[发明专利]一种聚偏二氟乙烯改性的锰酸锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种聚偏二氟乙烯改性的锰酸锂正极材料及其制备方法。包括如下步骤：按质量比称取聚偏二氟乙烯和锰酸锂，加入去离子中水搅拌均匀后，转移到有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，加热到170‑200℃并保温8‑12小时，冷却后在107℃烘箱内烘干产物。本发明制备的聚偏二氟乙烯水热改性锰酸锂正极材料，具有优异的离子传导性能，作为锂离子电池正极材料，具有较高的倍率性能和良好的循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种聚偏二氟乙烯(PVDF)改性的锰酸锂正极材料、其制备方法及包含所述聚偏二氟乙烯(PVDF)改性的锰酸锂正极材料的锂离子电池正极及锂离子电池。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

锂离子电池是一种绿色、环保、可再生的储能装备，因其独特的优势，已经在各个领域得到了广泛应用。具有高能量密度、长循环寿命、轻量化设计以及低成本的锂离子电池成为众多储能装备的首选。在锂离子电池中，正极材料的选择是影响电池性能的关键因素之一。

锰酸锂正极材料具有具有价格低、电位高、环境友好、安全性能高等优点，最有希望取代钴酸锂成为新一代锂离子电池正极材料。但是，锰酸锂在充放电循环过程中，Mn³⁺会产生Jahn-Teller效应，使LiMn₂O₄尖晶石结构转变为稳定性较差四方相结构，同时晶格发生收缩或膨胀，导致晶格塌陷，引起容量衰减，因此锰酸锂正极在实际应用中存在循环性能差、容量衰减快、倍率性能较差等问题，难以满足快速发展的储能技术需要。

为改善锰酸锂正极循环性能和倍率性能差的缺点，已经进行了一些研究工作，其中表面包覆和元素掺杂是常用的两种方法。表面包覆可以一定程度抑制锰元素溶解到电解液中，但不能从根本上减少Jahn-Teller畸变效应，还会降低比容量。多元素协同掺杂的改性效果通常优于单一元素的掺杂效果，可提高电池的循环寿命，但体相掺杂是以降低电池容量为代价而降低容量衰减率。因此，探索其它可提升锰酸锂电化学性能的方法，对促进锰酸锂正极材料在锂离子电池中的应用意义重大。

现有技术中使用PVDF主要是作为电极材料的粘结剂、隔膜以及聚合物电解质，也可以用于改性锂金属电极。例如，申请号为CN201510756382.5的专利中，提出了一种增韧改性PVDF基体的锂电池隔膜及其制备方法。参照文献(Advanced Energy Materials,2017,1701482)中，在锂金属表面涂覆高极性β-PVDF，以抑制锂枝晶形成，改善锂金属电池电化学性能。参照文献(Nano Letters,2021,DOI:10.1021/acs.nanolett.1c01241)中，通过PVDF-聚丙烯腈(PAN)共混物的相分离，形成多孔亲锂聚合物涂层，可稳定锂金属负极，有利于Li均匀沉积，加速Li⁺扩散。这些技术需要把PVDF溶解在有机溶剂二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮中，再涂覆到锂金属表面，对锂金属改性，成本高，可操作性差。

发明内容

针对背景技术中提到的技术问题，本发明提出了一种聚偏二氟乙烯(PVDF)改性锰酸锂正极材料制备技术及其在锂离子电池中的应用，很好的解决了锰酸锂正极材料在电化学性能方面的不足。

基于上述技术效果，本发明提供以下技术方案：

本发明第一方面，提供一种聚偏二氟乙烯(PVDF)改性的锰酸锂正极材料，所述正极材料中，聚偏二氟乙烯包覆锰酸锂材料，并且氟掺杂到锰酸锂中。

本发明提供的锂离子电池正极材料采用锰酸锂作为正极材料，本领域公认锰酸锂是较有前景的锂离子正极材料之一，具有资源丰富、成本低、无污染、安全性好、倍率性能好等优点，是理想的动力电池正极材料，但其较差的循环性能及电化学稳定性却大大限制了其产业化。