一种提高三元复合材料循环性能的制备方法技术

技术编号:15793938 阅读:180 留言:0更新日期:2017-07-10 06:31
本发明专利技术属于锂离子电池材料制备领域,一种提高三元复合材料循环性能的制备方法,其三元复合材料呈现核壳结构,内核为三元材料,外壳包覆层为锂粉复合体,其包覆厚度为0.5~2μm;以重量百分比计,其锂粉复合体是由40~60%的锂粉,5~10%导电剂,30~55%的聚合物组成;其制备方法是首先配置锂粉化合物溶液,之后与三元材料混合,通过喷雾干燥技术制备出外壳包覆有锂粉聚合物的三元复合材料。本发明专利技术,具有导电率高、吸液能力强等优点,应用于锂离子电池具有循环性能好、倍率性能佳及其能量密度高等特性,尤其适合于纯电动汽车领域。

【技术实现步骤摘要】
一种提高三元复合材料循环性能的制备方法
本专利技术属于锂离子电池材料制备领域,具体的是说一种提高三元复合材料循环性能的制备方法。
技术介绍
锂离子电池作为一种新型的二次电池,具有高比容量、循环寿命长、安全性好等特点,广泛应用于移动电话、笔记本电脑等便携式电器的驱动电源。随着电子产品的不断升级换代,以及电动汽车、混合动力汽车的发展,对电池能量密度的要求不断提高。在同样的容量发挥前提下,市场需要不断提高电池的体积能量密度,也就是提高电池活性物质的单位体积填充量。目前商用的锂离子电池正极材料主要分为三类,橄榄石结构的磷酸亚铁锂,质量比能量高,价格低廉,但是其自身振实密度低;尖晶石结构的锰酸锂,生产工艺简单,安全性高,但是其在使用过程中容量衰减较快,特别是高温循环性能差;层状钴酸锂,是目前市场运用最广泛的正极材料,但是钴资源稀缺,价格高,毒性大,电池安全性差。新型正极三元复合材料镍钴锰酸锂,由于价格低廉、循环性能好、结构稳定性好、振实密度高,成为比较理想的正极材料。但是材料的高温循环性能偏差,限制其使用领域,其提高三元材料循环性能主要方法有:材料包覆改性及其材料掺杂,而材料掺杂是目前最简单的方法。比如专利(CN1036823199A)公开了长高温循环镍钴锰酸锂NCM523三元材料及其制备方法,其主要通过在材料烧结过程中的将铝盐或其氧化物加入,采用干法混料混合均匀后再进行烧结,通过Al离子掺杂提升了镍钴锰酸锂NCM523的高温性能,在有效解决了镍钴锰酸锂高温循环性能、高温储存性能较差的问题,但是其结构稳定性差及其倍率性能差,影响其其它性能的发挥。而包覆改性则可以在不影响材料内部结构的条件下,提高材料表面与电解液的相容性,并提高材料的循环、倍率等性能。目前大多是在材料表面进行碳包覆,降低其副反应的发生机率并提高其循环性能,但是其对材料的大倍率性能及其安全性能不利。而补锂技术是近几年发展起来的一种新型技术,即通过极片或材料表面补锂提高其锂离子的传输速率及其首次效率,并提高其循环、倍率等性能,目前国内补锂主要是对极片表面进行补锂,而对三元材料表面进行补锂则国内没有报道。
技术实现思路
针对目前三元材料循环性能及其倍率性能方面存在的缺陷,本专利技术的目的是通过三元材料包覆锂粉复合体,提高其三元材料的循环、倍率性能。本专利技术的技术方案是通过以下方式实现的:一种提高三元复合材料循环性能的制备方法,其三元复合材料呈现核壳结构,内核为三元材料,外壳包覆层为锂粉复合体,其包覆厚度为0.5~2μm;以重量百分比计,其锂粉复合体是由40~60%的锂粉,5~10%导电剂,30~55%的聚合物组成;其制备方法,首先配置锂粉化合物溶液,之后与三元材料混合,并通过喷雾干燥技术制备出外壳包覆有锂粉聚合物的三元复合材料,其特征在于:1)、锂粉复合溶液的配置:首先将30~55g聚合物材料溶解于1000ml有机溶剂中,分散均匀后,依次添加5~10g导电剂、40~60g锂粉,并搅拌均匀,得到锂粉复合溶液A;2)、三元复合材料的制备:将200~300g三元材料添加到锂粉复合溶液A中,分散均匀后,通过喷雾干燥机,制备出球状三元复合材料。所述的步骤1)中聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸异丁酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚乙二醇甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚3-甲氧基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸月桂酯、聚丙烯酸三氟乙酯、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯等中的任意一种,其分子量为1~10万;所述的步骤1)中有机溶剂为四氯化碳、四氢呋喃、N-N-二甲基甲酰胺,丙酮、N,N-二甲基乙酰胺、二氯甲烷、二氯乙烷、甲苯、乙酸乙酯、正己烷、环己烷中的一种。所述的步骤1)中导电剂为纤维状导电剂,为碳纳米管、气相生长碳纤维,实心碳纤维中的一种。所述的步骤1)中的三元材料为LiNixCoyMn1-x-yO2(x≥0.3,y≤0.3),LiNixCoyAL1-x-yO2(x≥0.3,y≤0.3)中的一种。本专利技术的有益效果:1、在三元材料表面包覆锂粉复合体,使其材料在充放电过程中提供充足的锂离子,提高其锂离子的传输速率,并提高其倍率性能;同时由于材料充放电过程中形成SEI膜消耗一部分锂离子,且SEI属于半导体电阻较大,而通过补充锂离子,可以为充放电过程中提供充足的锂离子,提高其循环性能。2、锂粉复合体表面包覆的聚合物材料不溶于N-甲基吡咯烷酮,并包覆在外部提高其前工序的加工性能,而在锂离子电池注液后,聚合物溶于电解液的溶剂,并使其锂粉包覆于三元材料表面,提高其锂离子的传输速率,同时锂粉复合体中具有纤维状碳导电剂一方面提高其电子导电率,另一方面在复合体中形成导电网络,提高其包覆层的结构稳定性。附图说明图1是实施例1制备出的三元复合材料的SEM图片。图2是实施例1-3与对比例的倍率性能比较。具体实施方式一种提高三元复合材料循环性能的制备方法,其三元复合材料呈现核壳结构,内核为三元材料,外壳包覆层为锂粉复合体,其包覆厚度为0.5~2μm;以重量百分比计,其锂粉复合体是由40~60%的锂粉,5~10%导电剂,30~55%的聚合物组成。其制备方法由以下步骤:1)锂粉复合溶液的配置;2)三元复合材料的制备。实施例1:由图1知,一种提高三元复合材料循环性能的制备方法,包括以下步骤:1、锂粉复合溶液的配置:首先将40g聚甲基丙烯酸甲酯材料溶解于1000ml四氯化碳中,分散均匀后,依次添加10g碳纳米管导电剂、50g锂粉,并搅拌均匀,得到锂粉复合溶液A;2、三元复合材料的制备:将250gLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元材料添加到锂粉复合溶液A中,分散均匀后,通过喷雾干燥机(喷雾干燥进风口温度设为150℃,出风口温度设定为100℃,制备出球状三元复合材料。实施例2:1、锂粉复合溶液的配置:首先将30g聚甲基丙烯酸丁酯材料溶解于1000mlN-N-二甲基甲酰胺中,分散均匀后,依次添加5g气相生长碳纤维、60g锂粉,并搅拌均匀,得到锂粉复合溶液A;2、三元复合材料的制备:之后将200gLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元材料添加到锂粉复合溶液A中,分散均匀后,通过喷雾干燥机(喷雾干燥进风口温度设为150℃,出风口温度设定为100℃,制备出球状三元复合材料。实施例3:1、锂粉复合溶液的配置:首先将55g聚甲基丙烯酸异丁酯材料溶解于1000ml正己烷中,分散均匀后,依次添加10g实心碳纤维、40g锂粉,并搅拌均匀,得到锂粉复合溶液A;2、三元复合材料的制备:之后将300gLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元材料添加到锂粉复合溶液A中,分散均匀后,通过喷雾干燥机(喷雾干燥进风口温度设为150℃,出风口温度设定为100℃,制备出球状三元复合材料。对比例:以市场上购置的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2作为对比,厂家:新乡天力锂能股份有限公司,型号:TLM510。1)SEM测试:由图中可以看出,实施例1制备出的三元复合材料呈现类球形,粒径在(5-20)μm之间,大小分布均匀。2)电化学性能测试:2.1制作扣式电池测试。由图2知,是实施例1-3与对比例的倍率性能比较。对实施例1-3和对比例制备出的三元复合材料按照如下方法装成扣式电本文档来自技高网
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一种提高三元复合材料循环性能的制备方法

