[发明专利]一种添加MOFs材料的高镍三元正极、制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种添加MOFs材料的高镍三元正极、制备方法和应用，属于储能材料及电化学领域。所述正极包括高镍三元正极材料LiNi_xCo_yMn_1‑x‑yO₂、MOFs材料UiO‑66、正极极片基底、导电剂和粘结剂。所述正极可辅助使用其的锂离子电池的正极/电解液界面生成稳定的固体电解质界面，缓解循环过程中过渡金属溶解，提升所述正极的循环性能和高温性能。通过将高镍三元正极材料粉末、UiO‑66粉末、导电剂、粘结剂以及N‑甲基吡咯烷酮按照不同加入混合的顺序研磨混合均匀获得浆料，将浆料涂布在正极极片基底上恒温干燥，制成所述正极；所述方法操作简单、易于制备且有助于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种添加金属有机框架(MOFs)材料的高镍三元正极、制备方法和应用，具体地说，涉及一种添加MOFs材料UiO-66的高镍三元正极、制备方法和应用，属于储能材料及电化学领域。

背景技术

自1991年索尼公司将锂离子电池商业化以后，锂离子电池在手机、电脑等小型3C数码领域得到广泛应用。相比于传统二次电池，锂离子电池具有比容量高、循环寿命长、绿色无污染的特点，近年来正向着动力汽车、大型储能装置方向发展。在锂离子电池正极材料中，钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂凭借其各自优势都得到了商业化应用，但它们比容量较低这一共有缺点限制了其进一步发展。

高镍三元材料具有高比容量、高振实密度、高嵌锂电位以及环境友好等特点，其成分中所含有的镍、钴、锰三种元素发挥协同作用，使高镍三元材料比单一组分材料具有更优异的性能，目前国内许多公司已经量产。然而，随着高镍三元材料化学组分中镍元素含量的增加，材料结构不稳定、热稳定性差等问题也随之而来。含有高镍三元材料的电池在充放电循环过程中面临着产气胀气、过渡金属离子溶解等问题，使电池循环性能以及安全性能明显恶化。

在上述问题中，很多研究通过抑制高镍三元材料活性物质溶出的方式来改善材料稳定性提升循环性能。目前，缓解循环过程中过渡金属溶解迁移的改性方式主要有体相掺杂异种元素、表面惰性包覆层改性、电解液添加剂等。其中体相掺杂方式可以抑制微裂缝形成、抑制电解液分解从而延缓过渡金属溶出，提升循环性能，但是在实际生产过程中易出现掺杂不均匀等现象；表面惰性包覆层改性可以减少正极材料与电解液接触，抑制过渡金属与电解液之间的副反应，进而提升循环性能，但是面临增加电化学阻抗、制备方法复杂和改性成本较高等缺点；电解液添加剂通过在正极表面形成SEI膜来抑制副反应与离子溶出，然而存在着厚膜会增加阻抗以及电解质液粘度，薄膜不足以保护正极表面的矛盾。因此电极添加剂受到关注，现有技术中报道的MOFs类材料电极添加剂作用较为单一，仅对某种过渡金属离子有吸附作用，而无法同时吸附高镍材料中溶解的镍、钴、锰离子，且没有表现出对电解液分解副产物的吸附作用。此外，现有技术中报道的MOFs类材料中含有钴元素，导致成本较高。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的之一在于提供一种添加MOFs材料的高镍三元正极；所述正极通过在高镍三元正极中添加MOFs材料，吸附电解液分解产生的副产物(HF等)以及从正极材料中溶解的镍、钴、锰离子，辅助正极/电解液界面生成稳定的固体电解质界面(SEI)，缓解循环过程中过渡金属溶解，提升所述正极的循环性能和高温性能。

本发明的目的之二在于提供一种添加MOFs材料的高镍三元正极的制备方法；所述方法操作简单、易于制备且有助于工业化生产。

本发明的目的之三在于提供一种添加MOFs材料的高镍三元正极的应用，所述应用是作为锂离子电池正极使用，得到一种采用本发明所述正极作为正极的锂离子电池。

为实现本发明的目的，提供以下技术方案。

一种添加MOFs材料的高镍三元正极，所述正极包括高镍三元正极材料、MOFs材料、正极极片基底、导电剂和粘结剂。