一种三聚磷酸铝包覆负极活性物质及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种三聚磷酸铝包覆负极活性物质及其制备方法和应用，其中，一种三聚磷酸铝包覆负极活性物质的制备方法，包括：获取活性物质基料，将活性物质基料与溶剂混合得到基料分散液；将基料分散液与三聚磷酸铝进行搅拌混合，蒸干溶剂后烧结得到三聚磷酸铝包覆负极活性物质。本发明专利技术具有在保证电性能的情况下进一步提升循环性能的效果。进一步提升循环性能的效果。进一步提升循环性能的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种三聚磷酸铝包覆负极活性物质及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池负极材料领域，具体涉及一种三聚磷酸铝包覆负极活性物质及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池相对于主流的化学电池，由于高能量密度、宽电压窗口和长使用寿命等优势被广泛使用于高附加值的消费电子领域和动力电池领域。作为电动汽车的核心部件，高性能动力电池的发展也日新月异。目前提出了众多适合高性能动力电池的材料种类，例如：适合于正极的钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料、四元材料以及无钴正极材料等；适合于负极的软碳、硬碳以及硅碳等。而根据基本的化学定律：能量密度＝电压
×
容量，高电压和高容量是锂电池永恒的需求。因此，以高电压的镍锰酸锂体系和富锂高锰层状固溶体体系为代表的高性能锂离子电池引起了产业界广泛的兴趣。
[0003]其中，尖晶石镍锰酸锂(LiNi
0.5
Mn
1.5
O4)根据氧空位的不同，主要分为有序结构和无序结构，而无序结构因为较好的循环稳定性受到人们的广泛关注。但是因为无序结构的氧孔隙较多会带来较多的三价锰，而三价锰容易发生姜泰勒效应，生成可溶性的二价锰。一方面，二价锰的溶解导致电极活性物质的减少，表现为电池容量的快速衰减；另一方面，可溶性的锰盐会迁移到负极影响固体电解质相界面(SEI)的稳定性，表现为电池的大量产气，最终导致电池的容量保持率不佳。
[0004]针对上述问题，现有技术中开发了很多包覆方法去改进这一点。例如：现有技术CN108305994A中公开了一种包覆型石墨锂离子电池负极材料及其制备方法，其中公开了采用磷酸铝包覆的负极活性物质，并公开了：一层适当的磷酸铝保护层可以抑制SEI的不断生成。此外，磷酸铝保护层可以避免电解液和石墨直接接触，同时避免溶解后的锰离子重新在石墨的表面上还原成锰金属。磷酸铝涂层对锂离子电池的影响，主要包括抑制表面的反应和氧空位扩散，加速锂离子迁移以及降低电化学内阻。涂层中的聚阴离子(PO4)3‑
和铝的强电负性有利于抵抗电池材料和电解质之间发生的副反应，以至于增强了电池的循环性能。此外，它可以保留更多的氧离子空位，以提高放电容量。这样的包覆层就能提高锰基正极材料/石墨匹配的全电池的循环稳定性，提高全电池的电化学性能。
[0005]但上述CN108305994A中公开的制备方法，存在包覆量少无法实现均匀包覆，包覆量大则内阻较大的问题；该方法在保证电学性能的情况下，循环性能的提升后效果并不理想，还需要进一步优化改进。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术要解决的技术问题在于如何优化负极活性物质使其制备得到的锂离子二次电池的循环性能能够进一步显著提高，从而提供能在不影响电性能的情况下显著提高循环效率的一种三聚磷酸铝包覆负极活性物质及其制备方法和应用。
[0007]一种三聚磷酸铝包覆负极活性物质的制备方法，包括：
[0008]获取活性物质基料，将活性物质基料与溶剂混合得到基料分散液；
[0009]将基料分散液与三聚磷酸铝进行搅拌混合，蒸干溶剂后烧结得到三聚磷酸铝包覆负极活性物质。
[0010]所述三聚磷酸铝包覆负极活性物质满足1≤(W
P
+W
Al
)
×
C
×
10
‑6≤10的条件；其中，W
P
为通过ICP测出来的P元素的含量，单位ppm；W
Al
为通过ICP测出来的Al元素的含量，单位ppm；C为三聚磷酸铝包覆负极活性物质实测出来的克容量，单位mAh/g。
[0011]所述活性物质基料为石墨。
[0012]所述溶剂为乙醇、环己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、正丁醇和N
‑
甲基吡咯烷酮中的至少一种；
