CN116072868A - 一种锂电池电极用易分散氧化铝及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池材料以及纳米粉体加工技术领域，具体涉及一种锂电池电极用易分散氧化铝及其制备方法和应用。本发明提供的易分散氧化铝的结构为以纳米氧化铝为内核、以交联聚合物层为外壳的核壳结构，纳米氧化铝与交联聚合物层之间以化学键连接。纳米氧化铝和交联聚合物层之间通过纳米氧化铝和活化剂之间的化学键相连，该化学键增强了交联聚合物和氧化铝的结合力，不仅利用交联聚合物层而显著提升了纳米氧化铝的分散性，有效避免团聚情况发生；且使其在后续修饰正极材料的过程中，由于交联层的存在，能够保证氧化铝颗粒在正极材料上均匀分布，从而有效提升电池性能。

Description

一种锂电池电极用易分散氧化铝及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于锂离子电池材料以及纳米粉体加工技术领域，具体涉及一种锂电池电极用易分散氧化铝及其制备方法和应用。
背景技术
锂离子电池目前在电动汽车、医疗设备、航空航天、便携式电子设备及储能等领域等皆有着广泛的应用。为进一步拓展其使用场景，对锂离子电池使用寿命、电导率、高低温性能及正极材料的比容量的提升至关重要。
锂离子电池主要由正极、负极、电解液及电池隔膜等组成，在长期的循环和使用过程中，正极材料会产生高电荷转移阻抗，导致电池中的阻抗增长，并在高放电速率下丧失容量。此外，电解质溶液的逐步分解也发生在正极，其速率与电池温度和工作电压的极限相关。
在正极材料中共混纳米无机添加剂或在其表面添加无机涂层，如纳米Al2O3、AlPO4或TiO2等，是抑制上述现象发生的有效方法。
然而，目前用于锂离子电池的共混材料存在易团聚的现象，使其难以均匀分散在正极材料表面，故对锂电池性能的提升仍不理想。
随着锂电池技术的不断成熟和发展，开发具有易分散性的纳米无机添加剂显得尤为迫切。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供一种锂电池电极用易分散氧化铝及其制备方法和应用。本发明提供的易分散氧化铝具有优异且稳定的分散性，能够用于修饰锂离子电极正极材料，提升电池性能。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下技术方案：
本发明第一方面提供了一种锂电池电极用易分散氧化铝，其结构为以纳米氧化铝为内核、以交联聚合物层为外壳的核壳结构，所述纳米氧化铝与所述交联聚合物层之间以化学键连接。
交联聚合物层通过化学键与纳米氧化铝连接，能够在纳米氧化铝表面形成牢固而均匀的包覆，一方面，该交联聚合物层能够提升纳米氧化铝的分散性，克服现有技术中纳米氧化铝易团聚的缺陷，另一方面，化学键的结合力强，使所得易分散氧化铝在后续制备正极材料的过程中依然保持其核壳结构，从而使其分散性保持优异且稳定。
结合第一方面，所述纳米氧化铝的质量为所述易分散氧化铝的70％～99％。
结合第一方面，所述纳米氧化铝为无规则立方体、片状或球状。
结合第一方面，所述纳米氧化铝的粒径为：D10≥30nm、100nm≤D50≤300nm、D90≤900nm。
结合第一方面，所述纳米氧化铝的物相结构为α-氧化铝或γ-氧化铝，或二者的混合相。
结合第一方面，所述交联聚合物层的厚度为10～30nm。
本发明第二方面提供上述锂电池电极用易分散氧化铝的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、将纳米氧化铝制成氧化铝浆料；
