CN105244508A - 一种锂离子电池高电压正极材料表面包覆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种锂离子电池高电压正极材料表面包覆方法，即在高电压正极材料的表面包覆一层耐高电压有机材料。其具体步骤为：采用原位溶液包覆法，将一定量的高电压正极材料粉末加入到含有耐高电压有机材料的溶液中，通过搅拌、蒸干后得到耐高电压有机材料包覆的高电压正极材料。该耐高电压有机材料包覆层不仅不影响锂离子的传输扩散，而且能够有效抑制高电压条件下高电压正极材料和电解液的直接接触副反应，从而显著地改善高电压正极材料循环性能。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池高电压正极材料表面包覆方法。
背景技术
当前社会对锂离子电池的能量密度和功率密度提出了更高的要求。开发新型高电压正极材料（截至工作电压大于4.4伏特vsLi+/Li），如钴酸锂、镍锰酸锂、磷酸钴锂、磷酸镍锂、硅酸亚铁锂、硅酸锰铁锂等，是提高锂离子电池能量密度和功率密度的一个重要技术发展方向。但传统的LiPF6基碳酸酯有机电解液在4.4V以上会在高电压正极材料表面发生氧化还原分解，高电压正极材料本体中的金属离子在电解液的作用下加速溶出，严重地制约了高电压正极材料电化学性能的发挥，并导致电池安全问题。通过对高电压正极材料的表面包覆，可以显著的提高高电压正极材料与电解液的兼容性，抑制金属离子的溶出，从而改善高电压锂离子电池的循环性能和安全性能。因此，锂离子电池高电压正极材料的表面包覆，尤其是碳材料和无机材料包覆备受关注（参见专利CN201410210431.0、CN201210078203.3、CN201210158605.4、201410699577.2等）。但是碳材料和无机材料包覆高电压正极材料流程繁杂且需经高温煅烧，成本高昂。有鉴于此，确有必要提供一种流程简单且低成本的锂离子电池高电压正极材料表面包覆方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池高电压正极材料表面包覆方法。
为实现上述目的本发明采用的技术方案为：
一种锂离子电池高电压正极材料表面包覆方法,其特征在于：将一定量的锂离子电池高电压正极材料粉末加入到含有耐高电压有机材料的溶液中，通过搅拌、蒸干后得到耐高电压有机材料包覆的高电压正极材料。
所述的耐高电压有机材料包括α-氰基丙烯酸酯、聚氰基丙烯酸异丁酯、聚碳酸亚丙酯、聚碳酸亚乙酯、聚丁烯琥珀酸酯、聚环氧环己烷碳酸酯、聚苯乙烯碳酸酯中的至少一种。
所述的锂离子电池高电压正极材料截至工作电压大于4.4伏特，包括钴酸锂、镍锰酸锂、磷酸钴锂、磷酸镍锂、硅酸亚铁锂、硅酸锰铁锂中至少一种。
耐高电压有机材料的包覆质量分数为1-50wt%。其中，优选地，耐高电压有机材料的包覆质量分数为1-15wt%。
本发明具有的优点为：
本发明经过原位溶液包覆法，在锂离子电池高电压正极材料表面成功包覆一层耐高电压有机材料，该耐高电压有机材料包覆层不仅不影响锂离子的传输扩散，而且能够有效地抑制高电压条件下高电压正极材料和电解液的直接接触副反应，抑制金属离子的溶出，从而显著地改善高电压正极材料循环性能。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
首先，将1克α-氰基丙烯酸酯溶解到9克丙酮中；而后，将7g镍锰酸锂正极材料加入到该溶液中，搅拌2小时，后80℃烘干溶剂，得到α-氰基丙烯酸酯包覆的镍锰酸锂正极材料。最后，在高电压锂离子电池中测试该正极材料的循环性能；
实施例2：
首先，将1克聚碳酸亚丙酯溶解到9克氮甲基吡咯烷酮中；而后，将7g镍锰酸锂正极材料加入到该溶液中，搅拌2小时，后80℃烘干溶剂，得到聚碳酸亚丙酯包覆的镍锰酸锂正极材料。最后，在高电压锂离子电池中测试该正极材料的循环性能；
