一种高循环性能掺杂三元锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池材料领域，针对锂离子中电极材料结构稳定性差的问题，公开了一种高循环性能掺杂三元锂离子电池，包括掺杂改性正极和包覆改性负极。包覆改性负极包括：双层碳包覆的氧化亚硅负极材料93.5

【技术实现步骤摘要】
一种高循环性能掺杂三元锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池材料领域，尤其是涉及一种高循环性能掺杂三元锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。目前锂离子电池中提高循环性能的方法较多，选用稳定的材料，包括正极负极和电解液材料，然后以一种最合理的配比方式组合起来，形成一种高性能的锂离子电池。多数情况下，提高电芯的循环性能从正极材料着手，比如对锂离子三元材料(NCM)正极材料进行掺杂和包覆改进以减缓正极材料在循环过程中晶体结构的恶化。在电池使用的过程中，由于电池中Li离子电池的不断嵌入和脱嵌，这就要求正极材料与负极材料具有较强的物理稳定性与化学稳定性。物理稳定性：要求正极材料与负极材料在导电过程与充放电过程中具有结构稳定，既要具有保证Li离子的顺利迁移的离子通道，又要具备Li离子脱嵌防止空穴塌陷的能力，尤其是当电池持续充放电后产热高温的情况下。化学稳定性：当随着电池内温度与湿度的变化，电极材料的各组分依然保持有较好的形状，而不会影响到Li离子嵌入、脱嵌和运输。因此，制备具有物理稳定性与化学稳定性高的电极材料且循环性能高的锂离子电池具有重要的意义。
[0003]专利号为CN201711365774.4，专利名称：循环型三元锂电池及正负极制备方法，本专利技术公开了一种循环型三元锂电池,它包括正极、负极、导电剂、隔膜和电解液。所述正极表面涂覆正极浆料，该浆料组分中各物料占干粉总重量百分比分配如下：三元材料90～95％、导电剂2～6％、PVDF3～6％，正极浆料用NMP调和。所述负极表面涂覆负极浆料，该浆料组分中各物料占干粉总重量百分比分配如下：软碳及人造石墨混合材料89～95％、导电剂2.5～6％、CMC1.5～4.5％、SBR1.5～3％，负极浆料用水调和。
[0004]上述专利不足之处在于，对正极材料与负极材料仅进行了简单的混合调和，其对正负极材料的为微观结构，尤其是锂离子孔道稳定性难以保证。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了克服现有技术的锂离子中电极材料结构稳定性差的问题，提供一种高循环性能掺杂三元锂离子电池，本专利技术能够制备出具有良好导热性、高稳定性孔道的正极材料及建立Li离子迁移通道、利于Li+的脱嵌及提高了保液性能的负极材料，使得制备出来的锂离子电池具有较强的循环性能与较长的使用寿命，可以实现锂离子电池的材料优选和工艺优化。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高循环性能掺杂三元锂离子电池，所述锂离子电池包括掺杂改性正极和包覆改性负极。
[0007]作为优选，按照百分含量计所述包覆改性负极包括：双层碳包覆的氧化亚硅负极材料93.5
‑
94.5％，导电剂科琴黑1
‑
2％，粘结剂丁苯橡胶胶乳2.25
‑
2.6％，其余为增稠剂羧甲基纤维素钠。
[0008]作为优选，所述双层碳包覆的氧化亚硅负极材料的制备过程：A、通过气相包覆在氧化亚硅材料表面进行碳包覆，获得第一碳包覆层包覆的氧化亚硅材料；B、将步骤A获得的第一碳包覆层包覆的氧化亚硅材料放入气相沉积容器中，通入载气，升温后通入气相碳源，进行气相沉积，获得双层碳包覆的氧化亚硅负极材料。
[0009]所述第一碳包覆层和第二碳包覆层分别由不同类型的气相碳源气相包覆形成；所述气相碳源为饱和烃或不饱和烃。所述饱和烃包括甲烷、乙烷中的一种或多种；所述不饱和烃包括乙炔、丙炔、乙烯、丙烯中的一种或多种。
