一种表面改性的锂离子电池正极材料及制备方法技术

一种表面改性的锂离子电池正极材料及制备方法，所述表面改性的锂离子电池正极材料由基体材料和包覆在所述基体材料的表面的表面包覆材料组成。所述表面包覆材料为疏水类有机硅材料。所述疏水类有机硅材料为多元共聚高分子硅烷，硅氧烷，硅烷偶联剂，以及硅氧烷偶联剂的一种或二种以上的混合物。所述表面包覆材料与基体材料的质量比为0.000001～0.05:1，所述表面包覆层的厚度为纳米级，且该纳米级的表面包覆材料可以避免正极材料吸水和吸二氧化碳，这不仅提高了正极材料的加工性能，同时也降低了正极材料的pH值和其表面的碳酸根和氢氧根含量(或残锂含量)。本发明专利技术还提供了一种表面改性的锂离子电池正极材料的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种表面改性的锂离子电池正极材料及制备方法
本专利技术涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种表面改性的锂离子电池正极材料及制备方法。
技术介绍
锂离子电池作为新一代的绿色环保电源，其具有能量密度大、电压高、自放电小、无记忆效应等优点，广泛应用于手机、相机、笔记本电脑、电动工具、电动自行车及电动汽车等产品。随着电子产品的快速发展，其对锂离子电池的能量和功率要求越来越高，而锂离子电池的正极材料是锂离子电池的重要组成部分，是锂离子电池性能的主要影响因素之一。目前应用最多的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂和镍钴锰酸锂三元材料。钴酸锂是最早工业化和商业化的材料，钴酸锂的电化学性能较为稳定、导电性能好、电压平台较高、循环性能好、压实密度能达到4.0g/cm3，但是钴酸锂的比容量相对较低，只有140mAh/g，并且钴毒性较大，钴资源稀缺，价格昂贵，且其过充安全性能较差。镍酸锂合成困难，材料的重现性差，且层状的锰酸锂虽然具有较高的比容量，但是结构稳定性较差，而尖晶石型的锰酸锂比容量较低，且高温下的结构不稳定，有待加强。镍钴锰酸锂三元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂的性能表现，具有热稳定性好，比容量高(镍含量越高比容量越高)，但是高碱性的高镍材料容易从周围空气中吸取水和二氧化碳。当吸收了水和二氧化碳后，一方面造成在制造锂离子电池时会在混浆涂布中易出现果冻状等加工性能问题，另一方面进一步恶化了高镍电芯的安全、循环等技术参数。目前，业内主流是采用水洗和二烧的方法来降低高镍材料表面残碱和PH值，然而，这样做的结果一是显著增加了生产成本，二是也牺牲了电芯的其它性能，如循环，甚至安全性能。从而导致目前高镍材料在市场上的应用推广未达预期。
技术实现思路
有鉴于此，有必要提供一种可以克服上述不利的表面改性的锂离子电池正极材料及制备方法，以克服现有技术的不足，其采用疏水性能良好的材料对活性物质进行包覆改性以提高材料对环境湿度的耐受性，从而提高材料混浆涂布的加工性能，进一步提高材料的高温存储性能和安全性能。一种表面改性的锂离子电池正极材料，其由基体材料和包覆在所述基体材料的表面的表面包覆材料组成。所述基体材料为镍钴锰铝酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、镍钴酸锂或镍锰酸锂中的一种或两种以上的混合物。所述表面包覆材料为疏水类有机硅材料。所述疏水类有机硅材料为多元共聚高分子硅烷，硅氧烷，硅烷偶联剂，以及硅氧烷偶联剂的一种或两种以上的混合物。所述表面包覆材料与基体材料的质量比为0.000001～0.05:1，所述表面包覆层的厚度为纳米级，且该纳米级的表面包覆材料包覆在颗粒状的所述基体材料的外表面。进一步地，所述表面包覆材料为分子量小于1百万的硅烷、硅氧烷、硅烷偶联剂、硅氧烷偶联剂一种或两种以上的混合物。进一步地，所述表面包覆材料为硅烷和/或硅氧烷偶联剂混合物时，包覆在所述基体材料表面的材料为有机硅烷烃。进一步地，所述有机硅烷烃的分子式为进一步地，所述有机硅烷烃的分子式为进一步地，所述疏水类有机硅材料为液态或固态。一种表面改性的锂离子电池正极材料的制备方法，其包括如下步骤：S1：提供基体材料，所述基体材料为镍钴锰铝酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、镍钴酸锂或镍锰酸锂中的一种或两种以上的混合物；S2:提供包括表面包覆材料，所述表面包覆材料为多元共聚高分子硅烷，硅氧烷，硅烷偶联剂，以及硅氧烷偶联剂的一种或两种以上的混合物；S3:对所述表面包覆材料进行加热，加热温度介于100℃～400℃；S4:提供一个反应缶，在所述反应缶中使表面包覆材料与基体材料混合并反应以进行包覆，且包覆时间小于10分钟以在所述基体材料的表面包覆所述表面包覆材料而形成所述表面改性的锂离子电池正极材料。进一步地，所述反应缶中充有空气或氧气。进一步地，对所述表面包覆材料进行加热至气化，将气化后的表面包覆材料从所述反应缶的底部或侧部通入，所述基体材料从所述反应缶的顶部洒入以进行包覆。进一步地，所述表面包覆材料与所述基体材料在所述反应缶中在一定温度下直接均匀混合反应生成包覆层。与现有技术相比，本专利技术提供的表面改性的锂离子电池正极材料，由于在基体材料的表面包覆了表面包覆材料，该表面包覆材料为疏水纳米材料，从而使得该包覆层在隔绝外部水分与正极材料的同时还可以使锂离子自由通过，进而在完成充放电的同时可以避免正极材料吸水和吸二氧化碳，这不仅提高了正极材料的加工性能，同时也降低了正极材料的pH值和其表面的碳酸根和氢氧根含量(或残锂含量)。