一种正极添加剂、制备方法及应用其的正极片技术

本发明专利技术提供一种正极添加剂的制备方法，包括以下步骤：将脂肪胺、有机羧酸和5,5

【技术实现步骤摘要】
一种正极添加剂、制备方法及应用其的正极片


[0001]本专利技术属于电池
，具体地，涉及一种正极添加剂、制备方法及应用其的正极片。

技术介绍

[0002]目前，随着汽车电动化的趋势愈演愈烈，全球已经入新能源时代，各大汽车厂商相继推出各自的新能源车型，续航里程作为电动汽车核心竞争力，已成为人们关注的焦点。锂离子电池是主流动力电池，其正极材料主要采用磷酸铁锂(LFP)和镍钴锰(NCM)等。近两年，钴、锂原材料价格持续上涨，正极材料成本不断上升，同时，传统正极材料比容量有限，仅依靠工艺提升难以提高续航里程，这成为新能源汽车大规模推广受到限制的重要因素之一。在此背景下，市场对高能量密度锂离子电池正极材料需求迫切，富锂锰基正极材料迎来发展机遇。富锂锰基正极材料具有放电比容量高、放电电压高、能量密度高、成本低、安全性高、循环寿命长等优点，未来市场潜力大，但其也存在析氧问题，由于富锂锰基正极材料在循环过程中容易产生氧自由基，氧自由基结合形成氧气导致电芯严重的产气，造成电芯膨胀和容量衰减快，进而影响电芯的循环寿命。为了解决这一问题，常规的解决方案是降低富锂锰基电池的使用电压，将电池控制在4.5V以下使用，但这种做法使得富锂锰基正极材料无法发挥出该有的容量，降低了电芯的能量密度。
[0003]基于此，如何在保证富锂锰基正极材料容量的情况下，抑制电芯产气，延长电芯的循环寿命是本领域技术人员在研究中急需解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种正极添加剂的制备方法，使所制得的正极添加剂能够在电池循环过程中捕捉氧自由基，抑制电芯的产气，也能够在电池循环过程中捕捉羟基自由基，避免水分的产生导致电芯性能的劣化。将该正极添加剂添加在正极片中，能够使正极片兼具优异的能量密度和循环性能。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供一种正极添加剂的制备方法，包括以下步骤：将脂肪胺、有机羧酸和5,5
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二甲基
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吡咯啉氮氧化物混合并进行水热反应，得到混合液，将所述混合液过滤并干燥，得到所述正极添加剂；其中，所述5,5
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二甲基
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吡咯啉氮氧化物与所述脂肪胺的摩尔比＜0.8：1，且所述5,5
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二甲基
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吡咯啉氮氧化物与所述有机羧酸的摩尔比＜0.8：1。本专利技术提供的制备方法通过引入5,5
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二甲基
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吡咯啉氮氧化物(DMPO)，DMPO能够在脂肪胺和有机羧酸发生水热反应的过程中对由此合成的碳材料进行改性，使制得的改性碳材料与氧自由基和羟基自由基特定的结合，同时，通过控制DMPO的添加量，有利于防止过多的DMPO干扰脂肪胺和有机羧酸之间的化学反应，造成无法形成碳材料的问题。基于此，本专利技术所提供的正极添加剂的制备方法所制得的改性碳材料作为正极添加剂能够在电池循环过程中捕捉氧自由基，抑制电芯的产气，也能够在电池循环过程中捕捉羟基自由基，避免水分的产生导致电芯性能的劣化；将该正极添加剂添加在正极片中，能够使正极片兼
具优异的能量密度和循环性能。而且，本专利技术提供的合成方法成本低、操作简单，适合工业化生产。
[0006]优选地，脂肪胺为乙二胺，有机羧酸为柠檬酸。
[0007]优选地，按照摩尔比计算，所述乙二胺：所述柠檬酸＝1：1。上述配比有利于乙二胺和柠檬酸充分地反应，形成结构稳定、纯度较高的碳材料。
[0008]优选地，按照摩尔比计算，所述5,5
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二甲基
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吡咯啉氮氧化物：所述乙二胺：所述柠檬酸＝0.1～0.6：1：1。在本专利技术提供的合成方法中，通过控制DMPO与乙二胺、柠檬酸的投料比，使DMPO在水热反应的过程中充分发挥对碳材料的改性效果，使改性碳材料具备优异的结构稳定性，同时，提高了作为正极添加剂的改性碳材料氧自由基捕捉能力，避免了电芯的产气，从而提高电芯的循环性能。
