[发明专利]一种锂电池复合单晶正极材料的界面改性方法

说明书

本发明公开了一种锂电池复合单晶正极材料的界面改性方法，包括以下步骤：1)配制丙烯腈单体溶液，向其中加入光引发剂，再将单体溶液雾化，喷撒在单晶正极材料表面，随后将处理过的正极材料放置于机械融合机里进行融合；2)在机械融合机中，将融合的材料在紫外灯照射下，进行聚合反应，离子液体单体均匀的包覆在正极材料表面；3)聚合反应结束后，将聚合物包覆的正极材料置于管式炉中，在150‑300℃下热处理，得到界面改性的复合单晶正极材料。界面改性后，聚合物均匀包覆在单晶正极表面，能够降低电池正极材料和电解液的接触面积，避免了副反应和腐蚀，从而提高单晶正极材料的循环寿命和倍率性能，得到综合性能优异的锂电池用单晶三元正极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种界面改性的单晶颗粒正极材料及其制备方法。

背景技术：

锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、比容量大、自放电小、使用寿命长等突出优点而逐渐从移动电话、计算机、其他消费类电子产品、乃至汽车理想的电源。自1991年到今天，锂离子电池已经走进家家户户中，随着不断的发生锂离子电池燃烧，乃至爆炸这些事故的发生，逐步的对锂离子电池的安全性能提出更高的要求；同时为在有限空间内追求体积能量密度，研究者的目光投向了振实密度更高的单晶(一次颗粒的粒径D50≥2微米)正极材料。单晶正极材料的比表面积会随之得到降低，随之和电解液的接触面积也会得到降低，从而减少了锂离子电池在充放电过程中由于各种电解液和电极的副反应而导致的气体的产生，从而在一定程度上提升材料安全性能。但是单晶正极材料较大的粒径会导致锂离子在脱出和再嵌入的过程中增加了离子扩散距离，同时颗粒本身较差的电子电导，会导致单晶正极材料的动力学性能会下降，导致材料的倍率性能不是很优异；同时由于充放电循环过程中的单晶正极材料会发生晶体的各项异性膨胀收缩，导致表面生成的CEI(cathodesolid electrolyte interface)膜不足以适应该变化，会引发旧的CEI膜破裂和新的CEI膜产生，导致循环寿命会受到一定的影响。因此需要对正极材料进行改性以满足需求。

对正极材料的改性包括掺杂改性、表面改性和共混改性。目前研究较多的是掺杂改性，即在正极材料中掺杂一些其它元素。对表面改性的研究较少。随着对材料研究的深入，发现正极材料颗粒的表面性质对其物理和电化学性能有很大影响。因此近期的很多研究关注于对正极材料的表面改性上，大部分研究集中在利用无机物对正极材料的表面改性上。比如CN105489878A，CN105226256A采用一些无机氧化物进行表面修饰，能避免或减少正极材料和电解液的接触，可以改善稳定性。但这些方法会造成锂离子脱嵌，导致正极材料的结构变化，进而电池性能下降。而且这种方法需要对材料进行高温处理，金属氧化物晶粒分布不均，粒径无法控制等问题，会导致容量降低以及一致性差等问题。

现有技术中还有一些其它正极材料改性的方法，专利CN105529458A公开了一种将镍钴锰三元材料置于含有羧基或羟基的溶液中，在酯化催化剂作用下发生酯化反应，通过化学键的方式实现表面改性，得到了高能量密度的三元材料。但是该方法首先需要对三元正极材料进行表面改性引入活性基团，会对二次颗粒的结构发生产生一定不利影响甚至是破坏，并不利于电池性能的提升。