实施例3：
首先，将1克聚碳酸亚乙酯溶解到9克氮氮二甲基乙酰胺中；而后，将7g镍锰酸锂正极材料加入到该溶液中，搅拌2小时，后80℃烘干溶剂，得到聚碳酸亚乙酯包覆的镍锰酸锂正极材料。最后，在高电压锂离子电池中测试该正极材料的循环性能；
实施例4：
首先，将1克α-氰基丙烯酸酯溶解到9克丙酮中；而后，将7g高电压钴酸锂正极材料加入到该溶液中，搅拌2小时，后80℃烘干溶剂，得到α-氰基丙烯酸酯包覆的高电压钴酸锂正极材料。最后，在高电压锂离子电池中测试该正极材料的循环性能；
实施例5：
首先，将1克聚碳酸亚丙酯溶解到9克氮甲基吡咯烷酮中；而后，将7g高电压钴酸锂正极材料加入到该溶液中，搅拌2小时，后80℃烘干溶剂，得到聚碳酸亚丙酯包覆的高电压钴酸锂正极材料。最后，在高电压锂离子电池中测试该正极材料的循环性能；
实施例6：
首先，将1克聚碳酸亚乙酯溶解到9克氮氮二甲基乙酰胺中；而后，将7g高电压钴酸锂正极材料加入到该溶液中，搅拌2小时，后80℃烘干溶剂，得到聚碳酸亚乙酯包覆的高电压钴酸锂正极材料。最后，在高电压锂离子电池中测试该正极材料的循环性能；
对比例1：
在高电压锂离子电池中测试不经特殊处理的镍锰酸锂正极材料的循环性能。
对比例2：
在高电压锂离子电池中测试不经特殊处理的高电压钴酸锂正极材料的循环性能。
实施例及对比例中高电压锂离子电池的制作及测试：
（1）正极极片：将高电压正极材料、粘结剂聚偏二氟乙烯、导电剂乙炔黑按照质量比85:5:15加入到氮甲基吡咯烷酮中，混合均匀得到正极浆料；而后涂布到铝箔集流体上，在120℃下烘干，辊压后用冲片机裁出直径为14毫米的圆片；
（2）负极极片：采用直径为16毫米的金属锂片；
（3）电解液：采用商业化的高电压电解液；
（4）隔膜：用冲片机裁出直径为16.5毫米的圆片；
（5）电池组装：在手套箱中，按负极壳-金属锂片-隔膜圆片-正极圆片-不锈钢片-弹簧片-正极壳顺序组装扣式高电压锂离子电池，并加入高电压电解液，最后封装得到测试电池；
（6）电池测试：在室温下，且在0.5C的倍率条件下，测试实施例及及对比例中高电压正极材料的循环性能，从表1测试结果中可以看出实施例中高电压正极材料在高电压锂离子电池中的循环性能优于对比实施例中的未经处理的材料。
表1：
最后需要说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术研究人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换改进；而凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种锂离子电池高电压正极材料表面包覆方法，其特征在于：将一定量的锂离子电池高电压正极材料粉末加入到含有耐高电压有机材料的溶液中，通过搅拌、蒸干后得到耐高电压有机材料包覆的高电压正极材料。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池高电压正极材料表面包覆方法，其特征在于：所述的耐高电压有机材料包括α-氰基丙烯酸酯、聚氰基丙烯酸异丁酯、聚碳酸亚丙酯、聚碳酸亚乙酯、聚丁烯琥珀酸酯、聚环氧环己烷碳酸酯、聚苯乙烯碳酸酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池高电压正极材料表面包覆方法，其特征在于：所述的锂离子电池高电压正极材料截至工作电压大于4.4伏特，包括钴酸锂、镍锰酸锂、磷酸钴锂、磷酸镍锂、硅酸亚铁锂、硅酸锰铁锂中至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池高电压正极材料表面包覆方法，其特征在于：耐高电压有机材料的包覆质量分数为1-50wt%。
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