S2、向所述氧化铝浆料加入活化剂，充分混合后干燥；
S3、向S2所得产物中加入修饰剂充分混合，干燥，得到所述易分散氧化铝粉末。
本发明的制备方法首先将氧化铝浆料与活化剂混合，使纳米氧化铝和活化剂之间通过化学键相连，并使纳米氧化铝表面包裹一层活化剂；再加入修饰剂，修饰剂与活化剂反应生成共价键，进而在纳米氧化铝表面形成一层交联聚合物层，该交联聚合物层通过纳米氧化铝和活化剂之间的化学键与纳米氧化铝连接，以交联网状形式包裹纳米氧化铝粒子，而非物理共混、黏附的作用，从而显著提升了交联聚合物在纳米氧化铝表面包覆的牢固性和均匀性，最终形成具有核壳结构的氧化铝颗粒，即本发明的锂电池电极用易分散氧化铝。纳米氧化铝和交联聚合物层之间化学键增强了交联聚合物和纳米氧化铝的结合力，不仅利用交联聚合物而显著提升了纳米氧化铝的分散性，且使该分散性在后续修饰锂离子电池正极材料的过程中依然保持优异且稳定。
此外，活化剂的使用使得修饰剂的选择具有多样性，工艺操作更为灵活，更有利于实际生产。
结合第二方面，将纳米氧化铝制成氧化铝浆料的方法可采用取氧化铝与分散剂混合后研磨至氧化铝的粒径为：D10≥30nm、100nm≤D50≤300nm、D90≤900nm，进而得到氧化铝浆料。
结合第二方面，所述活化剂选自聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、对苯二胺、间苯二胺和哌嗪中的至少一种。对苯二胺、间苯二胺和哌嗪均含有两个氨基，其中一个氨基能够和纳米氧化铝表面的羟基产生氢键作用，增强活化剂在纳米氧化铝表面的结合力，另一个氨基则提供活性位点与修饰剂反应。聚乙烯亚胺含有多个氨基，一部分氨基与纳米氧化铝表面的羟基通过氢键结合，另一部分氨基与修饰剂反应。聚乙烯醇的羟基同样能够与纳米氧化铝表面的羟基通过氢键结合，未结合的羟基与修饰剂反应。氢键作用力稳定，使得活化剂能够通过先在溶液状态下与纳米氧化铝结合后再烘干的方式而形成能够稳定地覆在纳米氧化铝表面的活化剂层，为后续与修饰剂反应并形成交联聚合物层奠定基础。
结合第二方面，所述干燥方式可以是真空干燥、鼓风干燥、冷冻干燥及喷雾干燥等方法。
结合第二方面，所述修饰剂包括一种或多种结构式为“X-R-Y”的化合物，其中，R选自取代或未取代的C1～15烷基或烷氧基，取代或未取代的苯环，或取代或未取代的C2～15烯氧基；X和Y分别为能够与活化剂反应的官能团。该修饰剂既能够与活化剂反应，又能够互相交联，从而能够形成包裹纳米氧化铝的交联聚合物层。
可选地，R上的部分氢原子被卤素取代，如氯、溴等。
可选地，X和Y分别独立地选自氨基、羧酸、环氧基、酰氯或硅烷氧基。
可选地，当所述修饰剂为固体时，所述修饰剂中还包括水、烷烃、苯或醇类物质。
可选地，所述活化剂为间苯二胺、对苯二胺或聚乙烯亚胺，所述修饰剂为富马酰氯、对苯二甲酰氯或均苯三甲酰氯的烷烃类溶液；或所述活化剂为聚乙烯醇，所述修饰剂为环氧丙醇或其溶液或聚丙烯酸的水溶液；或所述活化剂为聚乙烯亚胺，所述修饰剂为聚丙烯酸的水溶液。
优选地，所述活化剂为聚乙烯亚胺，所述修饰剂为聚丙烯酸的水溶液。在此条件下，用所得易分散氧化铝修饰的锂离子电池正极材料制得的电池具有更高的比容量和寿命及循环稳定性。
结合第二方面，S2中充分混合的时间为30～60min。
结合第二方面，S3中充分混合的时间为30～60min。
本发明第三方面提供上述锂电池电极用易分散氧化铝在对锂离子电池正极材料包覆改性中的应用。采用本发明所提供的易分散氧化铝对锂电池正极进行包覆改性修饰，可有效提升锂离子电池的性能，如使用寿命及循环次数等。
附图说明
图1为本发明锂电池电极用易分散氧化铝的结构示意图；
图2为本发明实施例1所得氧化铝的SEM照片；
