CN117174858A - 一种富镍正极材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种富镍正极材料及其制备方法和应用 Download PDF

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CN117174858A CN202311187830.5A CN202311187830A CN117174858A CN 117174858 A CN117174858 A CN 117174858A CN 202311187830 A CN202311187830 A CN 202311187830A CN 117174858 A CN117174858 A CN 117174858A
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曹迎倩
高秀玲
李天龙
张越超
马华
陈麒昊
王天娇
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Abstract

本发明提供一种富镍正极材料及其制备方法和应用，所述富镍正极材料包括富镍层状氧化物和包覆在所述富镍层状氧化物表面的疏水层，且所述疏水层的材料包括有机高分子疏水材料和导电剂；通过在富镍层状氧化物表面包覆疏水层作为保护屏障，避免了富镍层状氧化物与空气的直接接触，进而避免了富镍层状氧化物与空气中的水分和二氧化碳发生反应，提高了富镍正极材料的存储稳定性；同时所述疏水层的设置不仅不会影响富镍层状氧化物的正常使用，且还有助于提高富镍正极材料的导电性能，使得采用所述富镍正极材料制备得到的锂离子电池具有较高充放电克容量和优异的循环性能。

Description

一种富镍正极材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种富镍正极材料及其制备方法和应用。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、循环稳定好、安全性高等优点，逐渐成为最受欢迎且最具发展前景的绿色储能装置，目前已被广泛的应用到便携电子产品、新能源汽车和大型储能装置中。但是，随着市场对锂离子电池能量密度的要求越来越高，目前商业化的电池在能量密度和安全性方面不能满足未来市场的需求。
富镍层状氧化物电极材料具有高比容量(>200mAh/g)、低成本等优点，被认为最具潜力成为下一代先进锂离子电池电极材料。但是，富镍层状氧化物电极材料也具有很多缺点，例如倍率性能差、首圈库伦效率低以及容量衰减严重等问题。
CN115832280A公开了一种三元正极活性材料及其制备方法、包含其的二次电池、电池模块、电池包及用电装置，所述三元正极活性材料包括富镍层状氧化物正极活性材料，所述富镍层状氧化物正极活性材料的表面共包覆有氧离子导体及氧化物添加剂；所述富镍层状氧化物正极活性材料的化学组成为LiNixCoyAzO2，其中A＝Mn或Al，0.6≤x＜1，0＜y≤0.2，z＝1-x-y；该发明通过协同引入氧化物和氧离子导体对高镍三元层状氧化物正极活性材料共包覆进行改性，提高材料界面稳定性，改善容量损失问题，使得电池表现出优良的电化学性能。
但是，富镍层状氧化物在存储的过程中容易与空气中的水分和二氧化碳发生反应，在材料表面形成LiOH和Li2CO3，且反应会在空气中持续发生，反应产生的氢氧化物和碳酸盐对电化学性能和电池制造都会产生有害的影响，目前常用的解决方法就是在大型干燥室中存储富镍正极材料，这种方法耗能较高，不适用于大批量工业化使用。
因此，开发一种具有优异存储稳定性和电化学性能的富镍正极材料，是本领域急需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种富镍正极材料及其制备方法和应用，所述富镍正极材料通过在富镍层状氧化物表面包覆疏水层作为保护屏障，避免了富镍层状氧化物与空气中的水分和二氧化碳直接接触而发生反应，且不会影响富镍层状氧化物的正常使用，进而有效提高了富镍正极材料的存储稳定性和电化学性能，使得采用其制备得到的锂离子电池具有较高的充放电克容量和优异的循环性能。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种富镍正极材料，所述富镍正极材料包括富镍层状氧化物和包覆在所述富镍层状氧化物表面的疏水层；
