一种改性正极材料及其制备方法、正极极片和锂离子电池技术

本发明专利技术提供一种改性正极材料及其制备方法、正极极片和锂离子电池。该改性正极材料的制备方法包括以下步骤：S1：将无机导电碳材料、稳定剂和第一有机溶剂混合均匀，得到导电浆料；S2：将胶液和所述导电浆料同时通过静电织网铺到位于导电板上的正极活性材料粉末上，静置，然后进行微波干燥形成二维纳米网络结构，最后机械研磨得到所述改性正极材料。本发明专利技术通过静电织网、微波干燥、机械研磨的方式组合，实现了导电物质在活性物质上的定向排列而达到均匀分散和充分良好接触、后逐步提高二者之间的稳定性，最终制备出一种导电物质在活性物质表面分布更加均匀、更加紧密接触、更加稳定的改性正极材料。改性正极材料。改性正极材料。

【技术实现步骤摘要】
一种改性正极材料及其制备方法、正极极片和锂离子电池


[0001]本专利技术属于正极材料制备
，具体涉及一种改性正极材料及其制备方法、正极极片和锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着全球石油资源的日益枯竭和汽车尾气污染的日益严重，开发高性能、低成本和环保的电动汽车己逐渐成为汽车领域的重要发展方向。高性能、低成本和环保的锂离子电池是发展的重点和热点，而锂离子电池正极材料作为影响锂离子电池综合性能的关键因素之一，受到重点关注。
[0003]当前最广泛使用的锂离子电池正极材料是磷酸铁锂类的正极活性材料和三元类的正极活性材料。
[0004]磷酸铁锂制成的电池不耐低温工况，其原因之一是磷酸铁锂这种材料本征属性—体相里的电子导电率和离子扩散速率在室温时已低至10
‑8～10
‑
10
S/cm和10
‑
12
～10
‑
14
cm2/s数量级，若在低温下使用则会发生严重极化，电池容量发挥和倍率都低。针对此缺点，目前磷酸铁锂正极材料的改进方向之一是采用小尺寸的磷酸铁锂颗粒，使得锂离子在磷酸铁锂颗粒里扩散距离小。但是太小的颗粒又会由于太高比表面积而流动性差，无法高效生产，同时压实密度低而导致能量密度低，所以小尺寸的磷酸铁锂方案的改善效果很有限；磷酸铁锂正极材料的另一个改进方向，是采用有机碳基材料热裂解形成不定性碳，以吸附态形式包覆在磷酸铁锂颗粒表面，但是不定型碳的电导率低于定型碳而有进一步提升空间。将无机导电碳材料包覆到磷酸铁锂颗粒表面，以提高磷酸铁锂的导电性，但是现有方法得到的材料存在颗粒易团聚、碳类和磷酸铁锂颗粒接触不紧密、接触面有间隙等问题，即无定形碳的均匀包覆很难实现。
[0005]而镍钴锰三元类正极材料的颗粒比磷酸铁锂类材料略大，导致锂离子传输路径偏长，而且三元类正极材料中随着Ni含量的增加还存在着如下诸多不足之处：1)表面副反应问题，产生多种副反应产物；2)热稳定性不佳，高温环境条件下电化学性能衰退明显。为了改善其性能，现有技术中也会通过表面包覆导电碳材料的方式来改善。
[0006]比如专利申请CN 115172725 A中公开了一种碳包覆正极材料及其制备方法，其首先将正极材料和导电碳材料投入混料设备中混合，得到混合粉料；然后将混合粉料在惰性气体的保护下进行烧结，烧结完成后降温至室温，得到碳包覆的正极材料。该方法通过混料和烧结将无机碳类包覆于磷酸铁锂颗粒或者镍钴锰三元材料表面，其得到的正极材料中，包覆碳层与正极活性材料的接触不紧密、接触面有间隙，导致电池低温、倍率和循环性能提高受限。因此，寻找一种可以有效改善碳包覆层中碳类物质和正极活性材料表面间的接触紧密度的方法显得非常必要。