图3为本发明对比例2所得氧化铝的SEM照片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，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于解释本发明，并不用于限定本发明。
锂离子电池的正极材料在长期的循环和使用过程中会产生高电荷转移阻抗，导致电池中的阻抗增长，并在高放电速率下丧失容量；锂离子电池正极还会受电池温度和工作电压的极限的影响而发生电解质溶液的逐步分解。在正极材料中共混纳米无机添加剂或在其表面添加无机涂层可抑制上述现象，但纳米无机添加剂易团聚，难以均匀分散在正极材料表面，故对锂电池性能的提升仍不理想。
为了解决这一问题，本发明对纳米氧化铝进行了改进，提供了一种锂电池电极用易分散氧化铝，其结构为以纳米氧化铝为内核、以聚合物为外壳的核壳结构，所述纳米氧化铝与所述聚合物之间以化学键连接。其结构示意图如图1所示(A为纳米氧化铝内核，C为聚合物网格状外壳，B为连接A和C的位点)，
作为本发明的具体实施例，纳米氧化铝的质量为所述易分散氧化铝的70％～99％。
作为本发明的具体实施例，纳米氧化铝为无规则立方体、片状或球状。
作为本发明的具体实施例，纳米氧化铝的粒径为：D10≥30nm、100nm≤D50≤300nm、D90≤900nm。
作为本发明的具体实施例，纳米氧化铝的物相结构为α-氧化铝或γ-氧化铝，或二者的混合相。
作为本发明的具体实施例，交联聚合物层的厚度为10～30nm。
为了得到上述结构的易分散氧化铝，本发明还提供了其制备方法，具体包括以下步骤：
S1、将纳米氧化铝制成氧化铝浆料；
S2、向所述氧化铝浆料加入活化剂，充分混合后干燥；
S3、向S2所得产物中加入修饰剂充分混合，干燥，得到所述易分散氧化铝粉末。
为了确保活化剂与纳米氧化铝之间形成化学键，作为本发明的具体实施例，活化剂可以选自聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、对苯二胺、间苯二胺和哌嗪中的至少一种。
作为本发明的具体实施例，将纳米氧化铝制成氧化铝浆料的方法可采用取氧化铝与分散剂混合后研磨至氧化铝的粒径为：D10≥30nm、100nm≤D50≤300nm、D90≤900nm，进而得到氧化铝浆料。
作为本发明的进一步具体实施例，修饰剂包括一种或多种结构式为“X-R-Y”的化合物，其中，R选自取代或未取代的C1～15烷基或烷氧基，取代或未取代的苯环，或取代或未取代的C2～15烯氧基；X和Y分别为能够与活化剂反应的官能团，以确保修饰剂既能够与活化剂反应，又能够互相交联，从而能够形成包裹纳米氧化铝的交联聚合物层。
示例性地，R上的部分氢原子被卤素取代，如氯、溴等。
示例性地，X和Y分别独立地选自氨基、羧酸、环氧基、酰氯或硅烷氧基。
作为本发明的进一步具体实施例，修饰剂中还包括水、烷烃、苯或醇类物质，以提供反应介质，使修饰剂能够与S2所得产物充分接触、反应，并形成交联聚合物层。
为了确保活化剂与纳米氧化铝的充分接触、反应，确保修饰剂与S2所得产物的充分接触、反应，本发明实施例中，S2和S3中充分混合的时间为30～60min。
下面分多个实施例对本发明实施例进行进一步的说明。
实施例1
本实施例提供了一种锂电池电极用易分散氧化铝，其制备方法为：
(1)研磨：在1000kg水中，加入300kg原料球状α-氧化铝，在球磨机中研磨，使原料粒径D10为84nm；D50为160nm；D90为200nm；
(2)活化：向上一步所得物料中加入3kg的间苯二胺，混合45min后经60℃喷雾干燥，得活化氧化铝粉体；
