[发明专利]一种聚苯胺/聚乙二醇共包裹的复合三元正极材料及其制备和应用

说明书

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种一种聚苯胺/聚乙二醇共包裹的复合三元正极材料，包括三元正极材料以及包覆在其表面的聚苯胺和聚乙二醇。本发明还提供了所述的复合三元正极材料的制备方法和应用。本发明所述的复合三元正极材料，通过所述的三元正极材料和所述的聚苯胺和聚乙二醇之间的表面作用，协同提升得到的复合三元正极材料的电学性能，改善包覆效果和化学稳定性。另外，本发明创新地采用湿法包覆方法，工艺简单，配合所述的组分协同，可进一步改善包覆效果，提升材料的性能，还具有操作简便，一致性高等优势。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种双重导电聚合物共包裹锂离子电池三元正极材料的表面改性方法。

背景技术

锂离子电池广泛应用于便携式电子产品、电动汽车工具甚至大型储能装置中，当前商用的锂电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。其中三元材料具有较高的比容量与能量密度和功率密度、工作电压高以及稳定的性能，从而成为商业正极研究的热门材料。然而三元材料的循环性能和倍率性能较差，同时三元材料表面残碱含量过高为其带来诸多负面影响，如增加了不可逆容量损失，恶化循环性能，增加了加工、储存和运输的成本。

改善材料电化学性能的一种方式是表面改性，这也是在电池材料改性上应用最多的方式之一。对于三元材料来说，在材料表面包覆一层纳米厚度的涂层，一方面可以隔绝外界环境与正极材料直接接触发生副反应，提高材料的储存性能，另外一方面还可以在注入电解液之后以及在电化学充放电过程中，保护正极材料免受电解液中成分的侵蚀，从而有效抑制材料在充放电过程中的结构破坏。常见的包覆物质为不导电的绝缘化合物或者仅为离子导体与电子导体的一种，而且已有的包覆方法与包覆物质不容易获得均匀的包覆层，包覆效果差强人意。

目前，导电聚合物复合材料可作为高能物质用于研发电极材料，已有科研工作者利用导电聚合物对锂离子电池正极材料进行改性研究，如中国专利CN104466135A公开了一种导电聚合物包覆镍钴锰酸锂正极材料的方法，该专利首先通过机械活化配制LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3前驱体混合液，向该前驱体混合液中加入聚吡咯的水溶液或有机溶液后进行喷雾干燥，得到均匀混合的前驱体粉末，最后在500-700℃下煅烧，得到聚吡咯包覆的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3正极材料。该专利改善了LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3电池的循环性能和电容量保持率。但是其包覆导电聚合物提高电子导电性的同时，降低了材料的锂离子导电性；而且其煅烧温度较高，聚吡咯会发生分解，影响包覆效果。中国专利CN107742712A公开了一种导电高分子包覆掺杂型锂离子电池正极材料的方法，该专利首先通过球磨法得到掺杂型正极材料样品，然后将该材料与表面活性剂、氧化剂、导电高分子材料如聚噻吩置于密闭容器中反应一段时间，即得到导电高分子包覆的锂离子正极材料。该专利有效的抑制了富镍正极材料的阳离子混排现象，改善了界面稳定性。但是其包覆过程所用试剂较多，反应条件不易控制，一致性较差；而且其整体制备方法比较复杂，不利于工业化生产。中国专利CN102723491A公开了一种导电聚合物浸渍包覆的锂离子电池复合电极材料及其制备方法，该专利将锂离子正极或负极材料浸泡到含有本征态聚3,4-乙撑二氧噻吩的聚苯乙烯磺酸有机溶液中，过滤干燥后即得聚苯乙烯磺酸根阴离子掺杂聚3,4-乙撑二氧噻吩/电极材料复合材料。该专利改进了电极材料的导电性，提高了电极材料的电化学性能。但该专利采用的是本征态的聚3,4-乙撑二氧噻吩，其导电性很差，而且不熔不溶，后续需要采用聚苯乙烯磺酸根阴离子进行掺杂提高其性能，然而本专利直接将聚3,4-乙撑二氧噻吩加入到聚苯乙烯磺酸有机溶液中会导致其掺杂效果大大折扣，进而降低了后续的包覆性能；而且聚苯乙烯磺酸溶液具有一定的酸性，会对电极材料造成一定的腐蚀，从而影响材料性能。

发明内容