[发明专利]一种使用多层包覆三元正极材料的锂离子电池正极片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种使用多层包覆三元正极材料的锂离子电池正极片，包括正极集流体和负载在正极集流体上的正极活性物质层，正极活性物质层的组分包括多层包覆三元正极材料、导电剂、增稠剂以及粘结剂；多层包覆三元正极材料包括NCM三元材料及依次包覆在其表面的Li_2+xC_1‑xB_xO₃包覆层和聚苯胺包覆层；粘结剂包括预聚体分散液、1,6‑己二硫醇和光引发剂。本发明采用Li_2+xC_1‑xB_xO₃和导电聚合物对三元正极材料进行多层包覆，在保证了包覆均匀性的同时使包覆层具有良好的离子电导率；并且采用可在紫外光照射下发生光交联的水性粘结剂作为粘结剂，通过光交联提高粘结剂整体力学强度，保证极片在充放电过程中的结构完整性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种使用多层包覆三元正极材料的锂离子电池正极片及其制备方法。

背景技术

随着新能源汽车的发展，锂离子动力电池作为最热门的电动车动力电池而备受关注。作为锂离子电池中的重要组成，针对高性能正极片的研发具有重要意义。

目前，锂离子电池正极片中主要采用层状结构的钴酸锂、三元材料、尖晶石结构的锰酸锂以及橄榄石结构的磷酸铁锂作为正极活性材料。三元材料拥有较高的比容量，能量密度和功率密度，比较稳定的性能，从而成为商业正极的热门材料。但是三元材料的电化学性能、热稳定性、结构稳定性还需进一步提高，尤其是在高温以及高电位测试环境下；随着镍含量的提高，这些问题显得尤为突出。现有技术中一般通过对三元材料进行包覆来提高正极的结构稳定性、热稳定性、倍率性能以及长循环稳定性，包覆材料主要为导电聚合物或无机物。例如，公开号为CN111162249A的专利文献公开的“一种提升首次放电容量的正极材料及其制备方法”，该正极材料由正极材料基体、锂源和包覆剂制成，所述包覆剂为硼酸、硼酸锂、硼酸铝、硼酸钠、硼酸钾、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化钇中的任意或组合。公开号为CN109301186A的专利文献公开的“一种包覆型多孔结构的三元正极材料及其制备方法”，该正极材料内核为锂包覆镍、钴、锰的三元材料，并且内核上具有纳米级的孔洞；外壳为导电聚合物的膜；导电聚合物由乙炔、吡咯、噻吩及其衍生物进行聚合反应而得到。但现有技术中用无机物对正极材料进行包覆时，一般采用高温煅烧法包覆，容易包覆不均匀；而采用导电聚合物进行包覆时，虽然可以提高包覆的均匀性，但导电聚合物的引入会降低正极材料的离子电导率，不利于电极性能的提高。

并且，现有技术中一般使用聚偏氟乙烯(PVDF)作为正极粘结剂，PVDF属于氟化工材料，生产成本高昂，且PVDF需用有机溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶解，具有毒性且污染环境，正如负极用CMC+SBR替代油性PVDF，正极使用水性粘结剂替代PVDF也将成为一大趋势。然而现有的水性粘结剂粘结强度不高，随着电解液浸泡在高温下力学性能存在较大损失，在锂离子电池充放电过程中难以维持极片结构的完整性，在极片膨胀与收缩下容易导致活性物质脱落，影响电池循环性能。

发明内容

本发明的第一个发明目的是为了克服现有技术中对三元正极材料进行包覆改性时，用无机物包覆容易包覆不均匀，而用导电聚合物进行包覆，虽然可以提高包覆的均匀性，但导电聚合物的引入会降低正极材料的离子电导率，不利于电极性能的提高的问题，提供一种使用多层包覆三元正极材料的锂离子电池正极片及其制备方法，采用Li_2+xC_1-xB_xO₃和导电聚合物对三元正极材料进行多层包覆，在保证了包覆均匀性的同时使包覆层具有良好的离子电导率，有效提高了电池性能。