一种多孔碳包覆三元正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种多孔碳包覆三元正极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括如下步骤：利用初湿浸渍法，将醌胺聚合物包覆于三元正极材料表面，高温烧结，得到多孔碳包覆三元正极材料。本发明专利技术所述的制备方法得到的多孔碳包覆三元正极材料避免了三元正极材料在循环过程中与电解液发生副反应导致寿命衰减过快的问题，同时提升电导率，降低阻抗，不影响整体能量密度。能量密度。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔碳包覆三元正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及正极材料
，尤其涉及一种多孔碳包覆三元正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其能量密度高，循环寿命长而广泛应用于储能、动力电池等领域。正极材料是锂离子电池的核心组成部分之一，作为充放电过程中锂离子脱嵌的主体，正极材料在反应过程中的稳定性对于电池性能至关重要。目前主流使用的正极材料为三元材料以及磷酸亚铁锂材料，其中三元材料具有更高的比容量、更大的压实密度以及更好的功率性能，是实现长里程续航电芯的良好选择。然而三元材料易与电解液发生副反应产生气体导致电池鼓包，循环寿命下降严重。为了解决这一问题，目前最常见的方法为包覆改性，通过在三元材料外围包覆一层惰性物质继而实现隔绝副反应的作用。
[0003]现有的包覆改性主要有氧化物包覆、氟化物包覆以及碳包覆。
[0004]CN107768642A公开了一种表面双层包覆的锂离子电池三元材料，包括镍钴锰三元材料，在所述镍钴锰三元材料的表面包覆有富锂层状氧化物包覆层，并且在所述富锂层状氧化物包覆层的表面包覆有氟化铝包覆层，该表面双层包覆的锂离子电池三元材料包覆层不易脱落，化学稳定性好，容量高。其还公开了一种该锂离子电池三元材料的制备方法，先采用有机络合剂
‑
辅助溶胶凝胶法在三元材料的表面包覆富锂层状氧化物，形成富锂包覆层，再用液相法在富锂层状氧化物表面包覆氟化铝，得到双层包覆的锂离子电池三元材料。
[0005]CN114583125A公开了一种碳包覆镍钴锰三元材料的制备方法、碳包覆镍钴锰三元材料及具有其的锂离子电池正极材料，方法包括：将镍钴锰三元材料与碳源混合，对镍钴锰三元材料与碳源进行等离子体放电辅助高能球磨，使镍钴锰三元材料与碳源发生化学反应以获得碳包覆镍钴锰三元材料；其中，碳源由对含糖的农作物进行高温碳化处理得到。
[0006]现有技术中，氧化物稳定性好，能有效隔绝大部分与电解液的反应，有效提升循环性能，然而氧化物的导电性能不佳，会影响材料整体的容量发挥以及功率性能。同时，氧化物密度较大，由于其在电池工作时不提供容量，继而导致电池能量密度下降，影响电芯整体性能表现。氟化物与氧化物类似，能够抑制电解液与正极材料的副反应，稳定材料结构，但是氟化物毒性较大，不适用于规模化工业生产。碳材料密度低，对系统整体的能量密度不会造成太大影响，同时具有良好的导电性，但是碳材料的包覆均匀性不高，影响电芯整体性能表现。
[0007]综上所述，为了有效避免三元正极材料在循环过程中与电解液发生副反应导致寿命衰减过快，同时提升电导率，降低阻抗，不影响整体能量密度，提供了一种多孔碳包覆保护三元正极材料的制备方法是至关重要的。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种多孔碳包覆三元正极材料及其
制备方法和应用，所述的制备方法得到的多孔碳包覆三元正极材料避免了三元正极材料在循环过程中与电解液发生副反应导致寿命衰减过快的问题，同时提升电导率，降低阻抗，不影响整体能量密度。
[0009]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供一种多孔碳包覆三元正极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0011]利用初湿浸渍法，将醌胺聚合物包覆于三元正极材料表面，高温烧结，得到多孔碳包覆三元正极材料。
[0012]本专利技术中，所述制备方法中，利用初湿浸渍法，醌胺聚合物包覆于三元正极材料表面的过程中，形成多孔通道，得到的多孔碳包覆三元正极材料能有效避免三元正极材料在循环过程中与电解液发生副反应导致寿命衰减过快，同时提升电导率，降低阻抗，不影响整体能量密度。
[0013]优选地，所述初湿浸渍法包括：将醌类单体的溶液和胺类单体的溶液混合，得到醌胺预聚物，再将所述醌胺预聚物设置于三元正极材料表面至初湿状态，静置干燥。
[0014]本专利技术中，所述初湿浸渍法，相对于常规的制备方法，优势在于能够减少包覆物质的用量，提升制备效率，同时包覆均匀性得到极大的提升。
[0015]本专利技术中，所述初湿状态指的是液体刚好完全润湿粉末材料。