(3)取步骤(2)中干燥后的活化氧化铝粉体300kg与300kg含有0.2％wt富马酰氯的正己烷溶液充分混合45min，以实现修饰过程，最后将物料进行60℃喷雾干燥，即可获得本实施例的易分散氧化铝粉末。
实施例2
本实施例提供了一种锂电池电极用易分散氧化铝，其制备方法为：
(1)研磨：在1000kg水中，加入300kg原料片状α-氧化铝，在球磨机中研磨，使原料粒径D10为80nm；D50为210nm；D90为420nm；
(2)活化：向上一步所得物料中加入3kg的聚乙烯亚胺，混合45min后经60℃喷雾干燥，得活化氧化铝粉体；
(3)取步骤(2)中干燥后的活化氧化铝粉体300kg与200kg含有0.1％wt对苯二甲酰氯的正己烷溶液充分混合45min，以实现修饰过程，最后将物料进行60℃喷雾干燥，即可获得本实施例的易分散氧化铝粉末，其SEM照片如图2所示。
实施例3
本实施例提供了一种锂电池电极用易分散氧化铝，其制备方法为：
(1)研磨：在1000kg水中，加入500kg原料球状α-氧化铝，在球磨机中研磨，使原料粒径D10为46nm；D50为160nm；D90为200nm；
(2)活化：向上一步所得物料中加入2kg的聚乙烯醇，混合30min后经60℃喷雾干燥，得活化氧化铝粉体；
(3)取步骤(2)中干燥后的活化氧化铝粉体500kg与100kg含有10％wt环氧丙醇的苯溶液充分混合30min，以实现修饰过程，最后将物料置于80℃鼓风烘箱干燥，即可获得本实施例的易分散氧化铝粉末。
实施例4
本实施例提供了一种锂电池电极用易分散氧化铝，其制备方法为：
(1)研磨：在1000kg水中，加入600kg原料球状α-氧化铝，在球磨机中研磨，使原料粒径D10为30nm；D50为107nm；D90为202nm；
(2)活化：向上一步所得物料中加入2kg的聚乙烯亚胺，混合30min后经60℃喷雾干燥，得活化氧化铝粉体；
(3)取步骤(2)中干燥后的活化氧化铝粉体500kg与300kg含有2％wt聚丙烯酸的水溶液充分混合30min，以实现修饰过程，最后将物料置于80℃鼓风烘箱中干燥，即可获得本实施例的易分散氧化铝粉末。
实施例5
本实施例提供了一种锂电池电极用易分散氧化铝，其制备方法为：
(1)研磨：在1000kg水中，加入400kg原料无规则立方体γ-氧化铝，在球磨机中研磨，使原料粒径D10为66nm；D50为122nm；D90为365nm；
(2)活化：向上一步所得物料中加入2kg的对苯二胺，混合30min后经冷冻干燥，得活化氧化铝粉体；
(3)取步骤(2)中干燥后的活化氧化铝粉体400kg与300kg含有0.3％wt富马酰氯的正己烷溶液充分混合30min，以实现修饰过程，最后将物料置于冷冻干燥箱中干燥，即可获得本实施例的易分散氧化铝粉末。
实施例6
本实施例提供了一种锂电池电极用易分散氧化铝，其制备方法为：
(1)研磨：在1000kg水中，加入500kg原料无规则立方体γ-氧化铝，在球磨机中研磨，使原料粒径D10为83nm；D50为151nm；D90为478nm；
(2)活化：向上一步所得物料中加入1kg的对苯二胺和1kg的聚乙烯亚胺，混合45min后经冷冻干燥，得活化氧化铝粉体；
(3)取步骤(2)中干燥后的活化氧化铝粉体500kg与100kg含有0.2％wt富马酰氯的正己烷溶液和100kg含有0.1％wt均苯三甲酰氯的正己烷溶液充分混合45min，以实现修饰过程，最后将物料置于80℃鼓风烘箱中干燥，即可获得本实施例的易分散氧化铝粉末。
实施例7
本实施例提供了一种锂电池电极用易分散氧化铝，其制备方法为：