[0010]氧化亚硅负极材料采用双层碳包覆，两个碳包覆层之间能发挥不同的作用，并相互配合起到协同效果，具体机制如下：(1)当采用分别由不同类型的气相碳源气相包覆形成的第一碳包覆层和第二碳包覆层时：饱和烃沉积获得的碳包覆层具有类石墨烯的片层结构，通过片层之间的滑移能够缓解氧化亚硅的体积膨胀，并且，这种碳包覆层还具有竖直生长的毛绒结构，可以建立Li+迁移通道，有利于Li+的脱嵌，并提高了保液性能；不饱和烃裂解获得的碳包覆层具有表面光滑、杂质少的特点，因而具有较好的导电性。并且，两层之间还能发挥协同作用：(2)当采用分别由固相熔融包覆/液相包覆和气相包覆形成的第一碳包覆层和第二碳包覆层时，制得的硅氧材料具有固相/液相包覆和气相包覆二者的优点，生产工艺简单，成本低，且包覆具有完整性和均匀性的特点，气相包覆时的高温处理可以使得固液包覆时使用的碳源进一步裂解完全，且固液包覆时产生的少量杂质被气相包覆碳层包裹，不会对电池性能产生负面影响作为优选，所述气相包覆的具体方法如下：将氧化亚硅材料放入气相沉积容器中，通入载气，升温后通入气相碳源，进行气相沉积，获得双层碳包覆的氧化亚硅负极材料。
[0011]作为优选，所述第一碳包覆层和第二碳包覆层的厚度分别为5
‑
10nm和5
‑
15nm。
[0012]作为优选，所述气相沉积的温度为600
‑
1000℃。
[0013]作为优选，所述掺杂改性正极包括：掺杂改性正极材料94
‑
96％，超导碳黑2
‑
2.5％，粘合剂PVDF 761 2
‑
3％，其余为N
‑
甲基吡咯烷酮。
[0014]作为优选，所述掺杂改性正极材料为：负载镍钴锰酸锂中混掺磷酸锰铁锂材料。
[0015]作为优选，负载镍钴锰酸锂与磷酸锰铁锂材料质量比为1：0.25
‑
0.4。
[0016]本专利技术中正极材料组分负载镍钴锰酸锂本身就具有稳定有序的离子通道排列结构，且负载镍钴锰酸锂上存在许多羟基及带正电金属活性位点，通过在负载镍钴锰酸锂材料中掺杂入具有橄榄石状的晶体结构的磷酸锰铁锂材料，磷酸锰铁锂材料继承了磷酸铁锂橄榄石晶体的稳定结构，其结构稳定性优于三元材料的层状结构，在循环性能方面独特的优势；磷酸锰铁锂材料自身存在较稳定的锂离子通道，锂离子通道周围由配位结构Mn
2+
O6组成，磷酸锰铁锂上的结构活性位点(Mn
2+
、O2‑
及PO
43
‑
等)能够与负载镍钴锰酸锂上的许多羟基及带正电金属活性位点发生吸引配位作用，形成一个有效统一的整体，磷酸锰铁锂也能够进一步复杂多元化负载镍钴锰酸锂上的锂离子孔道结构，制备得到错落有致、排列有序及一体性强稳定性高的阡陌交通的锂离子孔道。能够有效进一步提升锂电池的有效循环性
能及电化学性能，极大延长锂电池的使用寿。另外，由于负载镍钴锰酸锂的负载载体本身的金属离子连通作用，进一步加强了各添加组分之间的金属离子体的导电作用，同时提升了正极材料的散热性能，使得最终制备得到的锂电池更加耐用。
[0017]作为优选，所述负载镍钴锰酸锂的制备过程为：(1)制成三维排列框架：将MnSO4·...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高循环性能掺杂三元锂离子电池，其特征是，所述锂离子电池包括掺杂改性正极和包覆改性负极。2.根据权利要求1所述的一种高循环性能掺杂三元锂离子电池，其特征是，按照百分含量计所述包覆改性负极包括：双层碳包覆的氧化亚硅负极材料93.5
‑
94.5%，导电剂科琴黑1
‑
2%，粘结剂丁苯橡胶胶乳2.25
‑
2.6%，其余为增稠剂羧甲基纤维素钠。3.根据权利要求1所述的一种高循环性能掺杂三元锂离子电池，其特征是，所述双层碳包覆的氧化亚硅负极材料的制备过程：A、通过气相包覆在氧化亚硅材料表面进行碳包覆，获得第一碳包覆层包覆的氧化亚硅材料；B、将步骤A获得的第一碳包覆层包覆的氧化亚硅材料放入气相沉积容器中，通入载气，升温后通入气相碳源，进行气相沉积，获得双层碳包覆的氧化亚硅负极材料。4.根据权利要求3所述的一种高循环性能掺杂三元锂离子电池，其特征是，所述气相包覆的具体方法如下：将氧化亚硅材料放入气相沉积容器中，通入载气，升温后通入气相碳源，进行气相沉积，获得双层碳包覆的氧化亚硅负极材料。5.根据权利要求3所述的一种高循环性能掺杂三元锂离子电池，其特征是，所述第一碳包覆层和第二碳包覆层的厚度分别为5
‑
10nm和5
‑
15nm。6.根据权利要求4所述的一种高循环性能掺杂三元锂离子电池，其特征是，所述气相沉积的温度为600
‑
1000℃。7.根据权利要求1所述的一种高循环性能掺杂三元锂离子电池，其特征是，所述掺杂改性正极包括：掺杂改性正极材料94
‑
96%，超导碳黑...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉海霞，陈瑶，许梦清，
申请(专利权)人：万向集团公司，
类型：发明
国别省市：