[发明专利]一种采用导电子/导离子聚合物包覆三元正极材料的复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种采用导电子/导离子聚合物包覆三元正极材料的复合材料及其制备方法，其包括外层的导电子/导离子聚合物和内层的三元正极材料，其中：外层的导电子/导离子聚合物为部分环化的炔基或腈基聚合物；部分环化的炔基或腈基聚合物是通过含炔基或腈基中至少一种的聚合物经过后处理获得。本发明提供一种双功能导电子/导离子的聚合物包覆三元正极材料。所述的聚合物为部分环化的炔基或腈基聚合物；得益于炔基或腈聚合物跟三元材料的过渡金属相互作用而合理地被吸附，并进一步在材料表面上交联环化，形成完整的包覆层，可减少电极/电解液界面处的副反应。部分环化的特殊共轭结构有相对优异的拉伸强度，提高材料的机械稳定性。

技术领域

本发明属于先进储能材料制备技术领域，具体涉及一种采用导电子/导离子聚合物包覆三元正极材料的复合材料及其制备方法。

背景技术

受益于长寿命，高能量密度和低自放电率，锂离子电池(LIB)对我们的现代社会产生了无可争议的影响，并已成功应用于便携式电子产品、设备和电源应用中。2019年诺贝尔化学奖认可了LIB对人类社会、科学和技术进步的贡献。对于先进的LIB，高能量密度的正极材料起着关键作用。在下一代LIB正极材料中，高镍层状锂插层正极材料LiNi_1-xM_xO₂(M＝Al、Co、Mn、Ti、Zr、Mg、Cu、Fe等等，0x≤0.4)具有更大的容量(约200mAh/g)和低成本，是当前有希望的商业化正极材料候选之一。但是高镍正极材料循环稳定性和倍率性能方面需要改进。高镍正极材料的电极/电解质界面存在化学，机械和电化学不稳定问题。而界面层是控制电荷转移和锂离子扩散程度的关键因素之一。该区域的不稳定性影响正极材料的循环性能，将进一步劣化电池整体效率。

为了构造稳定而牢固的正极/电解质界面以改善电化学性能，表面包覆是作为保护性屏障而被广泛采用的策略，可增强界面的稳定性，减少过渡金属离子的溶解和其他副反应。

在公开的包覆策略中，使用惰性的金属氧化物(CN111600024A)，氟化物(CN106848252B)或磷酸盐(CN104692352A)作为包覆材料，通过简单的包覆工艺形成良好的物理屏障。但是，这些涂层通常是颗粒状且不均匀连续分散于正极材料表面的。此外，非活性涂层材料会阻碍电子和锂离子的传输，影响活性材料的倍率性能和固有容量的发挥。因此，能够实现完整均匀包覆的物质和技术引起了广泛的关注。含锂化合物(CN112002898A)、固体电解质(CN111755698A)和导电聚合物(CN111785973A)，可以有复形性。然而，以上材料只传导电子或只传导锂离子。理想的涂层应该是连续的，整体的和柔性的稳定薄层，该薄层可以同时传递电子和锂离子，并能承受在Li⁺嵌入/脱出时产生的应变。为了实现这些目标，有研究人员选取导离子和导电子的两种材料共聚或者复合的方法，来设计双重导电层涂层(CN108711613B)。但是，能传导离子的材料通常不导电子，影响局部的电子传输；而能导电子的材料通常不传导离子，影响局部离子的传输。与多种材料涂层相比，使用具有离子和电子电导率的双功能材料同时制造Li⁺和电子传输路径是一种更加合理和有效的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用导电子/导离子聚合物包覆三元正极材料的复合材料及其制备方法；通过具有双功能的聚合物对三元正极材料进行包覆，可以在正极/电解质界面构建化学和电化学稳定且传导离子和电子的表面层，有利于充放电过程中锂离子和电子的传导，并且具有完整性和复形性，从而减少其界面副反应的负面影响，提高材料的容量保持率和倍率性能。

本发明这种采用导电子/导离子聚合物包覆三元正极材料的复合材料，包括外层的导电子/导离子聚合物和内层的三元正极材料，其中：外层的导电子/导离子聚合物为部分环化的炔基或腈基聚合物；部分环化的炔基或腈基聚合物是通过含炔基或腈基中至少一种的聚合物经过后处理获得。

所述的含炔基或腈基中至少一种的聚合物的分子量为200～300000，且可以发生环化反应。