一種鋰離子電池正極材料及其制備方法技術

本發明專利技術屬于儲能研究領域，特別涉及一種鋰離子電池正極材料，包括核結構和殼結構，所述殼結構厚度為h1，h1≤5μm；所述殼結構為多孔結構；所述孔隙為微納尺寸，均勻的分布于殼結構內，孔隙率為1％～20％；即所述殼結構厚度足夠厚，從而保持殼結構的穩定性，起到降低正極材料顆粒電阻的作用，而多孔結構又使得其具有優良的離子傳輸性能；因此制備得到的鋰離子電池正極材料具有優良的電化學性能。

Cathode material for lithium ion battery and preparation method thereof

The invention belongs to the field of energy storage, in particular to a cathode material for lithium ion batteries, including nuclear structure and shell structure, the shell thickness is H1, H1 is less than or equal to 5 m; the shell structure is porous structure; the pore for micro nano size, uniformly distributed on the shell structure, hole clearance rate is 1% ~ 20%; the thickness of the shell is thick enough, so as to maintain the stability of the shell structure, to reduce the resistance of the cathode material particles, and porous structure makes it has excellent ion transport properties; therefore the prepared cathode material of lithium ion battery has excellent electrochemical performance.

【技術實現步驟摘要】
一種鋰離子電池正極材料及其制備方法
本專利技術屬于儲能材料
，特別涉及一種鋰離子電池正極材料及其制備方法。
技術介紹
鋰離子電池以其快速充放電、低溫性能好、比能量大、自放電率小、體積小、重量輕等優勢，自其誕生以來，便給儲能領域帶來了革命性的變化，被廣泛應用于各種便攜式電子設備和電動汽車中。然而隨著人們生活水平的提高，更高的用戶體驗對鋰離子電池提出了更高的要求：更長的待機時間、更加快速的充放電速度等；為了解決上述問題必須尋找新的性能更加優異的電極材料。目前商業化的鋰離子電池正極材料，基本均為半導體或絕緣體，材料顆粒本身的導電性能非常差，為了解決上述問題，現有技術主要有將材料顆粒納米化之后造球得到二次顆粒結構、一次顆粒造球過程中加入具有優良導電性能的導電材料等等，以提高正極材料整體顆粒的導電性能；同時采用包覆技術，對材料表面進行包覆，從而增加材料表面的導電性能。然而當包覆層過薄時，不能提供足夠的束縛力保持包覆層在電池制備過程中及時用過程中的結構穩定性，同時不能有效的降低材料的本征電阻，從而得到性能優良的鋰離子電池正極材料；當包覆層過厚時，容易阻礙離子在顆粒內外部的傳輸，從而影響鋰離子電池正極材料本身電化學性能發揮。有鑒于此，確有必要提出一種鋰離子電池正極材料及其制備方法，其能夠優化包覆層結構，使得其既能保持結構穩定性及降低材料電阻的功能，同時又不至于影響離子在鋰離子電池正極材料顆粒內外的傳輸，最終制備得到性能優良的鋰離子電池正極材料。
技術實現思路
本專利技術的目的在于：針對現有技術的不足，而提供的一種鋰離子電池正極材料，包括核結構和殼結構，所述殼結構厚度為h1，h1≤5μm；所述殼結構為多孔結構；所述孔隙為微納尺寸，均勻的分布于殼結構內，孔隙率為1％～20％；即所述殼結構厚度足夠厚，能夠保持結構穩定性及阻隔功能，而多孔結構又使得其具有優良的離子傳輸性能；因此制備得到的鋰離子電池正極材料具有優良的電化學性能。本專利技術具有普適性，適用于儲能研究領域的、所有需要進行表面包覆的電極材料，具體包括鋰離子正極材料、鋰離子負極材料(如石墨、硅碳、鈦酸鋰、合金負極等等)以及其他電池電容器材料(如鋰空氣電池、燃料電池、鈉離子電池、鋅離子電池等等)。為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：一種鋰離子電池正極材料，包括核結構和殼結構，所述殼結構厚度為h1，h1≤5μm，即殼結構厚度足夠厚，可以提供足夠大的束縛力；所述殼結構為多孔結構；所述孔隙為微納尺寸，均勻的分布于殼結構內，孔隙率為1％～20％，所述核結構中包含鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳、鎳鈷鋁、鎳酸鋰、鋰釩氧化物、富鋰正極材料中的至少一種。多孔結構保證了殼結構良好的離子傳輸性能，因此制備得到性能優良的鋰離子電池正極材料。作為本專利技術鋰離子電池正極材料的一種改進，所述殼結構厚度h1≤2μm，包覆層厚度太大，會降低整體顆粒中提供容量的核結構的體積，導致材料的容量低；所述孔隙率為2％～10％，孔隙率太大，降低電阻效果欠佳，且無法阻隔電解液滲透進入鋰離子電池正極核結構顆粒表層，發生副反應，影響材料性能的發揮。作為本專利技術鋰離子電池正極材料的一種改進，所述核結構為一次顆粒結構或二次顆粒結構(還可以為多次顆粒結構)；所述核結構中包含鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳、鎳鈷鋁、鎳酸鋰、鋰釩氧化物、富鋰正極材料中的至少一種。作為本專利技術鋰離子電池正極材料的一種改進，所述一次顆粒結構的粒徑D1，D1≥1μm；所述二次顆粒結構中包含納米一次顆粒結構，二次顆粒結構粒徑D2，D2≥1μm，納米一次顆粒結構粒徑d2，d2≤1μm；所述納米一次顆粒結構中包含鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳、鎳鈷鋁、鎳酸鋰、鋰釩氧化物、富鋰正極材料中的至少一種。作為本專利技術鋰離子電池正極材料的一種改進，所述殼結構為傳統殼結構層或/和單體原位聚合得到的聚合物碳化結構層。作為本專利技術鋰離子電池正極材料的一種改進，所述傳統殼結構層為傳統包覆層原料炭化得到；所述傳統包覆層原料為酚醛樹脂、密胺樹脂、過氯乙烯、瀝青、聚乙烯、硬脂酸、PVC、聚丙烯腈、天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、乙丙橡膠、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、納米氧化銅、納米氧化鎂、納米氧化鈦、納米氧化鋁、納米石墨、石墨片中的至少一種；所述單體包括丙烯酸酯類、甲基丙烯酸酯類、苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯腈、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二乙烯基苯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-丙烯酰嗎啉、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、正丙烯酸己酯、2-丙烯酸環己酯、丙烯酸十二酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、四甘醇二丙烯酸酯、二縮三丙二醇二丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、丙氧化季戊四醇丙烯酸酯、雙-三羥基丙烷四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、丙氧化甘油三丙烯酸酯、三(2-羥乙基)異氰脲酸三丙烯酸酯三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯中的至少一種。本專利技術還包括一種鋰離子電池正極材料的制備方法，主要包括如下步驟：步驟1，制備核結構待用；步驟2，配制包覆層漿料：將包覆層前驅體、造孔劑、溶劑混合均勻，得到包覆層漿料；步驟3，將步驟2得到的漿料包覆在步驟1的核結構表面，之后加熱碳化，同時去除造孔劑得到鋰離子電池正極材料。作為本專利技術鋰離子電池正極材料制備方法的一種改進，步驟2所述造孔劑本身為固體組分，可升華或分解成氣體組分。作為本專利技術鋰離子電池正極材料制備方法的一種改進，步驟1所述造孔劑為苯甲酸、草酸、奈丸、碳酸氫銨、碳酸銨、氯化銨、硝酸銨中的至少一種，可以是其他分解產生氣體的銨鹽。作為本專利技術鋰離子電池正極材料制備方法的一種改進，步驟1所述核結構為一次顆粒結構或二次顆粒結構，還可以為多次顆粒結構；所述核結構中包含鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳、鎳鈷鋁、鎳酸鋰、鋰釩氧化物、富鋰正極材料中的至少一種；步驟2所述包覆層前驅體包括傳統包覆層材料或/和聚合物單體。作為本專利技術鋰離子電池正極材料制備方法的一種改進，所述聚合物單體包括丙烯酸酯類、甲基丙烯酸酯類、苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯腈、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二乙烯基苯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-丙烯酰嗎啉、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、正丙烯酸己酯、2-丙烯酸環己酯、丙烯酸十二酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、四甘醇二丙烯酸酯、二縮三丙二醇二丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、丙氧化季戊四醇丙烯酸酯、雙-三羥基丙烷四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、丙氧化甘油三丙烯酸酯、三(2-羥乙基)異氰脲酸三丙烯酸酯三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋰離子電池正極材料，包括核結構和殼結構，其特征在于，所述殼結構的厚度為h1，h1≤5μm；所述殼結構為多孔結構；所述多孔結構的孔隙為微納尺寸，且所述多孔結構均勻的分布于所述殼結構內，孔隙率為1％～20％，所述核結構中包含鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳、鎳鈷鋁、鎳酸鋰、鋰釩氧化物、富鋰正極材料中的至少一種。