所述疏水层的材料包括有机高分子疏水材料和导电剂。
本发明提供的富镍正极材料包括富镍层状氧化物和包覆在所述富镍层状氧化物表面的疏水层，且限定所述疏水层的材料包括有机高分子疏水材料和导电剂；通过在富镍层状氧化物表面包覆疏水层，一方面，所述疏水层可以作为保护屏障，有效隔绝了富镍层状氧化物和空气的直接接触，且疏水层中的有机高分子疏水材料能够进一步防止空气中的水分进入，进而避免了富镍层状氧化物与空气中的水分和二氧化碳发生反应，提高了富镍正极材料的存储稳定性；另一方面，所述疏水层的设置不会影响富镍正极材料的正常使用，在所述富镍正极材料作为正极活性物质进行匀浆前，可以通过加热的方式使得包覆在富镍层状氧化物表面的疏水层中的有机高分子疏水材料热解碳化形成具有高sp2特性的碳材料，上述碳材料可以与疏水层的导电剂形成导电网络包覆在富镍层状氧化物表面，进而提高了富镍层状氧化物的导电性能；
综上，本发明通过在富镍层状氧化物表面包覆疏水层，并限定所述疏水层的材料包括有机高分子疏水材料和导电剂，使得到的富镍层状材料能够兼具优异的存储稳定性和电化学性能，进一步采用其制备得到的锂离子电池具有较高的容量和优异的循环性能。
优选地，所述富镍层状氧化物的化学式为LiNixMyO2；
其中，0.6≤x≤1，x+y＝1，M选自Co、Mn或Al中的任意一种或至少两种的组合。
所述x可以为0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9或0.95等。
优选地，所述富镍层状氧化物的包括Ni8系层状氧化物、Ni9系层状氧化物、富锂镍酸锂(LNO)或镍钴铝酸锂(NCA)中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述导电剂包括石墨烯和碳纳米管。
作为本发明的优选技术方案，限定所述导电剂包括石墨烯和碳纳米管，二者可以与疏水层的有机高分子疏水材料热解碳化后得到的碳形成三维导电网络，更加有助于电荷传输，且可以确保疏水层的材料能够更高的包覆在富镍层状氧化物表面，使得到的富镍正极材料具有更好的电子导电能力和离子导电能力。
优选地，所述碳纳米管为多壁碳纳米管。
优选地，所述石墨烯和碳纳米管的质量比为100:(11～18)，例如100:12、100:13、100:14、100:15、100:16或100:17等。
优选地，所述石墨烯和有机高分子疏水材料的质量比为100:(4～8)，例如100:4.5、100:5、100:5.5、100:6、100:6.5、100:7或100:7.5等。
优选地，所述有机高分子疏水材料包括羟乙基纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯树脂或聚酰胺中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述疏水层的材料与富镍层状氧化物的质量比为1:(400～1000)，例如1:450、1:500、1:550、1:600、1:650、1:700、1:750、1:800、1:850、1:900或1:950等。
作为本发明的优选技术方案，限定有机高分子疏水材料与富镍层状氧化物的质量比为1:(400～1000)可以使得到的富镍正极材料兼具更加优异的存储稳定性和更高的容量，如果有机高分子疏水材料的质量占比过高，则会导致疏水层的包覆过厚，进而造成富镍正极材料的克容量下降显著，且会影响锂离子传输，而有机高分子疏水材料的占比较低，则会导致包覆层的厚度过薄，且包覆均匀性较差，进而对富镍层状氧化物的保护隔绝作用较差。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述富镍正极材料的制备方法，所述制备方法包括：将有机高分子疏水材料和导电剂在溶剂中混合，加入富镍层状氧化物进行混合，干燥，得到所述富镍正极材料。
