正极材料及其制备方法、锂离子电池和涉电设备技术

本申请提供一种正极材料及其制备方法、锂离子电池和涉电设备，涉及锂离子电池技术领域。该正极材料包括高镍正极基体材料和包覆在所述高镍正极基体材料表面的包覆层；所述包覆层包括含磺酸基团的导电聚合物。该正极材料的制备方法包括：在高镍正极基体材料进行水洗的过程中，加入含磺酸基团的水性光固化溶液，然后进行UV光照射，得到在所述高镍正极基体材料表面包覆含磺酸基团的导电聚合物的正极材料。本申请的正极材料通过使用导电聚合物作为包覆层，有效隔绝空气和电解液的侵蚀，增加了材料电导率，使得制备的锂离子电池具有良好的电化学性能。化学性能。化学性能。

【技术实现步骤摘要】
正极材料及其制备方法、锂离子电池和涉电设备


[0001]本申请涉及锂离子电池
，尤其涉及一种正极材料及其制备方法、锂离子电池和涉电设备。

技术介绍

[0002]近年来，锂离子电池(LIB)已被广泛用于现代便携式电子设备，并且由于其比能量高，工作电压高，循环寿命长，无记忆效应以及环境友好等优点在混合动力汽车和纯电动汽车中具有广阔的市场。其中，电池中的正极材料往往是影响电池能量密度的瓶颈所在。对于高镍正极材料(Ni≥80％)来说，如LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2和LiNi
0.9
Co
0.05
Al
0.05
O2，具有较高的可逆比容量(＞200mAh/g)和较佳的循环稳定性，适合作为高比能量动力电池用正极材料。然而，高镍三元材料也具有一定的缺陷，由于充放电过程中电解液与材料表面碱性物质反应产生有害离子侵蚀材料，使材料的结构、形貌和成分发生变化，电化学性能逐渐下降。而当材料接触空气时，易吸收水分和CO2，与表层碱性物质反应生成LiOH和Li2CO3，进一步增加了材料的pH值，使活性Li的含量不断减少，因此造成容量不可逆衰减。颗粒表面致密的Li2CO3层阻碍Li的扩散，影响电池性能；LiOH还会与粘结剂PVDF反应，对电极制备产生不利影响；Li2CO3在充电状态的高电位下容易分解产生CO2气体，造成电池鼓包漏液问题。此外，组装电池后，LiOH也会与LiPF6反应，消耗电解液中的Li离子，产生HF气体，它可以使电池内部的金属零件腐蚀，进而使电池最终漏液。而且HF会破坏SEI膜。
[0003]目前，主要通过表面包覆的方法改善正极材料的表面性质，并减少正极材料与电解液和空气的直接接触，但是这种方法会降低正极材料的比容量，影响其容量优势，而且额外的包覆工序会使成本过高。尤其，在目前的电池正极材料中，主要是通过机械高速混合的方式进行材料的表面包覆以改善正极材料的表面性质，并减少正极材料与电解质和空气的直接接触，降低材料表面活性物质的损失。但是这种方法无法达到预期的效果，包覆层的绝缘性会阻碍正极材料内部电子的传输，同时影响锂离子的迁移速率，导致阻抗升高，电化学反应动力学下降，并且包覆层不是完全覆盖在正极材料的表面，多为岛状分布，使得仍有很多正极材料的表面是直接暴露在电解液中。
[0004]因此，需要找到一种具有稳定包覆层的正极材料，用以改善正极材料的表面性质，保证正极材料不受电解液侵蚀，同时增加存储的便利性，提高电化学的反应动力学，改善锂离子电池的循环、倍率性能等。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种正极材料及其制备方法、锂离子电池和涉电设备，通过找到一种合适的正极材料包覆方式，用以在正极材料的表面形成稳定、均匀性好的包覆层，从而阻止电解液中有害物质对正极材料的渗透以及储存过程中对水分和二氧化碳气体的吸收，达到保护的作用。
[0006]为实现以上目的，本申请的技术方案如下：
[0007]第一方面，本申请提供一种正极材料，包括高镍正极基体材料和包覆在所述高镍正极基体材料表面的包覆层；
[0008]所述包覆层包括含磺酸基团的导电聚合物。
[0009]结合第一方面，作为本申请的一些可选实施方式，所述的正极材料满足以下条件中的至少一个：
[0010]a.所述高镍正极基体材料包括锂镍过渡金属复合氧化物，化学通式为Li
a
Ni
x
Co
y
M1‑
x
‑
y
O2，其中0.95≤a＜1.50，0.8≤x＜0.95，0≤y≤0.2，M包括Mn、Al、Cu、Zn、Cr、Ti、V、Mg、Zr中的至少一种；
[0011]b.所述含磺酸基团的导电聚合物包括含磺酸基团的丙烯酸酯聚合物；
[0012]c.所述含磺酸基团的导电聚合物中包含
‑
[CH2‑
CH
‑
CSO3H
‑
R]n
‑
的化学基团，其中n为1
‑
30之间的任意整数，R包括醚基、丙烯酸基、聚氨酯基和环氧基中的任意一个；
[0013]d.所述包覆层的厚度为5nm
‑
30nm。
[0014]作为本申请的一些可选实施方式，所述正极材料还满足以下条件中的至少一个：