【技術特征摘要】
1.一種鋰離子電池正極材料，包括核結構和殼結構，其特征在于，所述殼結構的厚度為h1，h1≤5μm；所述殼結構為多孔結構；所述多孔結構的孔隙為微納尺寸，且所述多孔結構均勻的分布于所述殼結構內，孔隙率為1％～20％，所述核結構中包含鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳、鎳鈷鋁、鎳酸鋰、鋰釩氧化物、富鋰正極材料中的至少一種。2.一種權利要求1所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述殼結構的厚度h1≤2μm，孔隙率為2％～10％。3.一種權利要求1所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述核結構為一次顆粒結構或二次顆粒結構。4.一種權利要求3所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述一次顆粒結構的粒徑為D1，且D1≥1μm；所述二次顆粒結構中包含納米一次顆粒結構，二次顆粒結構的粒徑為D2，且D2≥1μm，所述納米一次顆粒結構的粒徑為d2，d2≤1μm；所述納米一次顆粒結構中包含鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳、鎳鈷鋁、鎳酸鋰、鋰釩氧化物、富鋰正極材料中的至少一種。5.一種權利要求1所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述殼結構為傳統殼結構層或/和單體原位聚合得到的聚合物碳化結構層。6.一種權利要求5所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述傳統殼結構層為傳統包覆層原料炭化得到；所述傳統包覆層原料為酚醛樹脂、密胺樹脂、過氯乙烯、瀝青、聚乙烯、硬脂酸、PVC、聚丙烯腈、天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、乙丙橡膠、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、納米氧化銅、納米氧化鎂、納米氧化鈦、納米氧化鋁、納米石墨、石墨片中的至少一種；所述單體包括丙烯酸酯類、甲基丙烯酸酯類、苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯腈、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二...

【專利技術屬性】
技術研發人員：毛方會，楊玉潔，
申請(專利權)人：廣東燭光新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東,44