优选地，所述溶剂包括乙醇和/或N-甲基吡咯烷酮。
具体而言，所述富镍正极材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将石墨烯和有机高分子疏水材料溶解在乙醇中，离心分离，干燥，得到絮状物；
(2)将步骤(1)得到的絮状物溶解在乙醇和N-甲基吡咯烷酮的混合溶剂中，加入碳纳米管进行混合，再加入富镍层状氧化物进行混合，得到所述富镍正极材料。
第三方面，本发明提供一种正极极片，所述正极极片的制备原料包括如第一方面所述的富镍正极材料。
第四方面，本发明提供一种如第三方面所述正极极片的制备方法，所述制备方法包括：对如第一方面所述的富镍正极材料进行热处理，将热处理后的富镍正极材料和溶剂混合后涂覆在集流体上，经干燥，得到所述正极极片。
优选地，所述热处理的时间为60～80min，例如62min、64min、66min、68min、70min、72min、74min、76min或78min等。
优选地，所述热处理的温度为250～600℃，例如300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃或600℃等。
第五方面，本发明提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括如第三方面所述的正极极片。
第六方面，本发明提供一种如第五方面所述的锂离子电池在新能源汽车中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的富镍正极材料包括富镍层状氧化物和包覆在所述富镍层状氧化物表面的疏水层；所述疏水层的材料包括有机高分子疏水材料和导电剂；通过在富镍层状氧化物表面包覆疏水层作为保护屏障，避免了富镍层状氧化物与空气中的水分和二氧化碳发生反应，进而避免了富镍层状氧化物与空气中的水分和二氧化碳发生反应，提高了富镍正极材料的存储稳定性；同时所述疏水层的设置不会影响富镍层状氧化物的正常使用，在使用之前高温即可使有机高分子疏水材料热解，进而有效提高了富镍正极材料的存储稳定性和电化学性能，使得采用其制备得到的锂离子电池具有较高容量和优异的循环性能。
附图说明
图1为实施例1提供的富镍正极材料在空气中暴露24h后的扫描电子显微镜图；
图2为对比例1提供的富镍正极材料在空气中暴露24h后的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种富镍正极材料，其包括富锂镍酸锂(LNO)和包覆在LNO表面的疏水层；
其中，疏水层的材料的总质量与LNO的质量比为121.3:52000；
疏水层的材料由质量比为4:100:17.3的乙基纤维素、石墨烯和多壁碳纳米管组成；
本实施例提供的富镍正极材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将石墨烯和乙基纤维素溶解到乙醇溶液中，在转速为10230rpm的高速离心搅拌机下搅拌2h，得到混合液A；
(2)将上述混合液A放入离心机中进行离心分离20min，转速为7500rpm，收集絮凝物，采用0.04g/mL的NaCl溶液对絮凝物进行清洗，再用去离子水进行清洗，经真空过滤和干燥，得到混合物B；
(3)将上述混合物B溶解到体积比为5:1的乙醇和NMP混合溶剂中，得到混合溶液C；
(4)向步骤(3)得到的混合溶液C中加入多壁碳纳米管进行分散，再加入LNO，先在20rpm的转速下搅拌20min，再在1500rpm的转速下搅拌60min，最后在90℃下烘烤去除溶剂，得到所述富镍正极材料。
实施例2
一种富镍正极材料，其包括LNO和包覆在LNO表面的疏水层；
其中，疏水层的材料的总质量与LNO的质量比为121.2:68900；
疏水层的材料为质量比为6:100:15.2的羟乙基纤维素、石墨烯和多壁碳纳米管；
本实施例提供的富镍正极材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将石墨烯和羟乙基纤维素溶解到乙醇溶液中，在转速为10230rpm的高速离心搅拌机下搅拌2h，得到混合液A；