【技术保护点】
一种提高三元复合材料循环性能的制备方法,其三元复合材料呈现核壳结构,内核为三元材料,外壳包覆层为锂粉复合体,其包覆厚度为0.5~2μm;以重量百分比计,其锂粉复合体是由40~60%的锂粉,5~10%导电剂,30~55%的聚合物组成;其制备方法是首先配置锂粉化合物溶液,之后与三元材料混合,通过喷雾干燥技术制备出外壳包覆有锂粉聚合物的三元复合材料,其特征在于:1)、锂粉复合溶液的配置: 首先将30~55g聚合物材料溶解于1000ml有机溶剂中,分散均匀后,依次添加5~10g导电剂、40~60g锂粉,并搅拌均匀,得到锂粉复合溶液A;2)、三元复合材料的制备:将200~300g三元材料添加到锂粉复合溶液A中,分散均匀后,通过喷雾干燥机,制备出球状三元复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种提高三元复合材料循环性能的制备方法,其三元复合材料呈现核壳结构,内核为三元材料,外壳包覆层为锂粉复合体,其包覆厚度为0.5~2μm;以重量百分比计,其锂粉复合体是由40~60%的锂粉,5~10%导电剂,30~55%的聚合物组成;其制备方法是首先配置锂粉化合物溶液,之后与三元材料混合,通过喷雾干燥技术制备出外壳包覆有锂粉聚合物的三元复合材料,其特征在于:1)、锂粉复合溶液的配置:首先将30~55g聚合物材料溶解于1000ml有机溶剂中,分散均匀后,依次添加5~10g导电剂、40~60g锂粉,并搅拌均匀,得到锂粉复合溶液A;2)、三元复合材料的制备:将200~300g三元材料添加到锂粉复合溶液A中,分散均匀后,通过喷雾干燥机,制备出球状三元复合材料。2.根据权利要求1所述的一种提高三元复合材料循环性能的制备方法,其特征在于:所述的步骤1)中的聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸异丁酯、聚甲...

【专利技术属性】
技术研发人员:丁建民
申请(专利权)人:江苏乐能电池股份有限公司
类型:发明
国别省市:江苏,32

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