干、辊压、裁切后得到高稳定性锂离子电池正极。