(2)将上述混合液A放入离心机中进行离心分离20min，转速为7500rpm，收集絮凝物，采用0.04g/mL的NaCl溶液对絮凝物进行清洗，再用去离子水进行清洗，真空过滤、干燥，得到混合物B；
(3)将上述混合物B溶解到体积比为5:1的乙醇和NMP混合溶剂中，得到混合溶液C；
(4)向步骤(3)得到的混合溶液C中加入多壁碳纳米管进行分散，再加入LNO材料，先在20rpm的转速下搅拌20min，再在1500rpm的转速下搅拌60min，最后在90℃下烘烤去除溶剂，得到所述富镍正极材料。
实施例3
一种富镍正极材料，其包括LNO和包覆在LNO表面的疏水层；
其中，疏水层的材料的总质量与LNO的质量比为120:81000；
疏水层的材料为质量比为8:100:12的羟丙基甲基纤维素、石墨烯和多壁碳纳米管；
本实施例提供的富镍正极材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将石墨烯和羟丙基甲基纤维素溶解到乙醇溶液中，在转速为10230rpm的高速离心搅拌机下搅拌2h，得到混合液A；
(2)将上述混合液A放入离心机中进行离心分离20min，转速为7500rpm，收集絮凝物，采用0.04g/mL的NaCl溶液对絮凝物进行清洗，再用去离子水进行清洗，真空过滤、干燥，得到混合物B；
(3)将上述混合物B溶解到体积比为5:1的乙醇和NMP混合溶剂中，得到混合溶液C；
(4)向步骤(3)得到的混合溶液C中加入多壁碳纳米管进行分散，再加入LNO，先在20rpm的转速下搅拌20min，再在1500rpm的转速下搅拌60min，最后在90℃下烘烤去除溶剂，得到所述富镍正极材料。
实施例4
一种富镍正极材料，其包括LNO和包覆在LNO表面的疏水层；
其中，疏水层的材料的总质量与LNO的质量比为121:110000；
疏水层的材料为质量比为10:100:11的羟乙基纤维素、石墨烯和多壁碳纳米管；
本实施例提供的富镍正极材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将石墨烯和羟乙基纤维素溶解到乙醇溶液中，在转速为10230rpm的高速离心搅拌机下搅拌2h，得到混合液A；
(2)将上述混合液A放入离心机中进行离心分离20min，转速为7500rpm，收集絮凝物，采用0.04g/mL的NaCl溶液对絮凝物进行清洗，再用去离子水进行清洗，真空过滤、干燥，得到混合物B；
(3)将上述混合物B溶解到体积比为5:1的乙醇和NMP混合溶剂中，得到混合溶液C；
(4)向步骤(3)得到的混合溶液C中加入多壁碳纳米管进行分散，再加入LNO，先在20rpm的转速下搅拌20min，再在1500rpm的转速下搅拌60min，最后在90℃下烘烤去除溶剂，得到所述富镍正极材料。
实施例5
一种富镍正极材料，其与实施例1的区别仅在于，采用NCM9505替换LNO，其他物质、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例6
一种富镍正极材料，其与实施例1的区别仅在于，乙基纤维素和石墨烯的质量比为3:100，其他物质、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例7
一种富镍正极材料，其与实施例1的区别仅在于，乙基纤维素和石墨烯的质量比为10:100，其他物质、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例8
一种富镍正极材料，其与实施例1的区别仅在于，疏水层的材料的总质量与LNO的质量比为121.3:41600，其他物质、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例9
一种富镍正极材料，其与实施例1的区别仅在于，疏水层的材料的总质量与LNO的质量比为121.3:130000，其他物质、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例10
一种富镍正极材料，其与实施例1的区别仅在于，疏水层的材料由质量比为4:100的乙基纤维素和石墨烯组成，未添加多壁碳纳米管，其他物质、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例11