[0015]e.所述正极材料的粒径D50为10μm
‑
13μm；
[0016]f.所述正极材料的比表面积为0.8m2/g
‑
1.6m2/g；
[0017]g.所述正极材料在XRD测试结果中，I003/I104＞1.50；
[0018]h.所述正极材料的粉末导电率＞0.09S/m；
[0019]i.所述正极材料的总碱量测试结果中，OH
‑
＜0.10wt％，CO
32
‑
＜0.14wt％，游离锂＜0.08wt％。
[0020]第二方面，本申请还提供了一种正极材料的制备方法，包括：
[0021]在高镍正极基体材料进行水洗的过程中，加入含磺酸基团的水性光固化溶液，然后进行UV光照射，得到在所述高镍正极基体材料表面包覆含磺酸基团的导电聚合物的正极材料。
[0022]结合第二方面，作为本申请的一些可选实施方式，所述制备方法满足以下条件中的至少一个：
[0023]A.所述水洗的过程具体包括：将所述高镍正极基体材料和水按照比例进行搅拌，形成水洗浆料，再加入所述含磺酸基团的水性光固化溶液；
[0024]B.所述含磺酸基团的水性光固化溶液的制备方法包括：
[0025]将包含光引发剂、含磺酸基团的预聚物和活性稀释剂在内的原料混合，得到所述含磺酸基团的水性光固化溶液。
[0026]在一些优选的实施方式中，还需要满足以下条件中的至少一个：
[0027]C.所述高镍正极基体材料和所述水的质量比为1：(0.5
‑
1.5)；
[0028]D.所述水洗浆料的温度为10℃
‑
30℃；
[0029]E.所述水洗所需的总时间为10min
‑
30min；
[0030]F.所述进行水洗的最后1min
‑
5min时，再加入所述含磺酸基团的水性光固化溶液。
[0031]在一些优选的实施方式中，还需要满足以下条件中的至少一个：
[0032]G.所述光引发剂包括水性光引发剂2959和水性光引发剂1173中的至少一种；
[0033]H.所述含磺酸基团的预聚物包括含磺酸基官能团的不饱和聚酯、聚醚丙烯酸酯、丙烯酸酯化聚丙烯酸酯、水性聚氨酯丙烯酸酯和水性环氧丙烯酸酯中的至少一种；
[0034]I.所述活性稀释剂包括二醇类二丙烯酸酯；
[0035]J.所述活性稀释剂包括乙二醇二丙烯酸酯和丙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，包括高镍正极基体材料和包覆在所述高镍正极基体材料表面的包覆层；所述包覆层包括含磺酸基团的导电聚合物。2.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，满足以下条件中的至少一个：a.所述高镍正极基体材料包括锂镍过渡金属复合氧化物，化学通式为Li
a
Ni
x
Co
y
M1‑
x
‑
y
O2，其中0.95≤a＜1.50，0.8≤x＜0.95，0≤y≤0.2，M包括Mn、Al、Cu、Zn、Cr、Ti、V、Mg、Zr中的至少一种；b.所述含磺酸基团的导电聚合物包括含磺酸基团的丙烯酸酯聚合物；c.所述含磺酸基团的导电聚合物中包含
‑
[CH2‑
CH
‑
CSO3H
‑
R]
n
‑
的化学基团，其中n为1
‑
30之间的任意整数，R包括醚基、丙烯酸基、聚氨酯基和环氧基中的任意一个；d.所述包覆层的厚度为5nm
‑
30nm。3.如权利要求1
‑
2任一项所述的正极材料，其特征在于，满足以下条件中的至少一个：e.所述正极材料的粒径D50为10μm
‑
13μm；f.所述正极材料的比表面积为0.8m2/g
‑
1.6m2/g；g.所述正极材料在XRD测试结果中，I003/I104＞1.50；h.所述正极材料的粉末导电率＞0.09S/m；i.所述正极材料的总碱量测试结果中，OH
‑
＜0.10wt％，CO
32
‑
＜0.14wt％，游离锂＜0.08wt％。4.一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括：在高镍正极基体材料进行水洗的过程中，加入含磺酸基团的水性光固化溶液，然后进行UV光照射，得到在所述高镍正极基体材料表面包覆含磺酸基团的导电聚合物的正极材料。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一个：A.所述水洗的过程具体包括：将所述高镍正极基体材料和水按照比例进行搅拌，形成水洗浆料，再加入所述含磺酸基团的水性光固化溶液；B.所述含磺酸基团的水性光固化溶液的制备方法包括：将包含光引...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡健，宋雄，张金龙，吴小珍，杨顺毅，
申请(专利权)人：贝特瑞江苏新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：