一種鋰離子電池高電壓正極材料表面包覆方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池高電壓正極材料表面 包覆方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前社會(huì)對(duì)鋰離子電池的能量密度和功率密度提出了更高的要求。開發(fā)新型高 電壓正極材料(截至工作電壓大于4. 4伏特vs Li+/Li)，如鈷酸鋰、鎳錳酸鋰、磷酸鈷鋰、 磷酸鎳鋰、硅酸亞鐵鋰、硅酸錳鐵鋰等，是提高鋰離子電池能量密度和功率密度的一個(gè)重要 技術(shù)發(fā)展方向。但傳統(tǒng)的LiPF 6S碳酸酯有機(jī)電解液在4. 4 V以上會(huì)在高電壓正極材料 表面發(fā)生氧化還原分解，高電壓正極材料本體中的金屬離子在電解液的作用下加速溶出， 嚴(yán)重地制約了高電壓正極材料電化學(xué)性能的發(fā)揮，并導(dǎo)致電池安全問題。通過對(duì)高電壓正 極材料的表面包覆，可以顯著的提高高電壓正極材料與電解液的兼容性，抑制金屬離子的 溶出，從而改善高電壓鋰離子電池的循環(huán)性能和安全性能。因此，鋰離子電池高電壓正極 材料的表面包覆，尤其是碳材料和無機(jī)材料包覆備受關(guān)注(參見專利CN201410210431. 0、 CN201210078203. 3、CN201210158605. 4、201410699577· 2 等）。但是碳材料和無機(jī)材料包覆 高電壓正極材料流程繁雜且需經(jīng)高溫煅燒，成本高昂。有鑒于此，確有必要提供一種流程簡(jiǎn) 單且低成本的鋰離子電池高電壓正極材料表面包覆方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池高電壓正極材料表面包覆方法。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案為： 一種鋰離子電池高電壓正極材料表面包覆方法，其特征在于：將一定量的鋰離子電 池高電壓正極材料粉末加入到含有耐高電壓有機(jī)材料的溶液中，通過攪拌、蒸干后得到耐 高電壓有機(jī)材料包覆的高電壓正極材料。
[0005] 所述的耐高電壓有機(jī)材料包括α -氰基丙烯酸酯、聚氰基丙烯酸異丁酯、聚碳酸 亞丙酯、聚碳酸亞乙酯、聚丁烯琥珀酸酯、聚環(huán)氧環(huán)己烷碳酸酯、聚苯乙烯碳酸酯中的至少 一種。
[0006] 所述的鋰離子電池高電壓正極材料截至工作電壓大于4. 4伏特，包括鈷酸鋰、鎳 錳酸鋰、磷酸鈷鋰、磷酸鎳鋰、硅酸亞鐵鋰、硅酸錳鐵鋰中至少一種。
[0007] 耐高電壓有機(jī)材料的包覆質(zhì)量分?jǐn)?shù)為l_50wt%。其中，優(yōu)選地，耐高電壓有機(jī)材料 的包覆質(zhì)量分?jǐn)?shù)為l_15wt%。
[0008] 本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)為： 本發(fā)明經(jīng)過原位溶液包覆法，在鋰離子電池高電壓正極材料表面成功包覆一層耐高電 壓有機(jī)材料，該耐高電壓有機(jī)材料包覆層不僅不影響鋰離子的傳輸擴(kuò)散，而且能夠有效地 抑制高電壓條件下高電壓正極材料和電解液的直接接觸副反應(yīng)，抑制金屬離子的溶出，從 而顯著地改善高電壓正極材料循環(huán)性能。
【具體實(shí)施方式】
[0009] 為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施 例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā) 明，并不用于限定本發(fā)明。
[0010] 實(shí)施例1 : 首先，將1克α -氰基丙烯酸酯溶解到9克丙酮中；而后，將7g鎳錳酸鋰正極材料加入 到該溶液中，攪拌2小時(shí)，后80°C烘干溶劑，得到α -氰基丙烯酸酯包覆的鎳錳酸鋰正極材 料。最后，在高電壓鋰離子電池中測(cè)試該正極材料的循環(huán)性能； 實(shí)施例2 : 首先，將1克聚碳酸亞丙酯溶解到9克氮甲基吡咯烷酮中；而后，將7g鎳錳酸鋰正極材 料加入到該溶液中，攪拌2小時(shí)，后80°C烘干溶劑，得到聚碳酸亞丙酯包覆的鎳錳酸鋰正極 材料。最后，在高電壓鋰離子電池中測(cè)試該正極材料的循環(huán)性能； 實(shí)施例3 : 首先，將1克聚碳酸亞乙酯溶解到9克氮氮二甲基乙酰胺中；而后，將7g鎳錳酸鋰正極 材料加入到該溶液中，攪拌2小時(shí)，后80°C烘干溶劑，得到聚碳酸亞乙酯包覆的鎳錳酸鋰正 極材料。最后，在高電壓鋰離子電池中測(cè)試該正極材料的循環(huán)性能； 實(shí)施例4 : 首先，將1克α-氰基丙烯酸酯溶解到9克丙酮中；而后，將7g高電壓鈷酸鋰正極材料 加入到該溶液中，攪拌2小時(shí)，后80°C烘干溶劑，得到α -氰基丙烯酸酯包覆的高電壓鈷酸 鋰正極材料。