一种富镍正极材料，其与实施例1的区别仅在于，疏水层的材料由质量比为4:17.3的乙基纤维素和多壁碳纳米管组成，未添加石墨烯，其他物质、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例1
一种富镍正极材料，具体为LNO。
对比例2
一种富镍正极材料，具体为NCM9505。
对比例3
一种富镍正极材料，其与实施例1的区别仅在于，疏水层的材料仅为羟丙基甲基纤维素，其他物质、用量和制备方法均与实施例1相同。
应用例1
一种锂离子电池，其包括正极片、负极片、隔膜和电解液；
本应用例提供的锂离子电池的具体制备工艺包括如下步骤：
(1)将富镍正极材料(实施例1)在400℃下热处理60min，然后按照质量比为97.5:1:1.5将热解后的富镍正极材料、导电剂SP和PVDF在NMP中混合均匀，得到固含量为70％的正极浆料，将得到的正极浆料涂覆在铝箔上，经干燥、碾压和分切，得到正极极片；
将质量比为95.5:1.5:1:2的石墨、SBR、CMC和SP在水中混合均匀，得到固含量为60％的负极浆料，将得到的负极浆料涂覆在铜箔上，经干燥、碾压和分切，得到负极极片；
(2)将步骤(1)得到的正极极片、复合隔膜(具体为LATP/PE/Al2O3复合隔膜，其中，LATP层的厚度为2μm，紧邻负极极片，Al2O3层的厚度为2μm，紧邻正极极片，PE基膜的厚度为10μm)和负极极片进行叠片、封装、注液(电解液的溶剂包括体积比为35:5:60:1:1的EC、PC、EMC、VC和PS，溶质为LiPF6，LiPF6的浓度为1mol/L)、预充和化成，得到所述锂离子电池。
应用例2～11
一种锂离子电池，其与应用例1的区别仅在于，分别采用实施例2～11得到的富镍正极材料替换实施例1得到的富镍正极材料，其他物质、用量和制备方法均与应用例1相同。
应用例12
一种锂离子电池，其包括正极片、负极片、隔膜和电解液；
其具体制备工艺包括如下步骤：
(1)将富镍正极材料(实施例1)先在空气中暴露24h，再在400℃下热处理60min，然后按照质量比为97.5:1:1.5将热解后的富镍正极材料、导电剂SP和PVDF在NMP中混合均匀，得到固含量为70％的正极浆料，将正极浆料涂覆在铝箔上，经干燥、碾压和分切，得到正极极片；
将质量比为95.5:1.5:1:2的石墨、SBR、CMC和SP在水中混合均匀，得到固含量为60％的负极浆料，将负极浆料涂覆在铜箔上，经干燥、碾压和分切，得到负极极片；
(2)将步骤(1)得到的正极极片、隔膜(具体为LATP/PE/Al2O3复合隔膜，其中，LATP层的厚度为2μm，紧邻负极极片，Al2O3层的厚度为2μm，紧邻正极极片，PE基膜的厚度为10μm)和负极极片进行叠片、封装、注液(电解液的溶剂包括体积比为35:5:60:1:1的EC、PC、EMC、VC和PS，溶质为LiPF6，LiPF6的浓度为1mol/L)、预充和化成，得到所述锂离子电池。
对比应用例1～3
一种锂离子电池，其与应用例1的区别仅在于，分别采用对比例1～3得到的富镍正极材料替换实施例1得到的富镍正极材料，其他物质、用量和制备方法均与应用例1相同。
对比应用例4
一种锂离子电池，其包括正极片、负极片、隔膜和电解液；
其具体制备工艺包括如下步骤：
(1)将富镍正极材料(对比例1)先在空气中暴露24h，在400℃下热处理60min，然后按照质量比为97.5:1:1.5将热解后的富镍正极材料、导电剂SP和PVDF在NMP中混合均匀，得到固含量为70％的正极浆料，将正极浆料涂覆在铝箔上，经干燥、碾压和分切，得到正极极片；
将质量比为95.5:1.5:1:2的石墨、SBR、CMC和SP在水中混合均匀，得到固含量为60％的负极浆料，将负极浆料涂覆在铜箔上，经干燥、碾压和分切，得到负极极片；
(2)将步骤(1)得到的正极极片、隔膜(具体为LATP/PE/Al2O3复合隔膜，其中，LATP层的厚度为2μm，紧邻负极极片，Al2O3层的厚度为2μm，紧邻正极极片，PE基膜的厚度为10μm)和负极极片进行叠片、封装、注液(电解液的溶剂包括体积比为35:5:60:1:1的EC、PC、EMC、VC和PS，溶质为LiPF6，LiPF6的浓度为1mol/L)、预充和化成，得到所述锂离子电池。
