一种复合正极材料及其制备方法和二次电池技术

本发明专利技术提供一种复合正极材料及其制备方法和二次电池

【技术实现步骤摘要】
一种复合正极材料及其制备方法和二次电池


[0001]本专利技术属于正极材料
，具体涉及一种复合正极材料及其制备方法和二次电池
。

技术介绍

[0002]自上世纪
90
年代起，锂离子电池已经成功商业化，随着科技的快速发展和市场需求的不断提高，电极材料的能量密度和循环性能需要进一步提升
。
尖晶石镍锰酸锂材料因其具备较低成本和高电压的优势，一直被学者们广泛关注
。
然而，一方面，由于在高电压下，尖晶石镍锰酸锂材料容易发生姜泰勒效应，晶格发生扭曲，因此材料的对称性随之降低，从而阻碍锂离子的快速扩散，组装的电池的电化学性能也变差；另一方面，电解液在高电压下的分解反应更加严重，存在的痕量水易与电解液反应生成氟化氢，进而攻击正极材料，并加速正极材料的锰离子溶出问题，导致材料发生失效
。
[0003]综上可知，电解液的不断分解和界面接触，造成
SEI
膜持续分解和生成，且逐渐加厚，导致活性锂离子快速损失
。
同时，由于锰离子不断在负极一侧沉积，电池的阻抗随之增加，进而影响电池容量进一步发挥
。
[0004]因此，在本领域中，亟需开发一种正极材料，不仅避免锰离子的溶出问题，还能够减缓氟化氢对正极材料结构的破坏作用
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种复合正极材料及其制备方法和二次电池
。
本专利技术提供的复合正极材料不仅能够减少锰离子的溶出，还能够避免氟化氢对正极材料的腐蚀作用
。
[0006]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种复合正极材料，所述复合正极材料包括镍锰酸锂正极材料内核以及包覆在所述镍锰酸锂正极材料内核表面的聚合物包覆层；
[0008]所述聚合物包覆层的材料包括三聚氰酰氯
。
[0009]本专利技术采用三聚氰酰氯包覆层对镍锰酸锂正极材料表面进行充分包覆，三聚氰酰氯包覆层表面带有正电荷，其依据静电排斥作用能够实现对一价阳离子
(
即锂离子
)
与二价阳离子
(
即锰离子
)
的选择性分离，进而截留二价锰离子
。
其他相关带正电的有机化合物由于带电电荷过大或过小，经过测试，无法对一价和二价的阳离子进行有效的选择性分离，从而无法达到阻止锰离子攻击材料表面的性能，且很多有机聚合物具有较大毒性，且不容易溶解，包覆效果差，很难起到包覆正极材料表面的作用
。
本专利技术将三聚氰酰氯涂覆在正极材料表面，能够有效阻止锰离子攻击正极材料表面，以此减少锰离子的溶出，且本身作为包覆层，也能够减少电解液和正极材料的接触面积，从而减缓电解液对材料的腐蚀作用
。
[0010]优选地，所述镍锰酸锂正极材料的化学式为
LiNi
0.5
Mn
1.5
O4。
[0011]优选地，所述镍锰酸锂正极材料的平均粒径为4‑
12
μ
m
，例如可以为4μ
m、5
μ
m、6
μ
m、7
μ
m、8
μ
m、9
μ
m、10
μ
m、11
μ
m、12
μ
m
等
。
[0012]优选地，所述三聚氰酰氯的单体的结构式如式1所示：
[0013][0014]其中，
n
的取值范围为0＜
n
＜6，优选为3，例如可以为
1、2、3、4、5。
[0015]在本专利技术中，通过调控
n
的取值范围，使得对锰离子的吸附性更佳，
n
值过大则会对锰离子的选择性吸附较差
。
[0016]优选地，以所述复合正极材料的总质量为
100
％计，所述镍锰酸锂正极材料内核的质量百分含量为
95
％
‑
99.9
％，优选为
99.2
％，例如可以为
95
％
、96
％
、97
％
、98
％
、99
％
、99.2
％
、99.5
％
、99.9
％等
。
[0017]在本专利技术中，通过调控镍锰酸锂正极材料内核的质量百分含量，使得电池的循环性能得以提升，含量过低则会造成比容量较低，反之也会无明显效果
。
[0018]优选地，以所述复合正极材料的总质量为
100
％计，所述聚合物包覆层的质量百分含量为
0.5
％
‑5％，优选为
0.8
％，例如可以为
0.5
％
、0.8
％
、1
％
、1.5
％
、2
％
、3
％
、4
％
、5
％等
。
[0019]在本专利技术中，通过调控聚合物包覆层的质量百分含量，使得材料的循环性能最佳，含量过低则会无明显效果，反之则会电池内阻增大，倍率性能下降
。
[0020]优选地，所述镍锰酸锂正极材料内核与聚合物包覆层的质量比为
(90
‑
130):1
，优选为
124:1
，例如可以为
90:1、100:1、110:1、115:1、120:1、124:1、130:1
等
。
[0021]在本专利技术中，通过调控镍锰酸锂正极材料内核与聚合物包覆层的质量比，使得电池的循环性能最佳，质量比过低则会提升效果不明显，反之则会增加材料内阻
。
[0022]优选地，所述聚合物包覆层的孔径为
10
‑
100nm
，例如可以为
10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm
等；厚度为5‑
20nm
，例如可以为
5nm、7nm、10nm、15nm、18nm、20nm
等
。
[0023]在本专利技术中，通过调控聚合物包覆层的孔径和厚度，使得包覆物能够均匀地包覆在材料表面，同时不影响锂离子的脱出和嵌入
。
[0024]第二方面，本专利技术提供了一种制备根据第一方面所述的复合正极材料的方法，所述方法包括以下步骤：
[0025]将含有三聚氰酰氯的有机溶液和镍锰酸锂正极材料进行混合，去除溶剂后得到所述复合正极材料
。
[0026]在本专利技术中，三聚氰酰氯的单体的结构式如式1所示：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种复合正极材料，其特征在于，所述复合正极材料包括镍锰酸锂正极材料内核以及包覆在所述镍锰酸锂正极材料内核表面的聚合物包覆层；所述聚合物包覆层的材料包括三聚氰酰氯
。2.
根据权利要求1所述的复合正极材料，其特征在于，所述镍锰酸锂正极材料的化学式为
LiNi
0.5
Mn
1.5
O4；优选地，所述镍锰酸锂正极材料的平均粒径为4‑
12
μ
m。3.
根据权利要求1或2所述的复合正极材料，其特征在于，所述三聚氰酰氯的单体的结构式如式1所示：其中，
n
的取值范围为0＜
n
＜6，优选为
3。4.
根据权利要求1‑3中任一项所述的复合正极材料，其特征在于，以所述复合正极材料的总质量为
100
％计，所述镍锰酸锂正极材料内核的质量百分含量为
95
％
‑
99.9
％，优选为
99.2
％；优选地，以所述复合正极材料的总质量为
100
％计，所述聚合物包覆层的质量百分含量为
0.5
％
‑5％，优选为
0.8
％
。5.
根据权利要求1‑4中任一项所述的复合正极材料，其特征在于，所述镍锰酸锂正极材料内核与聚合物包覆层的质量比为
(90
‑
130):...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂娇康，刘心同，田轶文，胡建伟，邱呈雨，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：