技术实现思路

[0007]针对上述技术缺陷，本专利技术的目的在于提供一种改性正极材料及其制备方法、正
极极片和锂离子电池，其可以解决现有技术中包覆层的导电物质和被包覆的活性物质接触不充分、包覆不均匀，从而影响锂离子电池性能的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案实现：
[0009]第一方面，本专利技术还提供了一种改性正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1：将无机导电碳材料、稳定剂和第一有机溶剂混合均匀，得到导电浆料；
[0011]S2：将胶液和所述导电浆料同时通过静电织网铺到位于导电板上的正极活性材料粉末上，静置，然后进行微波干燥形成二维纳米网络结构，最后机械研磨得到所述改性正极材料。
[0012]本专利技术通过静电织网的方式，实现了导电碳材料在正极活性物质上的定向排列，基本达到了导电碳材料和正极活性物质之间均匀分散和充分良好接触，为了将该种状态固定下来，本专利技术又通过在加入导电浆料的同时加入胶液以及后续的微波干燥工序进行固定，从而提高导电物质和活性物质之间状态的稳定性。
[0013]本专利技术通过同时加入导电浆料和胶液，可以让导电碳材料以定向排列的方式固定在正极活性材料表面，若先加入导电浆料再加入胶液，那么胶液起不到粘接作用；若先加入胶液后加入导电浆料，那么胶液已经严重遮挡在了导电物质和活性材料之间，无法让导电物质与活性材料混合。本专利技术相较于其他定向排列方式，本专利技术通过静电织网的定向排列方式，一方面可以控制导电物质的加入速度来控制导电物质和粘接物质的相对含量，实现导电性能和粘接性能的平衡，另一方面可以利用静电织网的冲击力和稀释效果来将可能存在的胶团聚给去除掉。
[0014]导电浆料中的稳定剂可以避免导电浆料里各材料组分的团聚。
[0015]在上述制备方法中，步骤S2中的静置是为了使胶液适当固化，以便保持导电碳材料在活性材料表面定向排列的状态，且便于后面干燥的进行，具体静置时间可以根据使用的胶液粘结剂种类而定。
[0016]本专利技术采用微波方式进行干燥，相较于常见的干燥方式，比如鼓风干燥、旋转干燥等，微波干燥方式不会引入机械力、振动等导致破坏导电物质和活性物质的亚稳定状态，可以在维持静电织网造成的均匀分散和充分良好接触状态的前提下，充分挥发溶剂达到干燥，同时，在溶剂挥发过程中，导电物质、活性物质和粘结剂之间的接触会更加充分、紧密，三者之间形成了更加的稳定接触。
[0017]在上述制备方法中，微波干燥后设置机械研磨工序可以通过对导电碳材料和正极活性物质的挤压，将导电物质、活性物质和粘结剂之间的接触稳定性进一步提升，同时，机械研磨还可以打破物质中的微团聚，形成粒度均匀的粉末材料。
[0018]在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述静电织网是利用高压静电将所述导电浆料和胶液喷射至正极活性材料粉末上。
[0019]在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述二维纳米网络结构的比表面积为1
‑
100m2/g(例如：10m2/g、20m2/g、30m2/g、40m2/g、50m2/g、60m2/g、70m2/g、80m2/g、90m2/g)。
[0020]进一步地，将胶液和所述导电浆料同时通过静电织网铺到正极活性材料粉末上具体包括：胶液和导电浆料分别通过并列相邻的喷头在特定电压下同时喷射至分散开的所述正极活性材料粉末表面上。
[0021]进一步地，完成所述静电织网所采用的设备包括静电喷射器、高电压电源和导电板，所述静电喷射器的喷头和所述导电板分别与电源两极连接，所述静电喷射器的喷头为并列相邻双喷头，其中一个喷头用于喷射所述胶液，另一个喷头用于喷射所述导电浆料，所述静电喷射器的喷头对准所述导电板的中心；
[0022]优选地，所述静电织网的工艺条件如下：
[0023]所述正极活性材料粉末铺设在所述导电板上，铺设厚度为0.1
‑
10mm(例如：2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm)；
[0024]所述胶液和导电浆料的喷射流速分别为1
‑
20μL/min(例如：2μL/min、4μL/min、6μL/min、8μL/min、1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将无机导电碳材料、稳定剂和第一有机溶剂混合均匀，得到导电浆料；S2：将胶液和所述导电浆料同时通过静电织网铺到位于导电板上的正极活性材料粉末上，静置，然后进行微波干燥形成二维纳米网络结构，最后机械研磨得到所述改性正极材料。2.根据权利要求1所述的改性正极材料的制备方法，其特征在于，将胶液和所述导电浆料同时通过静电织网铺到位于导电板上的正极活性材料粉末上具体包括：胶液和导电浆料分别通过并列相邻的喷头在特定电压下同时喷射至分散开的所述正极活性材料粉末表面上。3.根据权利要求1所述的改性正极材料的制备方法，其特征在于，所述二维纳米网络结构的比表面积为1
‑
100m2/g。4.根据权利要求1所述的改性正极材料的制备方法，其特征在于，完成所述静电织网所采用的设备包括静电喷射器、高电压电源和导电板，所述静电喷射器的喷头和所述导电板分别与电源两极连接，所述静电喷射器的喷头为并列相邻双喷头，其中一个喷头用于喷射所述胶液，另一个喷头用于喷射所述导电浆料，所述静电喷射器的喷头对准所述导电板的中心；和/或，所述静电织网的工艺条件如下：所述正极活性材料粉末铺设在所述导电板上，铺设厚度为0.1
‑
10mm；所述胶液和导电浆料的喷射流速分别为1
‑
20μL/min和1
‑
20μL/min；所述静电织网的工作电压为10
‑
30kV；所述静电喷头的喷头尖距离所述导电板的距离为10
‑
20cm；环境湿度控制在5
‑
15％RH，温度在20
‑
30℃，喷射时间为0.5
‑
6h。5.根据权利要求1所述的改性正极材料的制备方法，其特征在于，所述微波干燥的功率为100
‑
500W；和/或，所述微波干燥的时间为2
‑
20min；和/或，所述微波干燥的温度为50
‑
200℃；和/或，所述机械研磨的转速为100
‑
800r/min，所述机械研磨的时间为1
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，熊珊，郝鑫，黄龙，张文瑞，
申请(专利权)人：楚能新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：