性能测试：
(1)形貌观测：将实施例1和对比例1得到的富镍正极材料在空气中暴露24h，然后采用扫描电子显微镜(Talos F200S)进行测试，测试得到实施例1提供的富镍正极材料在空气中暴露24h后的扫描电子显微镜图如图1所示，对比例1提供的富镍正极材料在空气中暴露24h后的扫描电子显微镜图如图2所示，根据图1和图2可以看出：
实施例1提供的富镍正极材料在空气中暴露24h后，涂层保持完好，没有明显变化，而对比例1提供的富镍正极材料在空气中暴露24后，LNO的表面变得粗糙，无法区分单个颗粒，这种转变说明空气中的水和二氧化碳引起了LNO的降解。
(2)浆料粘度：25℃下，采用64号转子，在转速为30rpm的条件下用粘度计对正极浆料的粘度进行测试；
(3)容量：0.33C下对锂离子电池进行充放电测试，记录其初始充/放电容量；
(4)循环性能测试：在45℃条件下进行1C循环，记录锂离子电池容量低于90％ SOH的循环圈数。
按照上述测试方法对应用例1～12和对比应用例1～4提供的锂离子电池进行测试，测试结果如表1所示：
表1
根据表1的数据可以看出：
(1)比较应用例1～5的数据可以发现：
①对于应用例1～4提供的锂离子电池，正极浆料在匀浆过程中兼备较好的流动性和粘结性，具体粘度为5900～6100mPa·s，初次充电克容量为249.9～251.0mAh/g，初次放电克容量为221.8～223.7mAh/g，容量不低于90％SOH的循环圈数为512～524次；
②对于应用例5提供的锂离子电池，正极浆料在匀浆过程中同样兼备流动性和粘结性，且粘度为5950mPa·s，初次充电克容量为238.5mAh/g，初次放电克容量为213.3mAh/g，容量不低于90％SOH的循环圈数为678次。
(2)比较应用例1和应用例6～11的数据可以发现：
①当疏水层中的有机高分子疏水材料的质量占比过少时(应用例6)，疏水层的疏水性会发生下降，进而导致制备得到的正极浆料在匀浆过程中会出现轻微果冻状，且正极浆料的粘度增大到8500mPa·s，进一步制备得到的锂离子电池的初次充电克容量降低为240.3mAh/g，初次放电克容量降低为211.5mAh/g，且容量不低于90％ SOH的循环圈数减小到456次；
②当疏水层中的有机高分子疏水材料的占比过多时(应用例7)，尽管有机高分子疏水材料对富镍层状氧化物的保护作用很好，但是其会增大电芯的欧姆阻抗，导致材料的电子导电能力下降，因此进一步制备得到的锂离子电池的初次充放电克容量仍会发生降低，仅为239.5mAh/g和207.2mAh/g，且容量不低于90％ SOH的循环圈数也缩短为443次；
③当富镍正极材料中疏水层的材料的总质量过高时(应用例8)，会导致疏水层的厚度过后，进而会造成富镍正极材料的克容量下降显著，且会影响锂离子的传输性能，因此得到的锂离子电池的初次充电克容量降低为238.1mAh/g，初次放电克容量为205.3mAh/g，容量不低于90％ SOH的循环圈数为482次；
④当富镍正极材料中疏水层的材料的总质量过低时(应用例9)，会导致疏水层的厚度过薄，进而整体疏水层可能不能全部包裹富镍层状氧化物，因此导致正极浆料在在匀浆过程中仍会出现轻轻微果冻状，浆料粘度增大到8700mPa·s，进一步制备得到的锂离子电池的初次充电克容量降低至247.8mAh/g，初次放电克容量为219.2mAh/g，容量不低于90％ SOH的循环圈数为485次；
⑤当疏水层的材料中未添加碳纳米管时(应用例10)，会导致富镍正极材料的导电能力下降，进一步制备得到的锂离子电池的初次充电克容量降低至240.5mAh/g，初次放电克容量为208.5mAh/g，容量不低于90％ SOH的循环圈数为425次；
⑥当疏水层的材料中未添加石墨烯时(应用例11)，同样会导致富镍正极材料的导电能力下降，进一步制备得到的锂离子电池的初次充电克容量降低为240.3mAh/g，初次放电克容量为207.2mAh/g，容量不低于90％ SOH的循环圈数为429次。