(1)研磨：在1000kg水中，加入300kg原料球状α-氧化铝和300kg原料γ-氧化铝，在球磨机中研磨，使原料粒径D10为95nm；D50为218nm；D90为563nm；
(2)活化：向上一步所得物料中加入1.5kg的哌嗪，混合60min后经80℃鼓风干燥，得活化氧化铝粉体；
(3)取步骤(2)中干燥后的活化氧化铝粉体300kg与80kg含有0.2％wt均苯三甲酰氯的异构烷烃溶液充分混合60min，以实现修饰过程，最后将物料置于80℃鼓风烘箱中干燥，即可获得本实施例的易分散氧化铝粉末。
实施例8
本实施例提供了一种锂电池电极用易分散氧化铝，其制备方法为：
(1)研磨：在1000kg水中，加入600kg原料球状γ-氧化铝，在球磨机中研磨，使原料粒径D10为60nm；D50为158nm；D90为477nm；
(2)活化：向上一步所得物料中加入1kg的聚乙烯亚胺和0.5kg的哌嗪，混合40min后经80℃鼓风干燥，得活化氧化铝粉体；
(3)取步骤(2)中干燥后的活化氧化铝粉体600kg与80kg含有0.2％wt均苯三甲酰氯的异构烷烃溶液和30kg的含有0.3％对苯二甲酰氯的异构烷烃溶液充分混合40min，以实现修饰过程，最后将物料置于80℃鼓风烘箱中干燥，即可获得本实施例的易分散氧化铝粉末。
实施例9
本实施例提供了一种锂电池电极用易分散氧化铝，其制备方法为：
(1)研磨：在1000kg水中，加入400kg原料球状γ-氧化铝，在球磨机中研磨，使原料粒径D10为50nm；D50为232nm；D90为555nm；
(2)活化：向上一步所得物料中加入2kg的聚乙烯醇，混合40min后经40℃真空干燥，得活化氧化铝粉体；
(3)取步骤(2)中干燥后的活化氧化铝粉体400kg与100kg含有10％wt环氧丙醇的二氧六环溶液充分混合40min，以实现修饰过程，最后将物料置于40℃真空干燥箱中干燥，即可获得本实施例的易分散氧化铝粉末。
实施例10
本实施例提供了一种锂电池电极用易分散氧化铝，其制备方法为：
(1)研磨：在1000kg水中，加入600kg原料片状γ-氧化铝，在球磨机中研磨，使原料粒径D10为122nm；D50为239nm；D90为652nm；
(2)活化：向上一步所得物料中加入3kg的聚乙烯亚胺，混合50min后经40℃真空干燥，得活化氧化铝粉体；
(3)取步骤(2)中干燥后的活化氧化铝粉体600kg与200kg含有0.1％wt对苯二甲酰氯的混合烷烃(Isopar G)溶液充分混合50min，以实现修饰过程，最后将物料置于40℃真空干燥箱中干燥，即可获得本实施例的易分散氧化铝粉末。
实施例11
本实施例提供了一种锂电池电极用易分散氧化铝在对锂离子电池正极材料包覆改性中的应用。
采用实施例1制备得到的易分散氧化铝对锂离子电池正极材料NCM811进行包覆改性，试验步骤如下：
(1)称取锂离子电池正极材料NCM811和质量比为1％的实施例1制备得到的易分散氧化铝粉末，置于高速混料机中混合均匀；
(2)将上述混合后物料置于高温反应炉进行焙烧，焙烧温度为400℃，烧结时间12小时。
实施例12
本实施例提供了一种锂电池电极用易分散氧化铝在对锂离子电池正极材料包覆改性中的应用。
采用实施例2制备得到的易分散氧化铝对锂离子电池正极材料NCM811进行包覆改性，试验步骤如下：
(1)称取锂离子电池正极材料NCM811和质量比为0.5％的实施例2制备得到的易分散氧化铝粉末，置于高速混料机中混合均匀；
(2)将上述混合后物料置于高温反应炉进行焙烧，焙烧温度为400℃，烧结时间12小时。
实施例13
本实施例提供了一种锂电池电极用易分散氧化铝在对锂离子电池正极材料包覆改性中的应用。
采用实施例3制备得到的易分散氧化铝对锂离子电池正极材料NCM811进行包覆改性，试验步骤如下：
