[发明专利]改善三元正极材料吸湿性和浆料凝胶现象的方法

说明书

本发明公开了一种改善三元正极材料吸湿性和浆料凝胶现象的方法，包括如下步骤：取一定量的硅烷偶联剂溶液，将三元正极材料加入其中，充分搅拌，然后进行干燥；将粘结剂、导电添加剂以及经上述处理后的三元正极材料按比例混合制成浆料，涂覆在正极基片上，烘干；再取一定量的硅烷偶联剂溶液涂覆到三元正极片表面，最终得到完整的三元正极片。本发明在三元正极材料和极片表面包覆的一层硅烷偶联剂，可以有效反应掉基片表面所吸附的痕量水，并在其表面形成一层耐HF腐蚀的厌水保护层，从而提高了正极片的空气存储性能以及电化学性能。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种改善三元正极材料吸湿性和浆料凝胶现象的方法。

背景技术

目前商业化的锂离子电池目前主要采用LiCoO₂作为正极材料，但LiCoO₂存在安全性和耐过充性问题，Co属于稀有资源，价格昂贵，且金属钴容易对环境造成污染。而LiNiO₂的稳定性差，容易引起安全问题，需在氧气气氛下合成，并且容易发生阳离子混排和生成非化学计量比结构化合物。LiMn₂O₄在循环过程中容易发生晶型转变以及锰离子的溶解Jahn-Teller效应，导致电池容量衰减。

三元正极材料镍钴锰氧化物体系综合了LiCoO₂良好的循环性能，LiNiO₂的高比容量和LiMnO₂的高安全性及低成本等特点，但是其较差的循环稳定性、热稳定性和储存性能极大地限制了其应用。这些缺点大多是三元正极材料的本质属性，为克服它们带来了较大的挑战。由于三元正极材料极易吸附空气中的水，在表面产生痕量的水，这会导致三元正极材料的电化学性能不高。首先，这部分水分子会与空气中的二氧化碳共同作用形成比较厚的碳酸锂膜层，这个膜层会导致所包覆的活性物质无法参与进行充放电过程，导致材料的比容量降低，会在充放电过程中产生气体，引起电池鼓包胀气。其次，吸水后使正极表面碱度增大，会在制浆过程中出现凝胶现象，影响后续涂覆工艺的进行，进而影响电池的性能。当然痕量的水会和电解液中的盐(LiPF₆)发生反应，导致电解液遭到破坏，反应也会形成HF，对三元正极材料进行腐蚀，这就导致材料的循环性能衰减迅速。

近年来，研究者们尝试了多种方法，试图兼得高比容量和高稳定性两方面的优点。常用的方法有掺杂、包覆以及制备成特殊结构的材料，然而这些工作对材料电化学性能的改善程度并不理想。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的一个目的是提供一种改善三元正极材料吸湿性和浆料凝胶现象的方法，通过该方法使正极材料表面均匀覆盖一层硅烷偶联剂，该层不会对锂离子的传输产生影响，反而会提高三元正极的性能。

本发明提供了一种改善三元正极材料吸湿性和浆料凝胶现象的方法，包括如下步骤：

S1：将硅烷偶联剂分散到易挥发的有机溶剂，得到一定浓度的硅烷偶联剂溶液；所述硅烷偶联剂的化学表达式为YSiX₃，其中，Y为非水解基团；X为水解基团；

S2：取一定量的S1的硅烷偶联剂溶液，将三元正极材料加入到该部分硅烷偶联剂溶液中，充分搅拌，然后进行干燥；

S3：将粘结剂、导电添加剂以及经S2处理后的三元正极材料按比例混合均匀，制备成浆料，涂覆在正极基片上，烘干，制备成三元正极片；

S4：再取一定量的S1的硅烷偶联剂溶液涂覆到S3制备的三元正极片表面，待溶剂蒸发完毕后，最终得到完整的三元正极片。

优选地，所述硅烷偶联剂的化学表达式YSiX₃中，Y选自乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基、脲基中的任意一种；X选自卤素、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基中的任意一种。

更优选地，S1所制得的硅烷偶联剂溶液的浓度为1～10％。