[发明专利]一种Co-MOF包覆三元正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种Co‑MOF包覆三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)制备水溶性MOF复合聚合物材料；(2)制备三元正极材料；(3)制备Co‑MOF包覆三元正极材料。本发明在三元正极材料表面均匀包覆一层Co‑MOF材料，包覆的Co‑MOF对正极材料中的金属起到保护和稳固作用，抑制电极与电解液之间的副反应，防止正极材料结构坍塌；提高正极材料的稳定性，阻止电解液对金属离子的溶出，从而提高电池的倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池材料技术领域，具体涉及一种Co-MOF包覆三元正极材料的制备方法。

背景技术

随着对高能量电池需求的增长，刺激了研究者对具有高性能的锂离子电池的研究。其中，高镍三元正极材料以高能量密度的优势备受瞩目，但高镍材料因严格的储存条件、循环性能差以及热稳定性差等缺点，限制其实际应用。

高镍正极材料(x0.6)LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂中的Ni含量增加可以实现更高的容量，例如LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂作为代表性的高Ni材料与市售正极材料(如LiCoO₂和LiFePO₄)相比，富含Ni的材料具有更高的容量。然而，Ni含量越高，正极的问题也随之严重。高Ni含量会发生严重的Li⁺/Ni ²⁺离子交换，会严重影响Li离子扩散，降低材料的离子电导率，引起较差的电化学性能。更重要的，在高电位下，正极材料表面的高氧化态阳离子具有较高的活性，易溶于电解液中，正极材料表面残留的LiOH/Li₂CO₃或从体相中析出的Li元素与电解液、电解质以及微量的水分发生复杂反应形成对电化学不利的固体膜，从而造成电阻增加、极化严重、容量下降等问题。

因此，需要提供一种Co-MOF包覆三元正极材料的制备方法，以解决上述现有技术存在的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种Co-MOF包覆三元正极材料的制备方法，在正极材料表面均匀包覆一层Co-MOF，包覆的Co-MOF对正极材料中的金属起到保护和稳固作用，抑制电极与电解液之间的副反应，防止正极材料结构坍塌；提高正极材料的稳定性，阻止电解液对金属离子的溶出，从而提高电池的倍率性能和循环性能。

为达到上述技术效果，本发明提供一种Co-MOF包覆三元正极材料的制备方法，采用如下技术方案：

一种Co-MOF包覆三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备水溶性MOF复合聚合物材料

将亲水性MOF材料、丙烯酰胺、甲基丙烯酸、乙二醇二甲基丙烯酸酯和偶氮二异丁腈乙醇溶液加入乙醇溶液中，进行超声搅拌，在30-70℃条件下反应15-30h，洗涤干燥，得到水溶性MOF复合聚合物材料；

(2)制备三元正极材料

将前驱体与锂源按比例混合均匀后，在气氛炉中经高温烧结，冷却至室温后，经粉碎，得到三元正极材料；

(3)制备Co-MOF包覆三元正极材料

将钴源溶于纯水中，不断搅拌，加入步骤(1)制得的水溶性MOF复合聚合物材料，再加入步骤(2)制得的三元正极材料，搅拌均匀，在包覆完成后，将物料溶液在压滤机上进行挤压，再在真空干燥箱真空干燥，接着置于气氛炉进行一次热处理后，自然降温至室温，然后粉碎，过筛，得到Co-MOF包覆三元正极材料。

进一步的，步骤(1)中，所述丙烯酰胺：甲基丙烯酸：乙二醇二甲基丙烯酸酯：偶氮二异丁腈的添加比为：1g:(1-5g):(1-5mL):(5-50mL):(0.1-1g)。