[发明专利]一种三元正极极片及提高正极极片高温循环性能的方法

说明书

本发明公开了一种三元正极极片及提高正极极片高温循环性能的方法，该正极极片的表面包覆有液晶膜，所述液晶膜的材料为六苯并蔻类盘状液晶与苯并菲盘状液晶混合而形成双体CPI。所述提高正极极片高温循环性能的方法，是在三元正极极片的表面喷涂六苯并蔻类盘状液晶与苯并菲盘状液晶混合液晶，使其形成包覆在正极极片表面的液晶膜。三元正极极片表面包覆有液晶膜后，能够有效提高极片的高温循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种具有优异高温循环性能的三元正极极片及一种提高正极极片高温循环性能的方法。

背景技术

三元复合正极材料(LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂)中，镍、钴、锰属于同周期相邻元素，且LiCoO₂和LiNiO₂都具有α-NaFeO₂层状结构，它们能以任意比混合形成固溶体并保持层状结构不变。Ni、Co在充放电过程中参加电化学作用，Mn以Mn⁴⁺存在，不参与电化学反应，只是作为材料骨架起到稳定晶体结构的作用。随着Ni、Co、Mn组成比例的变化，材料的容量、安全性等著作性能能够在一定程度上实现可控，业内人士习惯于按照材料的比例命名，如111、442、532(表示Ni、Co、Mn三种元素比例)等，受镍锂互占位的影响，Ni、Mn、Co的比例为1:1:1和4:4:2时材料的结构稳定性较好。但为了获得更多的可逆容量，三元材料的研发方向倾向于提三元的含量，如532、622、721、811等。

为了提高三元正极材料的循环性能，目前多采用表面修饰的方法，也就是在正极材料表面包覆一层稳定的薄膜物质，适当厚度、均匀的修饰层能提高电子导电率，减少电解液对正极活性物质的侵蚀，保护材料结构，也能抑制高电压下电解液的分界，从而改善其循环稳定性和倍率性能。包覆改性后，电池的充放电容量提高程度不一，循环性能得到大大改善，尤其是在高温高倍率下，多次循环后电池容量衰减明显减少。目前绝大多数提高三元复合材料正极极片高温循环性能的研究主要集中在对正极材料表面的改性上，例如公开号CN108682822A、CN108682822A、CN108807950A、CN108987681A的中国专利公开文献等所记载。

三元正极材料NCM811具有能量密度高、循环性能好、价格适中等优异的综合性能，是目前锂离子电池(LIBs)中最具应用前景的一类正极材料。然而，在传统电池体系中，三元正极材料在高电压、高温下会发生剧烈的结构变化和界面副反应，给实际应用带来巨大挑战，尤其是三元材料的循环寿命和安全性。因此寻找一种方法改善三元材料的结构稳定性、高温和高压性能至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有更好的高温循环稳定性、优良的电化学性能的三元正极极片。

本发明的另一目的是提供一种提高正极极片高温循环性能的方法。

本发明提供的三元正极极片，其表面包覆有液晶膜，所述液晶膜的材料为六苯并蔻(HBC)类盘状液晶与苯并菲盘状液晶混合而成形成双体CPI(complimentary polytopicinteraction)。

盘状液晶是由盘状分子呈现的液晶相。盘状液晶分子一般是由具有大苯环平面结构或者接近平面结构的刚性的中心核部分以及连接在外围的数条柔性侧链组成。刚性核主要是蒽醌、酞菁、乙炔苯、苯并菲、卟啉、六苯并蔻等。

六苯并蔻(HBC)具有大π-共轭结构，由13个镶嵌的苯环组成，具有D_6h对称性，也被称为“超级苯”。六苯并蔻类盘状液晶与苯并菲盘状液晶混合而成形成双体CPI在有序性和载流子迁移率等性能上十分优越，其包覆在正极极片表面后，表面的包覆层既能保持正极极片结构的稳定性，有效改善正极-电解质的界面接触，提高界面处的离子传输能力，阻止Ni⁺和Mn²⁺的析出。液晶薄膜满足电池极片柔性加工。