[发明专利]一种富锂三元复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池材料制备领域，具体的说是一种富锂三元复合材料及其制备方法。

背景技术

三元材料以其克容量高、加工工艺简单、倍率性能佳及其低温性能优异等特性而广泛应用于锂离子电池，并应用于电动汽车、数码产品等领域。但是随着市场对锂离子电池能量密度的提高，要求三元材料具有更高的克容量及其更高的放电电压平台，目前市场上的三元材料主要为NCM、NCA，虽然可以通过提高三元材料中镍的含量可以提高材料的克容量，但是由于镍材料极易吸水造成其加工难度大，循环性能偏差，影响其材料的产业化推广。而富锂三元材料是一种锂含量高的材料，其材料具有能量密度高的特点，但是存在循环性能差、压实密度低等缺陷，影响其材料的整体性能的发挥。比如专利（CN102832387A）公开了富锂高锰层状结构三元材料、其制备方法及应用，其材料的结构式为该三元材料的化学式为Li_1+x(Ni_yCo_yMn_1-2y)O₂，其中0.2≤x<1，0<y<0.5，但是锂离子直接掺杂在三元材料中，容易造成结构混排，影响其材料的结构稳定性及其循环性能，其循环性能虽有所提高，但是其循环性能远远未达到市场化材料要求。因此对于富锂三元的制备，可以通过包覆锂粉或锂盐，并在充放电过程中对材料进行合理补锂，也可以提高材料的锂含量及其能量密度，同时对提高材料的倍率性能及其循环性能也起到积极作用。

发明内容

针对目前三元材料能量密度、循环性能无法满足市场对高比能量密度的需求，本发明通过材料包覆改性提供了一种克容量高、循环性能佳的富锂三元复合材料。

一种富锂三元复合材料及其制备方法，其特征在于，所述的三元材料呈现核壳结构，内核为三元材料，中间层为锂粉聚合物，外壳为偏铝酸锂复合物。其厚度比为：内核：中间层：外壳=（5～15）：（1～3）：（0.5～1）；

所述的三元材料为，LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(x≥0.3,y≥0.3),LiNi_XCo_Y0Al_1-X-YO₂(x≥0.3,y≥0.3)；

所述的锂粉聚合物是由：（1～10）%的锂粉及其（90～99）%的高分子聚合物组成；

所述的偏铝酸锂复合物是由：（30～40）%的偏铝酸锂，（30～40）%的石墨烯，（20～40）%的聚偏氟乙烯组成。

所述的锂粉粒径为（0.1～0.5）μm；

所述的高分子聚合物为：高分子聚合物选自聚碳酸亚丙酯、聚甲基硅氧烷、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一种或多种。

一种富锂三元复合材料及其制备方法，其特征在于，实验过程为：

1）首先称取（90～99）g的高分子聚合物溶解于500ml的四氯化碳中，之后添加（1～10）g的锂粉，并搅拌均匀得到锂粉包覆胶体A；

同时，称取（20～40）g的聚偏氟乙烯添加到500ml的N-甲基吡咯烷酮中，溶解均匀后再添加（30～40）g石墨烯高速分散均匀后，再添加（30～40）g偏铝酸锂并分散均匀后，得到偏铝酸锂混合液B；

2）之后称取（100～150）g的三元材料添加到胶体A中，搅拌均匀后、过滤，80℃真空干燥得到三元材料/锂粉复合体，之后添加到偏铝酸锂混合液B中，并搅拌均匀、过滤，以升温速率为（1～5）℃/min升温到（120～180）℃，并保温（1～3）h，自然降温到室温得到三元材料/锂粉/偏铝酸锂复合材料；

有益效果：

1）通过在三元材料包覆锂粉进行补锂，为材料化成过程中形成SEI提供充足的锂离子，从而提高材料的首次效率，从而提高材料的克容量发挥；同时充足的锂离子为材料大倍率充放电过程中提供锂离子通道、从而提高其锂离子的传输速率和倍率性能。

2）锂粉表面包覆的聚合物材料，具有与有机溶剂NMP不溶的特性，而与电解液溶剂碳酸甲乙酯具有较好的相容性，从而在锂离子电池化成之前，锂粉表面包覆的聚合物材料溶解掉，并留下纳米/微米空洞，一方面提高其材料的吸液保液能力，另一方面可以提高材料的导电率，降低其内阻。

3）同时外层偏铝酸锂复合物具有锂离子导电率高的特性及其石墨烯电子导电率的特性，可以降低其材料在大倍率过程中析锂的机率，提高其倍率性能和安全性能。