(1)称取锂离子电池正极材料NCM811和质量比为0.5％的实施例3制备得到的易分散氧化铝粉末，置于高速混料机中混合均匀；
(2)将上述混合后物料置于高温反应炉进行焙烧，焙烧温度为400℃，烧结时间12小时。
实施例14
本实施例提供了一种锂电池电极用易分散氧化铝在对锂离子电池正极材料包覆改性中的应用。
采用实施例4制备得到的易分散氧化铝对锂离子电池正极材料NCM811进行包覆改性，试验步骤如下：
(1)称取锂离子电池正极材料NCM811和质量比为0.8％的实施例4制备得到的易分散氧化铝粉末，置于高速混料机中混合均匀；
(2)将上述混合后物料置于高温反应炉进行焙烧，焙烧温度为400℃，烧结时间12小时。
对比例1
本对比例提供了一种锂电池电极用氧化铝及其在制备锂离子电池中的应用。该氧化铝的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于活化后再次研磨。具体操作为：
(1)研磨：在1000kg水中，加入300kg原料α-氧化铝，在球磨机中研磨，使原料粒径D10为80nm；D60为371nm；D90为510nm；
(2)活化：向上一步所得物料中加入3kg的间苯二胺，混合45min后经60℃喷雾干燥，再次研磨，使原料粒径D10为34nm；D50为101nm；D90为208nm；得活化氧化铝粉体；
(3)取步骤(2)中干燥后的活化氧化铝粉体300kg与300kg含有0.2％富马酰氯的正己烷溶液充分混合45min，以实现修饰过程，最后将物料进行60℃喷雾干燥，即可获得本对比例的氧化铝粉末。
采用上述方法制备的氧化铝粉末对锂离子电池正极材料NCM811进行包覆改性，试验步骤如下：
(1)称取锂离子电池正极材料NCM811和质量比为0.8％的上述易分散氧化铝粉末，置于高速混料机中混合均匀；
(2)将上述混合后物料置于高温反应炉进行焙烧，焙烧温度为400℃，烧结时间12小时。
对比例2
本对比例提供了一种锂电池电极用氧化铝及其在制备锂离子电池中的应用。该氧化铝的制备方法为：
(1)研磨：在1000kg水中，加入500kg原料α-氧化铝。将原料在球磨机中研磨至粒径D10为38nm；D50为103nm；D90为207nm；
(2)干燥：将物料进行喷雾干燥，获得氧化铝粉末，其SEM照片如图3所示。
采用上述方法制备的氧化铝粉末对锂离子电池正极材料NCM811进行包覆改性，试验步骤如下：
(1)称取锂离子电池正极材料NCM811和质量比为0.8％的上述易分散氧化铝粉末，置于高速混料机中混合均匀；
(2)将上述混合后物料置于高温反应炉进行焙烧，焙烧温度为400℃，烧结时间12小时。
实验例
将实施例11～14和对比例1、2所制的经包覆改性的锂离子电池正极材料NCM811分别制成扣式电池并进行对比，其二者在第50周的可逆比容量及容量保持率如表1所示(测试条件为LR 2032，45℃，1C 3.0～4.25V，vs.Li+/Li，使用的充放电设备为兰电充放电仪)：
表1循环性能对比表
Figure BDA0004019520860000131
由以上数据看出，采用本发明的易分散氧化铝对电极正极修饰后所得电池的容量保持率普遍优于用未经改性的氧化铝对电极进行修饰所得的电池。这主要是由于，经本发明处理后，纳米氧化铝粉末的分散性得到了明显的改善，这使得纳米氧化铝粉末更容易均匀分散于电极材料表面，避免了纳米氧化铝粉末在电极材料表面发生团聚现象。本发明的易分散氧化铝粉末在电极材料表面均匀地分布，一方面能够增强电极在使用过程的稳定性，另一方面，减轻了因氧化铝团聚而造成电池内阻增大及易剥落的现象。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂电池电极用易分散氧化铝，其特征在于，其结构为以纳米氧化铝为内核、以交联聚合物层为外壳的核壳结构，所述纳米氧化铝与所述交联聚合物层之间以化学键连接。