(3)再比较应用例1与应用例12的数据可以看出，实施例1提供的富镍正极材料在空气中暴露24h后再进行匀浆，由于疏水层对富镍层状氧化物的保护很好，正极浆料的状态无明显变化，且进一步制备得到的锂离子电池的初次充放电克容量以及循环圈数基本无差异，说明该疏水层可以有效的保护富镍层状氧化物的性能。
(4)再比较应用例1和对比应用例1，应用例5和对比应用例2的数据可以看出，未设置疏水层的富镍正极材料在匀浆过程出现明显的果冻状，粘度增大，首次充放电克容量显著降低，循环圈数也显著下降；这说明含本发明提供的疏水材料的正极材料拥有更好的电化学性能。
(5)再比较应用例1和对比应用例3的数据可以发现，当材料中不含有导电剂时，富镍层状材料的电子导电能力变差，内阻增大，因此电芯的首次充放电克容量显著降低(238.4mAh/g和201.8mAh/g)，循环圈数降低至403次；
(6)再比较应用例1和对比应用例4可以看出，当富镍正极材料不含有疏水层时，在空气中暴露24h后，由于高残碱会造成LiOH与水分和二氧化碳的副反应，造成不可逆的容量衰减，且匀浆过程中浆料粘度增大到14500，电芯充放电克容量降低到200.3mAh/g和189.0mAh/g，循环圈数下降至259圈。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明一种富镍正极材料及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种富镍正极材料，其特征在于，所述富镍正极材料包括富镍层状氧化物和包覆在所述富镍层状氧化物表面的疏水层；
所述疏水层的材料包括有机高分子疏水材料和导电剂。
2.根据权利要求1所述的富镍正极材料，其特征在于，所述富镍层状氧化物的化学式为LiNixMyO2；
其中，0.6≤x≤1，x+y＝1，M选自Co、Mn或Al中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述富镍层状氧化物包括Ni8系层状氧化物、Ni9系层状氧化物、富锂镍酸锂或镍钴铝酸锂中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1或2所述的富镍正极材料，其特征在于，所述导电剂包括石墨烯和碳纳米管；
优选地，所述碳纳米管为多壁碳纳米管；
优选地，所述石墨烯和碳纳米管的质量比为100:(11～18)；
优选地，所述石墨烯和有机高分子疏水材料的质量比为100:(4～8)；
优选地，所述有机高分子疏水材料包括羟乙基纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯树脂或聚酰胺中的任意一种或至少两种的组合。
4.根据权利要求1～3任一项所述的富镍正极材料，其特征在于，所述疏水层的材料与富镍层状氧化物的质量比为1:(400～1000)。
5.一种如权利要求1～4任一项所述富镍正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将有机高分子疏水材料和导电剂在溶剂中进行混合，加入富镍层状氧化物进行混合，干燥，得到所述富镍正极材料。
6.一种正极极片，其特征在于，所述正极极片的制备原料包括如权利要求1～4任一项所述富镍正极材料。
7.一种如权利要求6所述正极极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：对如权利要求1～4任一项所述的富镍正极材料进行热处理，将热处理后的富镍正极材料和溶剂混合后涂覆在集流体上，经干燥，得到所述正极极片。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的时间为60～80min；
优选地，所述热处理的温度为250～600℃。
9.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括如权利要求7或8所述的正极极片。
10.一种如权利要求9所述的锂离子电池在新能源汽车中的应用。
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