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

本发明专利技术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。本发明专利技术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。从而有效提升电池性能。从而有效提升电池性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池电极用易分散氧化铝及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池材料以及纳米粉体加工
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。

技术实现思路

[0007]针对以上技术问题，本专利技术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。本专利技术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。
[0008]为达到上述专利技术目的，本专利技术实施例采用了如下技术方案：
[0009]本专利技术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。
[0010]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。
[0011]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％。
[0012]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。
[0013]结合第一方面，所述纳米氧化铝的粒径为：D10≥30nm、100nm≤D50≤300nm、D90≤900nm。
[0014]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。
[0015]结合第一方面，所述交联聚合物层的厚度为10～30nm。
[0016]本专利技术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：
[0017]S1、将纳米氧化铝制成氧化铝浆料；
[0018]S2、向所述氧化铝浆料加入活化剂，充分混合后干燥；
[0019]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。
[0020]本专利技术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，即本专利技术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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]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。
[0026]可选地，R上的部分氢原子被卤素取代，如氯、溴等。
[0027]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。
[0028]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。
[0029]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。
[0030]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。
[0031]结合第二方面，S2中充分混合的时间为30～60min。
[0032]结合第二方面，S3中充分混合的时间为30～60min。
[0033]本专利技术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。采用本专利技术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
[0034]图1为本专利技术锂电池电极用易分散氧化铝的结构示意图；
[0035]图2为本专利技术实施例1所得氧化铝的SEM照本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，刘韬，李宏杰，
申请(专利权)人：天津润光恒科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：