最后，在高電壓鋰離子電池中測(cè)試該正極材料的循環(huán)性能； 實(shí)施例5 : 首先，將1克聚碳酸亞丙酯溶解到9克氮甲基吡咯烷酮中；而后，將7g高電壓鈷酸鋰正 極材料加入到該溶液中，攪拌2小時(shí)，后80°C烘干溶劑，得到聚碳酸亞丙酯包覆的高電壓鈷 酸鋰正極材料。最后，在高電壓鋰離子電池中測(cè)試該正極材料的循環(huán)性能； 實(shí)施例6 : 首先，將1克聚碳酸亞乙酯溶解到9克氮氮二甲基乙酰胺中；而后，將7g高電壓鈷酸鋰 正極材料加入到該溶液中，攪拌2小時(shí)，后80°C烘干溶劑，得到聚碳酸亞乙酯包覆的高電壓 鈷酸鋰正極材料。最后，在高電壓鋰離子電池中測(cè)試該正極材料的循環(huán)性能； 對(duì)比例1 : 在高電壓鋰離子電池中測(cè)試不經(jīng)特殊處理的鎳錳酸鋰正極材料的循環(huán)性能。
[0011] 對(duì)比例2: 在高電壓鋰離子電池中測(cè)試不經(jīng)特殊處理的高電壓鈷酸鋰正極材料的循環(huán)性能。
[0012] 實(shí)施例及對(duì)比例中高電壓鋰離子電池的制作及測(cè)試： (1) 正極極片：將高電壓正極材料、粘結(jié)劑聚偏二氟乙烯、導(dǎo)電劑乙炔黑按照質(zhì)量比 85:5:15加入到氮甲基吡咯烷酮中，混合均勻得到正極漿料；而后涂布到鋁箱集流體上，在 120°C下烘干，輥壓后用沖片機(jī)裁出直徑為14毫米的圓片； (2) 負(fù)極極片：采用直徑為16毫米的金屬鋰片； (3 )電解液：采用商業(yè)化的高電壓電解液； (4) 隔膜：用沖片機(jī)裁出直徑為16. 5毫米的圓片； (5) 電池組裝：在手套箱中，按負(fù)極殼-金屬鋰片-隔膜圓片-正極圓片-不銹鋼片-彈 簧片-正極殼順序組裝扣式高電壓鋰離子電池，并加入高電壓電解液，最后封裝得到測(cè)試 電池； (6) 電池測(cè)試：在室溫下，且在0. 5 C的倍率條件下，測(cè)試實(shí)施例及及對(duì)比例中高電壓 正極材料的循環(huán)性能，從表1測(cè)試結(jié)果中可以看出實(shí)施例中高電壓正極材料在高電壓鋰離 子電池中的循環(huán)性能優(yōu)于對(duì)比實(shí)施例中的未經(jīng)處理的材料。
[0013]表 1 : I 11 m>_|j>_I fw% Ifi^4 I I 難樹 2 I! wm I ss% :
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【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鋰離子電池高電壓正極材料表面包覆方法，其特征在于：將一定量的鋰離子電 池高電壓正極材料粉末加入到含有耐高電壓有機(jī)材料的溶液中，通過攪拌、蒸干后得到耐 高電壓有機(jī)材料包覆的高電壓正極材料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池高電壓正極材料表面包覆方法，其特征在 于：所述的耐高電壓有機(jī)材料包括a-氰基丙烯酸酯、聚氰基丙烯酸異丁酯、聚碳酸亞丙 酯、聚碳酸亞乙酯、聚丁烯琥珀酸酯、聚環(huán)氧環(huán)己烷碳酸酯、聚苯乙烯碳酸酯中的至少一種。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池高電壓正極材料表面包覆方法，其特征在 于：所述的鋰離子電池高電壓正極材料截至工作電壓大于4. 4伏特，包括鈷酸鋰、鎳錳酸 鋰、磷酸鈷鋰、磷酸鎳鋰、硅酸亞鐵鋰、硅酸錳鐵鋰中至少一種。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池高電壓正極材料表面包覆方法，其特征在 于：耐高電壓有機(jī)材料的包覆質(zhì)量分?jǐn)?shù)為l_50wt%。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種鋰離子電池高電壓正極材料表面包覆方法，即在高電壓正極材料的表面包覆一層耐高電壓有機(jī)材料。其具體步驟為：采用原位溶液包覆法，將一定量的高電壓正極材料粉末加入到含有耐高電壓有機(jī)材料的溶液中，通過攪拌、蒸干后得到耐高電壓有機(jī)材料包覆的高電壓正極材料。該耐高電壓有機(jī)材料包覆層不僅不影響鋰離子的傳輸擴(kuò)散，而且能夠有效抑制高電壓條件下高電壓正極材料和電解液的直接接觸副反應(yīng)，從而顯著地改善高電壓正極材料循環(huán)性能。
【IPC分類】H01M10/0525, H01M4/62, H01M4/04, H01M4/36
【公開號(hào)】CN105244508
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510746194
【發(fā)明人】崔光磊, 許高潔, 胡樸, 張建軍, 丁國梁, 柴敬超
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所
【公開日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年11月6日