[发明专利]一种改性单晶三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种改性单晶三元正极材料及其制备方法。本发明以姜黄素中独有的β‑二酮基与镧系金属离子形成的配位键与聚合物链间的氢键作用取代传统的交联剂，制得兼具高弹性与延展性的磺酸型聚合物；生成的磺酸可有效的降低材料表面的残碱量，且兼具的高弹性与延展性，在电池反复充放电过程中可有效的保持材料的结构，提高电池循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种改性单晶三元正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有的多重优势以及随着各国禁燃油车的“时间表”逐渐临近，使其成为目前动力电池首选对象。现阶段，为了进一步满足市场需求，相较于钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂各自的不足，三元层状材料(NCM/A)具有高比能量是研究的热点。但实验与实践表明：由于阳离子混排、材料吸水而产生的残碱以及强氧化性的Ni³⁺和Ni⁴⁺存在的高温性能差等缺点，导致材料的电性能衰减过快，且应用在电池端会引发诸多安全问题。

针对上述技术问题，主流方案是对三元材料通过湿法或干法进行掺杂、包覆来稳定材料的结构，从而提升材料的循环稳定性能。湿法改性，如CN109546088A涉及一种高镍三元正极材料水洗方法，具体公布了一种通过两次超声去离子水洗涤后的NCM622正极材料。CN110993927A涉及一种高镍三元材料水洗包覆Al、Sm的方法，具体公布了一种Al、Sm水包覆液包覆改性高镍三元材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O材料。上述改性方法，湿法改性在水洗或者溶液洗涤包覆过程中虽然可以减低材料的残碱，但会造成Li⁺析出且氧化物或盐溶液制备复杂等问题，进一步产生的污水在无形中会增加生成成本。而干法掺杂、包覆改性采用的氧化物如五氧化二钽(Ta₂O₅)、氧化钨(WO₃)、氧化镧(La₂O₃)等往往价格过高，且包覆在材料表面不均匀，不能形成连续面，影响材料的性能。

发明内容

为解决以上至少之一的技术问题，本发明提供一种改性单晶三元正极材料及其制备方法。本发明将磺酸型高分子材料均匀包覆在单晶元正极材料表面，有效的降低了残碱量，提升了材料的循环性能。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供一种改性单晶三元正极材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

姜黄素改性：使用第一二元醇对姜黄素进行改性，得到二元醇改性的姜黄素；

制备阳-非离子型磺酸高分子材料：使用所述二元醇改性的姜黄素、第二二元醇、二异氰酸酯和扩链剂进行聚合反应，之后再加入磺酸盐进行反应，得到阳-非离子型磺酸高分子材料；

制备改性单晶三元正极材料：将镧系化合物与单晶三元正极材料混合得到复合单晶材料；将所述阳-非离子型磺酸高分子材料加入第一溶剂后喷涂于所述复合单晶材料表面，之后在保护气气氛条件下进行热处理，得到所述改性单晶三元正极材料。

本发明以姜黄素中独有的β-二酮基与镧系金属离子形成的配位键与聚合物链间的氢键作用取代传统的交联剂，制得兼具高弹性与延展性的磺酸型聚合物；生成的磺酸可有效的降低材料表面的残碱量，且兼具的高弹性与延展性，在电池反复充放电过程中可有效的保持材料的结构，提高电池循环性能。

根据本发明的制备方法，优选地，所述喷涂采用超声雾化喷涂技术。

根据本发明的制备方法，优选地，采用所述超声雾化喷涂技术进行喷涂时的工艺参数包括：进液速率为3～8mL/h，发生器频率为25～50KHz，功率为1～3.5W，喷头移动速度为50～100mm/min。

根据本发明的制备方法，优选地，所述单晶三元正极材料通过以下步骤制备得到：