CN105591097A - 一种高安全性锂离子电池正极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高安全性锂离子电池正极材料的制备方法，该正极材料呈现核壳结构，内核为LiCoxMnyNi1-x-yO2，0<x<0.5，0<y<0.5三元材料，其特征在于：包括以下步骤：1）、首先称取功能性物质80~90份、粘结剂1~10份、导电剂Ⅰ1~10份、导电剂Ⅱ1~10份，添加到100份NMP溶剂中，在高速搅拌机中搅拌，得到复合浆料A；2）、称取30份复合浆料A添加到100份三元材料中并在包覆机中进行包覆，并经过干燥得到复合材料B即为高安全性锂离子电池正极材料。本发明，具有安全性能优良的特性，尤其适用于大容量高倍率锂离子电池。

Description

一种高安全性锂离子电池正极材料的制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池制备领域，具体的说是一种高安全性锂离子正极材料的制备方法。
背景技术
锂离子二次电池作为一种新型高能二次电源，以其能量密度高、循环寿命长、环境友好型等优点而受到人们的青睐，而锂离子电池安全性能是决定电池能否推广应用的关键所在。目前提高锂离子电池安全性能的主要方法有：选用安全性的锂离子正负极改性材料、使用陶瓷隔膜、使用功能性电解液及其优化电池结构设计。而国内大多从选用陶瓷隔膜、选用功能性电解液及其优化结构设计以提高锂离子电池的安全性能，比如专利（CN201210585824.0）公开了一种锂离子安全涂层及其制备方法，提高锂离子电池的安全性能；专利（CN201510016823.8）公开了一种高安全阻燃锂离子电池电解液,以提高锂离子的循环性能和安全性能；专利（CN201310481960.X）公开了一种高安全性锂离子电池用陶瓷隔膜的制作方法，可以保持隔膜的强度和尺寸稳定，而且陶瓷是热的不良导体，电池某一点短路时，热量不会扩散至整个电池，不会造成起火爆炸，提高锂离子电池的安全性能，但是上述方法只是从外部提高锂离子电池的安全性能，而未从材料本身方面入手根本上解决锂离子电池的安全性能。因此开发出一种安全性的锂离子正极材料显得非常必要，不但可以从根本上解决锂离子电池由于材料在充放电过程中产生的热失控造成的热量无法及时排除等问题造成的安全隐患，而且可以降低锂离子电池的成本及其提高其电池一致性。
发明内容
本发明正是基于目前只从外部方面提高锂离子电池安全性能存在的不足，提供一种通过对锂离子正极材料进行改性，可以从根本上提高锂离子电池的安全性能，又可以提高锂离子的循环性能。
本发明的技术方案是通过以下方式实现的：一种高安全性锂离子电池正极材料的制备方法，该正极材料呈现核壳结构，内核为LiCoxMnyNi1-x-yO2，0<x<0.5，0<y<0.5三元材料，外壳为安全性复合涂层，内核与外壳的质量比为：100：（20~50）；安全性复合涂层是由功能性物质、粘结剂、导电剂Ⅰ、导电剂Ⅱ组成，功能性物质：粘结剂：导电剂Ⅰ：导电剂Ⅱ为80~90：1~10：1~10：0.1~1；其特征在于：包括以下步骤：
1）、首先称取功能性物质80~90份、粘结剂1~10份、导电剂Ⅰ1~10份、导电剂Ⅱ1~10份，添加到100份NMP溶剂中，在高速搅拌机中搅拌，得到复合浆料A；
所述的功能性物质为含磷化合物或含氮化合物中的一种；其中含磷化合物为：聚磷酸铵，季戊四醇三聚氰、胺磷酸酯及其衍生物、多聚磷酸铵及其衍生物；含氮化合物为，聚二甲基硅氧烷及其衍生物和三聚氰胺焦磷酸盐及其衍生物中的一种或多种。
所述的导电剂1为SP、碳纳米管、石墨烯、炭黑的一种。
所述的导电剂2为偏铝酸锂，其粒径为0.5~5μm，气孔率为5~20%。
所述的粘结剂为：磷酸1～13份、乙醇2～4份、聚偏氟乙烯20～45份、N-甲基吡咯烷酮（NMP）6～18份、酚醛树脂5～9份、氨基树脂2～3份、聚丙烯酸脂6～11份、羧甲基纤维素钠1～4份、聚丙烯酸酯类三元共聚物乳胶10～30份、聚酰亚胺3～17份。
2）、称取30份复合浆料A添加到100份三元材料中并在包覆机中进行包覆，并经过干燥得到复合材料B即为高安全性锂离子电池正极材料。
本发明的有益效果：采用外层为安全性复合物材料的核壳结构的正极材料，可以将锂离子电池充放电过程中产生的热量通过外层传导出去防止出现局部热量，降低其材料的局部热失控，同时功能性物质在锂离子电池温度升高时，可以快速吸收电池的多余热量，作为反应熵，自发地响应化学反应，在材料表面生成保护层，一方面可以有效抑制电池的温度的继续升高，减少材料的局部温度过高，另一方面可以钝化电池活性层，从根源上控制电池的安全隐患，保障电池的安全性。采用偏铝酸锂导电性物质，可以利用了锂离子电池在充放电过程中LiAlO2离子导电性的特性，提高了锂离子电池的传导速率，降低了锂离子电池析锂产生的枝晶刺破隔膜的机率，同时又利用了导电剂碳纳米管的电子导电性特性，提高了高安全性锂离子电池正极材料的导电性。即本发明提供的安全性物质层利用了LiAlO2在锂离子电池充放电过程中的离子导电性，又利用了碳纳米管的电子导电性，从而对提高锂离子电池的传输速率和电子的传导起到了积极作用，同时降低了析锂产生的危险，因此，本发明提供的高安全性锂离子电池正极材料具有安全性能优良的特性，尤其适用于大容量高倍率锂离子电池。
附图说明
图1是实施例1制备出的正极材料的SEM图片。
具体实施方式
实施例1：
一种高安全性锂离子电池正极材料的制备方法，该正极材料呈现核壳结构，内核为三元材料（LiCo5Mn3Ni2O2），外壳为安全性复合涂层，以重量百分比计，包括以下步骤：
1、首先称取85g聚磷酸铵、8g粘结剂（其中磷酸占0.8g、乙醇占0.24g、聚偏氟乙烯2.0%、N-甲基吡咯烷酮（NMP）0.8g、酚醛树脂0.48g、氨基树脂0.16g、聚丙烯酸脂0.48g、羧甲基纤维素钠0.24g、聚丙烯酸酯类三元共聚物乳胶2.0g、聚酰亚胺0.8g）、5g导电剂SP、0.5g偏铝酸锂（粒径为2μm,气孔率为10%）,之后添加到100gNMP溶剂中在高速搅拌机中搅拌，得到复合浆料A；
2、之后称取30g复合浆料A添加到100g三元材料中并在包覆机中进行包覆，并经过干燥最后得到复合材料B即为高安全性锂离子电池正极材料。
实施例2：
一种高安全性锂离子电池正极材料的制备方法，首先称取80g聚磷酸铵、1g粘结剂（其中磷酸0.01g、乙醇0.02g、聚偏氟乙烯0.4g、N-甲基吡咯烷酮（NMP）0.16g、酚醛树脂0.06g、氨基树脂0.02g、聚丙烯酸脂0.1g、羧甲基纤维素钠0.03g、聚丙烯酸酯类三元共聚物乳胶0.1g、聚酰亚胺0.1g）、1g导电剂碳纳米管、0.1g偏铝酸锂（粒径为0.5μm,气孔率为20%）,之后添加到100gNMP溶剂中在高速搅拌机中搅拌，得到复合浆料A；之后称取20g复合浆料A添加到100g三元材料中并在包覆机中进行包覆最后得到复合材料，并经过干燥得到复合材料B。
实施例3：
首先称取90g聚磷酸铵、10g粘结剂（其中磷酸1.3g、乙醇0.4g、聚偏氟乙烯2g、N-甲基吡咯烷酮（NMP）0.8g、酚醛树脂0.5g、氨基树脂0.3g、聚丙烯酸脂1g、羧甲基纤维素钠0.2g、聚丙烯酸酯类三元共聚物乳胶2g、聚酰亚胺1.5g）、10g导电剂石墨烯、1g偏铝酸锂（粒径为5μm,气孔率为50%）,之后添加到100gNMP溶剂中在高速搅拌机中搅拌，得到复合浆料A；之后称取50g复合浆料A添加到100g三元材料中并在包覆机中进行包覆最后得到复合材料，并经过干燥得到复合材料B。