[0009]优选地，按照摩尔比计算，5,5
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二甲基
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吡咯啉氮氧化物：乙二胺：柠檬酸＝0.2：1：1。
[0010]优选地，所述水热反应的温度为180～220℃，时间为10～14小时。在本专利技术中，通过合理设置水热反应的温度和时间，使DMPO与柠檬酸、乙二胺充分地发生反应，形成粒径较小、分散性良好的正极添加剂，防止正极添加剂在制备过程中尺寸增长过快或发生团聚，有利于提高添加有该正极添加剂的正极片的锂离子传输速率，从而提高电芯的循环寿命。
[0011]优选地，水热反应的温度为200℃，时间为12小时。
[0012]优选地，所述干燥的方式为冷冻干燥，所述冷冻干燥的温度为
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45～
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30℃，时间为12～24小时。
[0013]根据本专利技术的另一个方面，提供一种正极添加剂，由正极添加剂的制备方法制备得到。本专利技术所提供的正极添加剂能够有效地捕捉氧自由基，避免氧自由基结合导致电芯产气，同时，该正极添加剂能够有效地捕捉羟基自由基，避免水分的产生导致电芯性能的劣化，从而使添加有该正极添加剂的正极片兼具优异的能量密度和循环性能。
[0014]优选地，所述正极添加剂的粒径为10～100nm。
[0015]优选地，所述正极添加剂的粒径为20nm。
[0016]根据本专利技术的另一个方面，提供一种正极片，包括富锂锰基正极活性材料和正极添加剂。
[0017]优选地，所述正极添加剂与所述富锂锰基正极活性材料的质量份数比为0.5～1：100。通过合理设置正极添加剂与富锂锰基活性材料的含量，使含量的正极添加剂能够充分捕捉富锂锰基活性材料在充放电过程中所产生的氧气，有效地抑制了电芯的产气，从而在保证电池能量密度优异的基础上，提高了电池的循环性能。
具体实施方式
[0018]为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0019]实施例1
[0020]本实施例提供一种正极片，其制备方法包括以下步骤：
[0021]1.制备正极添加剂
[0022]分别配置浓度为0.5mol/L的乙二胺溶液、柠檬酸溶液，取两种溶液进行混合并放入高温反应釜中，然后向高温反应釜中加入改性剂DMPO(按照摩尔比计算，DMPO：乙二胺：柠檬酸＝0.2：1：1)在200℃的条件下水热反应12h，将反应得到的溶液过孔径为10nm滤膜，得到正极添加剂溶液，然后进行冷冻干燥，得到正极添加剂。
[0023]2.制备正极片
[0024]将富锂锰基正极活性材料、导电炭黑(Super P)、聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比8:1:1混合，然后加入溶剂N
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极添加剂的制备方法，包括以下步骤：将脂肪胺、有机羧酸和5,5
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二甲基
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吡咯啉氮氧化物混合并进行水热反应，得到混合液，将所述混合液过滤并干燥，得到所述正极添加剂；其中，所述5,5
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二甲基
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吡咯啉氮氧化物与所述脂肪胺的摩尔比＜0.8：1，且所述5,5
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二甲基
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吡咯啉氮氧化物与所述有机羧酸的摩尔比＜0.8：1。2.如权利要求1所述正极添加剂的制备方法，其特征在于，所述脂肪胺为乙二胺，所述有机羧酸为柠檬酸。3.如权利要求2所述正极添加剂的制备方法，其特征在于，按照摩尔比计算，所述乙二胺：所述柠檬酸＝1：1。4.如权利要求3所述正极添加剂的制备方法，其特征在于，按照摩尔比计算，所述5,5
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二...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，陈若玲，邢旭，朱伟华，魏海涛，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：