[0013]和/或，所述基料分散液中活性物质基料的质量占比为30
‑
60wt％；
[0014]和/或，所述三聚磷酸铝的添加量为活性物质基料的0.4
‑
4w％。三聚磷酸铝的添加量比例过低包覆不完全，过高会导致电阻增大，影响电池性能；
[0015]所述烧结的温度为400～1000℃，烧结时间为1～4h。
[0016]一种三聚磷酸铝包覆负极活性物质，采用上述的一种三聚磷酸铝包覆负极活性物质的制备方法制备得到。
[0017]一种负极极片，包括上述的一种三聚磷酸铝包覆负极活性物质。
[0018]上述的负极极片中还包括粘结剂和导电助剂，所述三聚磷酸铝包覆负极活性物质、粘结剂和导电助剂的质量比为(80
‑
98)：(1
‑
10)：(1
‑
10)。
[0019]一种负极极片的制备方法，包括：将上述的一种三聚磷酸铝包覆负极活性物质与粘结剂和导电助剂制备成固含量为40
‑
70％的混合浆料，将其涂覆在集流体上，经过干燥、热压后制备得到。
[0020]上述的一种负极极片或上述的一种负极极片的制备方法制备得到的一种负极极片在锂离子二次电池中的应用；优选的，在具有高电压体系的锂离子二次电池中的应用；更优选为，在具有镍锰酸锂体系的锂离子二次电池中的应用。
[0021]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0022]1.本专利技术提供的制备方法制备出的一种三聚磷酸铝包覆负极活性物质，其中，采用基料分散液与三聚磷酸铝混合搅拌的方式，可以使三聚磷酸铝包覆更加均匀，功能性的掺杂元素可以选择性地提高包覆层的结合强度，包覆均一性更高；并且，制备得到的三聚磷酸铝包覆负极活性物质中，三聚磷酸铝上的磷和铝可以和HF发生反应，消耗因电解液分解和异常水分产生的HF，保护正极材料；同时，三聚磷酸根可以捕捉电解液中游离的锰离子，降低在石墨层间处的催化作用；通过该包覆有效吸收充放电过程中的HF和锰离子等，在不影响电性能的情况下，达到显著提高循环性能的效果。
[0023]2.本专利技术提供的制备方法更加简单，只需采用简单的混合和烧结方法，可操作性强，适合工业化生产。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前
提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1是本专利技术实施例1中三聚磷酸铝包覆负极活性物质的扫描电镜图；
[0026]图2是本专利技术实施例1中三聚磷酸铝包覆负极活性物质的碳元素分布图；
[0027]图3是本专利技术实施例1中三聚磷酸铝包覆负极活性物质的磷元素分布图；
[0028]图4是本专利技术实施例1中三聚磷酸铝包覆负极活性物质的铝元素分布图；
[0029]图5是本专利技术实施例1中三聚磷酸铝包覆负极活性物质的粒径分布图；
[0030]图6是本专利技术对比例1中G49石墨制备得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三聚磷酸铝包覆负极活性物质的制备方法，其特征在于，包括：获取活性物质基料，将活性物质基料与溶剂混合得到基料分散液；将基料分散液与三聚磷酸铝进行搅拌混合，蒸干溶剂后烧结得到三聚磷酸铝包覆负极活性物质。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三聚磷酸铝包覆负极活性物质满足1≤(W
P
+W
Al
)
×
C
×
10
‑6≤10的条件；其中，W
P
为通过ICP测出来的P元素的含量，单位ppm；W
Al
为通过ICP测出来的Al元素的含量，单位ppm；C为三聚磷酸铝包覆负极活性物质实测出来的克容量，单位mAh/g；优选的，2.5≤(W
P
+W
Al
)
×
C
×
10
‑6≤10。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述活性物质基料为石墨。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为乙醇、环己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、正丁醇和N
‑
甲基吡咯烷酮中的至少一种；和/或，所述基料分散液中活性物质基料的质量占比为30
‑
60wt％；...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，沈晓帆，郑军华，刘心同，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技上饶有限公司，
类型：发明
国别省市：