一种包覆型正极材料的制备方法及其制品和应用技术

本发明专利技术提供了一种包覆型正极材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将聚偏二氟乙烯与第一溶剂搅拌混合，然后加入锂盐继续混合，得包覆液；S2、在保护气氛下，将正极材料加入步骤S1得到的包覆液中，并于100～130℃下搅拌1～5h，然后减压蒸发掉第一溶剂后，干燥，制得包覆型正极材料。相比于现有技术，本发明专利技术的制备方法，利用聚偏二氟乙烯PVDF作为包覆层基质，同时加入锂盐混合得包覆液，然后再将正极材料加入其中，在特定条件下可在正极材料的表面生成固态电解质包覆膜，得到的包覆型结构不仅提升正极材料在液态电解质中的结构稳定性，而且增强了正极材料的离子电导率，降低了阻抗，从而有效提升了正极材料的电性能表现。提升了正极材料的电性能表现。

【技术实现步骤摘要】
一种包覆型正极材料的制备方法及其制品和应用


[0001]本专利技术涉及锂电池领域，具体涉及一种包覆型正极材料的制备方法及其制品和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池(LIBS)因其具有高能量和功率密度、长循环寿命、低自放电率和较高安全性等特性，在电动工具、电动车辆和能量存储系统中是最有前途的能量存储装置。锂离子电池一般包括正极片、负极片、隔膜和电解质。
[0003]其中，正极材料的选择是影响锂离子电池能量密度的重要因素。目前钴酸锂是所有商用正极材料中材料密度最高的物质，因此受到各个材料厂家的广泛青睐。
[0004]而常用的电解质为液态电解质，即电解液。液态电解质因其具有较高的离子传输效率而在锂离子电池中得到广泛应用，然而，在持续的循环过程中，正极材料易被电解液腐蚀，引发过渡金属溶出导致正极材料结构崩塌，导致循环跳水、产气等不良后果。此外，在锂离子电池中使用液体电解质会引起锂枝晶的生长，一定程度的锂枝晶会刺破隔膜，引发安全事故。而固态电解质能够很好的解决液态电解质带来的安全问题和电芯寿命问题，因而不少研究者开始考虑使用固态电解质代替传统的液态电解质，但是固态电解质流动性差，锂离子传输能力受限，极大地限制了其在锂电领域的应用。因此，对正极材料进行改性进而开发出一种耐电解液腐蚀的改性正极材料势在必行。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种包覆型正极材料的制备方法，得到的包覆型正极材料能有效提高正极材料在液态电解质中的稳定性，从而提升正极材料的电性能表现。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种包覆型正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、将聚偏二氟乙烯与第一溶剂搅拌混合，然后加入锂盐继续混合，得包覆液；
[0009]S2、在保护气氛下，将正极材料加入步骤S1得到的包覆液中，并于100～130℃下搅拌1～5h，然后减压蒸发掉第一溶剂后，干燥，制得包覆型正极材料。
[0010]优选的，所述聚偏二氟乙烯的质量为所述正极材料质量的0.5～7％；所述锂盐的质量为所述正极材料质量的0.05～4％。
[0011]优选的，步骤S1中，聚偏二氟乙烯与第一溶剂的质量比为1:99～3:97。
[0012]优选的，步骤S1，聚偏二氟乙烯与锂盐的质量为(1～40)：1。
[0013]优选的，所述正极材料为钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍锰酸锂中的至少一种。
[0014]优选的，所述正极材料为纳米级钴酸锂，纳米级钴酸锂经溶胶
‑
凝胶法制备得到。
[0015]优选的，溶胶
‑
凝胶法为：将锂源和钴源溶解于第二溶剂中，加入碱性溶液调节pH，
得到蓝色溶胶，接着蒸发掉第二溶剂后得到红色湿凝胶，经减压烘干后得紫红色干凝胶，破碎并研磨，惰性气氛下经900～950℃煅烧16～18h，得到纳米级钴酸锂。
[0016]优选的，锂源为醋酸锂，钴源为碳酸钴，第二溶剂为去离子水，碱性溶液为氨水；锂源和钴源在60～90℃下溶解于第二溶剂中。
[0017]优选的，减压烘干的温度为100～130℃；破碎为在20000～80000r/min转速下高速粉碎，粉碎时间为5～8min，粉碎次数为5～7次。
[0018]本专利技术的目的之二在于，提供一种包覆型正极材料，由上述任一项所述的包覆型正极材料的制备方法制备得到。
[0019]本专利技术的目的之三在于，提供一种正极片，包括正极集流体和涂覆于所述正极集流体至少一表面的正极活性物质层，正极活性物质层包括上述所述的包覆型正极材料。
[0020]本专利技术的目的之四在于，提供一种二次电池，包括正极片、负极片和间隔于所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述正极片为上述所述的正极片。
