[发明专利]一种无机高分子净水剂包覆正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种无机高分子净水剂包覆正极材料及其制备方法和应用，所述无机高分子净水剂包覆正极材料的制备方法包括如下步骤：将无机复合高分子净水剂、正极基材和溶剂混合后，进行干燥和烧结，得到所述正极材料；所述无机复合高分子净水剂中包括铝元素和钛元素。本发明所述方法形成的正极材料的包覆层均匀致密，有效避免了电解液的腐蚀，极大的减少副反应；所述方法将水洗和包覆工艺合并，缩短了工艺流程，极大的降低了生产成本，同时获得了循环性能、安全性能优异的金属氧化物共包覆正极材料。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种无机高分子净水剂包覆正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池为20世纪80年代的产物，因为性能和技术的优势，经过几十年的发展，锂电池技术日渐成熟，目前已经成功大规模商业化，应用于我们生活的各各方面，根据使用场景和能量大小具体分为锂动力电池、锂消费电池及锂储能电池，锂消费电池高端产品优先选用压实密度较高的钴酸锂材料(PD＝4.1g/cc)，这种类型的材料做出来的电池体积能量密度大。锂储能电池选用循环性能好但能量密度低的磷酸铁锂电池，储能电站对场地要求不高，多使用体积能量密度低的磷酸铁锂电池。近几年，作为锂电池主要应用端的锂动力电池，由于续航里程的需要，开始大规模使用能量密度高，循环、安全性能略差，但是综合指标均衡的三元材料。

业界普遍认为，三元材料循环衰减是因为循环后的相变导致的，锂镍混排以及表面和电解液接触副反应消耗的锂离子，为了提高三元材料的长期性能及安全性能，业界普遍采用的处理工艺是表面包覆，根据包覆工艺的不同分为干法包覆和湿法包覆，根据包覆物种类的不同又分为无机包覆和有机包覆，包覆设备有高速捏合机、高速混合机及喷雾干燥机等。是否形成均匀包覆层，是判断包覆优劣的关键。

三元材料经过一次烧结后，由于表面残碱的存在，pH值较高，电池调浆过程中容易引起的凝胶成果冻现象，导致电池制作时涂布失效，为了降低表面残碱，三元材料一烧后要经过水洗工序，使表面残碱LiOH、Li₂CO₃、Li₂O等溶于水中，过滤后随滤液流出，含Li的碱性物质和三元材料分离，降低三元材料表面残碱。

CN112758991A公开了一种核壳结构三元正极材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：(1)配制金属盐溶液、沉淀剂溶液、络合剂溶液和两性高分子絮凝剂溶液；(2)在反应釜中加入水、络合剂溶液、沉淀剂溶液配制反应釜底液；(3)向反应釜底液中加入金属盐溶液、沉淀剂溶液、络合剂溶液，进行共沉淀反应，待反应釜内颗粒粒径生长至小于目标粒径2～3μm时，开始通入两性高分子絮凝剂溶液，然后继续进行反应，至颗粒平均粒径生长至目标粒径，停止进料。其公开的方法利用高分子絮凝剂在前驱体颗粒外层形成网状结构，增强了其结构强度，避免了在前驱体反应后期由于颗粒之间的碰撞造成球裂，从而保证其循环性、稳定性与安全性。

三元材料规模化生产的一般流程为：一烧～水洗～干法包覆无机物～再次烧结稳定包覆表面。水洗是为了去除三元材料表面的残碱，干法包覆如Al、Ti、Mg及Zr等再次烧结是为了形成物理隔绝减少和电解液的副反应从而提升安全性能和循环稳定性，但是即便是使用纳米级别的包覆物进行干法包覆，包覆层也依然不完成整，原因有二点，一是包覆物Al、Ti、Mg及Zr虽然纳米状态，但是纳米材料有个共有特性是容易团聚，颗粒原料相互接触后非常容易团聚，这就导致纳米包覆物在包覆过程中不容易分散；二是三元材料包覆设备均为粉体分散或捏合设备，微观混合效果差、局部包覆效果差及混合能力上限低，导致包覆烧结后三元材料粉体依然有新鲜的未经过包覆的表面暴露在电解液中，所以干法包覆不是表面完全包覆，依然不能解决三元材料和电解液的副反应问题，以及由于电解液副反应引起的表面相变问题。

综上所述，开发一种能够减少正极材料和电解液的副反应，保证正极材料发挥优异电化学性能的方法至关重要。

发明内容