[发明专利]一种自组装超快充正极材料及其锂离子电池

说明书

本发明提供了一种自组装超快充正极材料及其锂离子电池，属于锂电池领域。其制备步骤主要包括以下：(1)将苯丙氨酸二肽(FF)分散到六氟异丙醇溶液中，得到溶液A；(2)使用超纯水进一步稀释溶液A，得到溶液B；(3)在一定气氛保护下将溶液B加入到锂离子正极材料中，使苯丙氨酸二肽(FF)自组装形成的肽纳米管(PNTs)生长在锂离子正极材料表面，从而得到自组装超快充正极材料；(4)将自组装超快充正极材料制备成锂离子电池，这种正极材料制备的锂离子电池具有优越的高倍率性能。

技术领域

本发明属于锂电材料领域，尤其涉及利用苯丙氨酸二肽自组装肽纳米管包覆锂离子正极材料合成超快充材料及其锂离子电池。

背景技术

随着新能源材料研发技术的不断创新，由锂离子正极材料组成的具有低碳环保、能量密度高、工作温度范围宽等优势的锂离子电池得到了广泛关注。基于现在的电动汽车续航能力差，充电速度慢，所以动力电池对于功率型的锂离子电池的需求越来越迫切。如何提高正极材料的倍率充放电性能成为提高材料性能的关键因素之一。

目前很多科研人员使用无定型碳包覆锂离子电池正极材料以提高锂离子电池倍率性能的方法。无定型碳虽然增加了材料的电子导电性、减少了电极极化但是其自身形态限制了其广泛的应用。本发明人发现如果在正极材料的表面生长一层具有三维通道结构的纳米管材料，将更加有利于电子和离子的传输，以提高正极活性材料的高倍率性能。

发明内容

本发明提供了一种自组装超快充正极材料及其锂离子电池，属于锂电池领域。主要是利用苯丙氨酸二肽的自组装形成肽纳米管将锂离子正极材料包覆在其纳米结构中，从而制备出三维结构复合的锂离子正极材料；进一步利用该锂离子正极材料组装成锂离子电池。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种自组装超快充正极材料，所述正极材料的制备包括以下步骤：

(1)将苯丙氨酸二肽(FF)分散到六氟异丙醇(HFIP)溶液中，得到溶液A，其浓度在40～150mg/mL范围内；

(2)使用一定量的超纯水进一步稀释溶液A，得到溶液B，其浓度在2～12mg/mL范围内；

(3)在一定气氛下，按比例将溶液B加入锂离子正极材料中，充分搅拌使所有正极材料表面都被溶液B包覆；在10～85℃的温度下蒸发溶剂，使其自组装，自组装时间为2～24h；苯丙氨酸二肽(FF)自组装形成肽纳米管(PNTs)生长在锂离子正极材料表面，从而得到自组装超快充正极材料。

所述锂离子正极材料包括LiMn₂O₄、LiNi_0.5Mn_1.5O₄、LiCoO₂、LiFePO₄、LiMnFePO₄、LiNi_xCo_yMn_zO₂、LiNi_xCo_yAl_zO₂中的一种或几种，其中0x≤1；0≤y1；z＝1-x-y。

所述自组装超快充正极材料为将苯丙氨酸二肽(FF)自组装形成的肽纳米管(PNTs)生长在锂离子正极材料表面，其中肽纳米管(PNTs)的质量为正极材料的0.1～20wt％，优选为0.2～10wt％。

所述的一定气氛保护为N₂、Ar、O₂中的一种或几种的混合。

本发明另一方面提供了一种自组装超快充锂离子电池，所述锂离子电池使用的正极材料为本发明的任意一种或几种自组装超快充正极材料。

所述锂离子电池制备步骤如下：

(a)正极制备，将超快充正极材料、导电剂、粘结剂和有机溶剂混合至均匀浆液，均匀涂布在正极集流体上且烘干压制成正极极片；