2.根据权利要求1所述的锂电池电极用易分散氧化铝，其特征在于，所述纳米氧化铝的质量为所述易分散氧化铝的70％～99％；和/或
所述纳米氧化铝为无规则立方体、片状或球状；和/或
所述纳米氧化铝的粒径为：D10≥30nm、100nm≤D50≤300nm、D90≤900nm；和/或
所述纳米氧化铝的物相结构为α-氧化铝或γ-氧化铝，或二者的混合相；和/或
所述交联聚合物层的厚度为10～30nm。
3.权利要求1或2所述的锂电池电极用易分散氧化铝的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、将纳米氧化铝制成氧化铝浆料；
S2、向所述氧化铝浆料加入活化剂，充分混合后干燥；
S3、向S2所得产物中加入修饰剂充分混合，干燥，得到所述易分散氧化铝粉末。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将纳米氧化铝制成氧化铝浆料的方法可采用取氧化铝与分散剂混合后研磨至氧化铝的粒径为：D10≥30nm、100nm≤D50≤300nm、D90≤900nm，进而得到氧化铝浆料。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述活化剂选自聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、对苯二胺、间苯二胺和哌嗪中的至少一种。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述修饰剂包括一种或多种结构式为“X-R-Y”的化合物，其中，R选自取代或未取代的C1～15烷基或烷氧基，取代或未取代的苯环，或取代或未取代的C2～15烯氧基；X和Y分别为能够与所述活化剂反应的官能团。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，R上的部分氢原子被卤素取代；和/或
X和Y分别独立地选自氨基、羧酸、环氧基、酰氯或硅烷氧基；和/或
当所述修饰剂为固体时，所述修饰剂中还包括水、烷烃、苯或醇类物质。
8.根据权利要求3～7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述活化剂为间苯二胺、对苯二胺或聚乙烯亚胺，所述修饰剂为富马酰氯、对苯二甲酰氯或均苯三甲酰氯的烷烃类溶液；或所述活化剂为聚乙烯醇，所述修饰剂为环氧丙醇或其溶液或聚丙烯酸的水溶液；或所述活化剂为聚乙烯亚胺，所述修饰剂为聚丙烯酸的水溶液。
9.根据权利要求3～7任一项所述的制备方法，其特征在于，S2中充分混合的时间为30～60min；和/或
S3中充分混合的时间为30～60min。
10.权利要求1或2所述的锂电池电极用易分散氧化铝或按权利要求3～9任一项所述的制备方法制得的锂电池电极用易分散氧化铝在对锂离子电池正极材料包覆改性中的应用。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117276522A (zh) * 2023-11-22 2023-12-22 天津润光恒科技开发有限公司 纳米铌酸锂包覆的三元正极材料及其制备方法和应用
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