Claims (5)

1.一种高安全性锂离子电池正极材料的制备方法，该正极材料呈现核壳结构，内核为LiCoxMnyNi1-x-yO2，0<x<0.5，0<y<0.5三元材料，外壳为安全性复合涂层，内核与外壳的质量比为：100：（20~50）；安全性复合涂层是由功能性物质、粘结剂、导电剂Ⅰ、导电剂Ⅱ组成，功能性物质：粘结剂：导电剂Ⅰ：导电剂Ⅱ为80~90：1~10：1~10：0.1~1；其特征在于：包括以下步骤：
1）、首先称取功能性物质80~90份、粘结剂1~10份、导电剂Ⅰ1~10份、导电剂Ⅱ1~10份，添加到100份NMP溶剂中，在高速搅拌机中搅拌，得到复合浆料A；
2）、称取30份复合浆料A添加到100份三元材料中并在包覆机中进行包覆，并经过干燥得到复合材料B即为高安全性锂离子电池正极材料。
2.根据权利要求1所述的一种高安全性锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤1）中的功能性物质为含磷化合物或含氮化合物中的一种；其中含磷化合物为：聚磷酸铵，季戊四醇三聚氰、胺磷酸酯及其衍生物、多聚磷酸铵及其衍生物；含氮化合物为聚二甲基硅氧烷及其衍生物和三聚氰胺焦磷酸盐及其衍生物中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种高安全性锂离子电池正极材料及其制备方法，其特征在于：所述的步骤1）中的导电剂Ⅰ为SP、碳纳米管、石墨烯、炭黑中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种高安全性锂离子电池正极材料及其制备方法，其特征在于，所述的步骤1）中的导电剂Ⅱ为偏铝酸锂，其粒径为0.5~5μm，气孔率为5~20%。
5.根据权利要求1所述的一种高安全性锂离子电池正极材料及其制备方法，其特征在于，所述的步骤1）中粘结剂为：磷酸1～13份、乙醇2～4份、聚偏氟乙烯20～45份、N-甲基吡咯烷酮（NMP）6～18份、酚醛树脂5～9份、氨基树脂2～3份、聚丙烯酸脂6～11份、羧甲基纤维素钠1～4份、聚丙烯酸酯类三元共聚物乳胶10～30份、聚酰亚胺3～17份。
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