另外，本专利技术合成工艺仅在一个反应缶中均匀混合并加热即可完成，因此简单易行，设备要求低，且原材料资源充足又廉价，无污染，因此有良好的工业应用前景。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本专利技术实施例的说明并不用于限定本专利技术的保护范围。本专利技术提供的表面改性的锂离子电池正极材料由基体材料与表面包覆材料组成。所述基体材料可以为镍钴锰铝酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、镍钴酸锂或镍锰酸锂中的一种或二种以上的混合物。所述镍钴锰铝酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、镍钴酸锂或镍锰酸锂作为锂离子电池正极材料的活性物质，其为一种现有技术，其特性及形成工艺在此不再赘述。在制作时，首先应当将该基体材料粉碎成合适粒径大小的颗粒。所述基体材料的料度大小为0.1～30微米。所述表面包覆材料可以为疏水类有机硅材料,其可以为液态也可以为固态。所述疏水类有机硅材料可以为多元共聚高分子硅烷，硅氧烷，硅烷偶联剂，以及硅氧烷偶联剂的一种或二种以上的混合物。所述表面包覆材料与基体材料的质量比为0.000001～0.05:1。所述表面包覆材料包覆在颗粒状的所述基体材料的外表面从而形成表面改性的锂离子电池正极材料。由于在基体材料的表面包覆了所述表面包覆材料，该表面包覆材料为疏水纳米材料，从而使得该包覆层在隔绝外部水分与正极材料的同时还可以使锂离子自由通过，进而在完成充放电的同时可以避免正极材料吸水和吸收二氧化碳，这不仅提高了正极材料的加工性能，同时也降低了正极材料的pH值和其表面的碳酸根和氢氧根含量(或残锂含量)。本专利技术还提供了一种表面改性的锂离子电池正极材料的制备方法，其包括如下步骤：S1：提供基体材料，所述基体材料为镍钴锰铝酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、镍钴酸锂或镍锰酸锂中的一种或两种以上的混合物；S2:提供所述表面包覆材料，所述表面包覆材料为多元共聚高分子硅烷，硅氧烷，硅烷偶联剂，以及硅氧烷偶联剂的一种或两种以上的混合物；S3:对所述表面包覆材料进行加热，加热温度介于100℃～400℃；S4:提供一个反应缶，在所述反应缶中使表面包覆材料与基体材料混合反应以进行包覆，且包覆时间小于10分钟以在所述基体材料的表面包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面改性的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述表面改性的锂离子电池正极材料由基体材料和包覆在所述基体材料的表面的表面包覆材料组成，所述基体材料为镍钴锰铝酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、镍钴酸锂或镍锰酸锂中的一种或两种以上的混合物，所述表面包覆材料为疏水类有机硅材料，所述疏水类有机硅材料为多元共聚高分子硅烷，硅氧烷，硅烷偶联剂，以及硅氧烷偶联剂的一种或两种以上的混合物，所述表面包覆材料与基体材料的质量比为0.000001～0.05:1，所述表面包覆层的厚度为纳米级，且该纳米级的表面包覆材料包覆在颗粒状的所述基体材料的外表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种表面改性的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述表面改性的锂离子电池正极材料由基体材料和包覆在所述基体材料的表面的表面包覆材料组成，所述基体材料为镍钴锰铝酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、镍钴酸锂或镍锰酸锂中的一种或两种以上的混合物，所述表面包覆材料为疏水类有机硅材料，所述疏水类有机硅材料为多元共聚高分子硅烷，硅氧烷，硅烷偶联剂，以及硅氧烷偶联剂的一种或两种以上的混合物，所述表面包覆材料与基体材料的质量比为0.000001～0.05:1，所述表面包覆层的厚度为纳米级，且该纳米级的表面包覆材料包覆在颗粒状的所述基体材料的外表面。


2.如权利要求1所述的表面改性的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述表面包覆材料为分子量小于1百万的硅烷、硅氧烷、硅烷偶联剂、硅氧烷偶联剂一种或两种以上的混合物。


3.如权利要求2所述的表面改性的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述表面包覆材料为硅烷和/或硅氧烷偶联剂混合物时，包覆在所述基体材料表面的材料为有机硅烷烃。


4.如权利要求3所述的表面改性的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述有机硅烷烃的分子式为


5.如权利要求3所述的表面改性的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述有机硅烷烃的分子式为


6.如权利要求1所述的表面改性的锂离子电池正极材料，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩珽，
申请(专利权)人：浙江美达瑞新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33