[0021]相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的包覆型正极材料的制备方法，利用聚偏二氟乙烯PVDF作为包覆层基质，同时加入锂盐混合得包覆液，然后再将正极材料加入其中，在特定条件下可在正极材料的表面生成固态电解质包覆膜，得到的包覆型结构不仅提升正极材料在液态电解质中的结构稳定性，而且增强了正极材料的离子电导率，降低了阻抗，从而有效提升了正极材料的电性能表现。
具体实施方式
[0022]1、包覆型正极材料
[0023]本专利技术第一方面旨在提供一种包覆型正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0024]S1、将聚偏二氟乙烯与第一溶剂搅拌混合，然后加入锂盐继续混合，得包覆液；
[0025]S2、在保护气氛下，将正极材料加入步骤S1得到的包覆液中，并于100～130℃下搅拌1～5h，然后减压蒸发掉第一溶剂后，干燥，制得包覆型正极材料。
[0026]本专利技术提供的包覆型正极材料，相比于氧化物型包覆正极材料，本专利技术的包覆能从根本上解决循环过程中由过渡金属溶出的问题，且由PVDF、锂盐组成的包覆不会降低正极材料的离子电导率，反而能够起到提升电导率的作用。
[0027]目前常用的固态电解质薄膜包覆方法有电极支撑涂覆法和磁控溅射法。其中电极支撑涂覆法借助流延技术，用刮刀将浆料刮涂在正极上成膜，虽能使固态电解质薄膜与电极之间的存在良好的接触，但会增加固态电解质薄膜层与电极层混合在一起的可能性，降低包覆层的厚度均匀性和机械强度。而磁控溅射法能够实现固态电解质均匀沉积在正极材料表面，但需控制电压和气压来保证良好的溅射效率，较为复杂。而本专利技术针对PVDF和锂盐组成固态电解质薄膜，采用混合均匀后蒸发干燥的方法制备得到固态电解质包覆的正极材料，方法更简便，能够确保固态电解质能够均匀地在正极材料包覆成膜，并且可通过改变固态电解质溶液中各物质的比重来改变成膜的厚度，从而更好的改善正极材料的电化学性能。
[0028]本专利技术以PVDF作为基质，即薄膜框架，其能够提供良好排列的离子通道和优异的机械强度，在传统正极材料的表面形成一层固态电解质薄膜，避免液态电解质与正极材料直接接触导致正极材料表面的腐蚀的同时，不影响包覆改性后的正极材料的锂离子嵌入和
迁出效率，提高传统锂电池在循环过程中的稳定性和安全性。同时，还添加有锂盐，其作为导电剂，具有离子电导率高优点，特别是对于双二氟磺酰亚胺锂，具有更好的离子电导率和对水敏感度低的特点，且相较于六氟磷酸锂具有较高的分解温度，能在200℃以下不分解，因此优选以双二氟磺酰亚胺锂作为锂盐包覆在正极材料表面能够有效提高正极材料的离子电导率，同时提高锂电池的安全性。
[0029]此外，采用PVDF为基质，PVDF在后续电芯制备过程中也会用到，由此减少了外界物质的介入导致的加工和性能的问题。
[0030]保持在上述100～130℃下搅拌制备1～5h，一方面能在最大程度上提高复合固态电解质与正极材料的反应速率，实现其在正极材料表面良好的包覆；另一方面该温度下可以避免因锂盐变形造成的正极材料性能的损失。
[0031]在一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包覆型正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将聚偏二氟乙烯与第一溶剂搅拌混合，然后加入锂盐继续混合，得包覆液；S2、在保护气氛下，将正极材料加入步骤S1得到的包覆液中，并于100～130℃下搅拌1～5h，然后减压蒸发掉第一溶剂后，干燥，制得包覆型正极材料。2.根据权利要求1所述的包覆型正极材料的制备方法，其特征在于，所述聚偏二氟乙烯的质量为所述正极材料质量的0.5～7％；所述锂盐的质量为所述正极材料质量的0.05～4％。3.根据权利要求1所述的包覆型正极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，聚偏二氟乙烯与第一溶剂的质量比为1:99～3:97。4.根据权利要求1～3任一项所述的包覆型正极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1，聚偏二氟乙烯与锂盐的质量为(1～40)：1。5.根据权利要求1或2所述的包覆型正极材料的制备方法，其特征在于，所述正极材料为钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍锰酸锂中的至少一种。6.根据权利要求5所述的包覆型正极材料的制备方法，其特征在于，所述正极材料为纳米级钴酸锂，纳米级钴酸锂经溶胶
‑
凝胶法制备得到。7.根据权利要求6所述的包覆型正极...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑明清，
申请(专利权)人：浙江锂威能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：