[0016]优选地，所述混合的方式包括将胺类单体的溶液滴加至醌类单体的溶液中。
[0017]本专利技术中，所述混合的方式优选上述操作的原因在于：延缓聚合反应的进行过程，便于进行初湿浸渍；若将胺类单体、醌类单体和溶剂混合，则会导致聚合反应进行过快，无法进行初湿浸渍操作；若将醌类单体的溶液滴加至胺类单体的溶液，同样会导致聚合反应过快，无法进行初湿浸渍操作。
[0018]优选地，所述醌类单体包括苯醌、萘醌、菲蒽或蒽醌中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：苯醌和萘醌的组合，菲蒽和蒽醌的组合，苯醌、萘醌、菲蒽和蒽醌的组合等。
[0019]优选地，所述醌类单体的溶液中所采用的溶剂包括乙醇、甲醇或乙醚中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：乙醇和甲醇的组合，甲醇和乙醚的组合，乙醇、甲醇和乙醚的组合等，进一步优选乙醇。
[0020]本专利技术中，所述溶剂优选乙醇的原因在于，初湿状态下，静置过程中无水乙醇也不断挥发留下多孔通道，方法简单易操作。
[0021]优选地，所述醌类单体的溶液中，醌类单体的质量浓度为5
‑
15g/L，例如6g/L、8g/L、10g/L、12g/L、14g/L等。
[0022]本专利技术中，所述醌类单体的质量浓度优选为5
‑
15g/L，原因在于：控制在所述范围内能够使聚合反应能够顺利发生；其浓度偏高，会导致聚合反应进行过快，无法进行初湿浸渍；其浓度偏低，会导致聚合反应无法进行。
[0023]优选地，所述胺类单体包括苯二胺、萘胺、菲胺或蒽胺中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：苯二胺和萘胺的组合，萘胺、菲胺和蒽胺的组合，苯二胺、萘胺、菲胺和蒽胺的组合等。
[0024]优选地，所述苯二胺包括邻苯二胺、间苯二胺或对苯二胺中的任意一种或至少两
种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：邻苯二胺和间苯二胺的组合，间苯二胺和对苯二胺的组合，邻苯二胺、间苯二胺和对苯二胺的组合等。
[0025]优选地，所述胺类单体的溶液中所采用的溶剂包括乙醇、甲醇或乙醚中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：乙醇和甲醇的组合，甲醇和乙醚的组合，乙醇、甲醇和乙醚的组合等。
[0026]优选地，所述胺类单体的溶液中，胺类单体的质量浓度为10
‑
30g/L，例如12g/L、14g/L、16g/L、18g/L、20g/L、22g/L、24g/L、26g/L、28g/L等。
[0027]本专利技术中，所述胺类单体的质量浓度优选为10
‑
30g/L，原因在于：控制在所述范围内能够使聚合反应能够顺利发生；其浓度偏高，会导致聚合反应进行过快，无法进行初湿浸渍；其浓度偏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔碳包覆三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：利用初湿浸渍法，将醌胺聚合物包覆于三元正极材料表面，高温烧结，得到多孔碳包覆三元正极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述初湿浸渍法包括：将醌类单体的溶液和胺类单体的溶液混合，得到醌胺预聚物，再将所述醌胺预聚物设置于三元正极材料表面至初湿状态，静置干燥；优选地，所述混合的方式包括将胺类单体的溶液滴加至醌类单体的溶液中。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述醌类单体包括苯醌、萘醌、菲醌或蒽醌中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述醌类单体的溶液中所采用的溶剂包括乙醇、甲醇或乙醚中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述醌类单体的溶液中，醌类单体的质量浓度为5
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15g/L。4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述胺类单体包括苯二胺、萘胺、菲胺或蒽胺中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述苯二胺包括邻苯二胺、间苯二胺或对苯二胺中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述胺类单体的溶液中所采用的溶剂包括乙醇、甲醇或乙醚中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述胺类单体的溶液中，胺类单体的质量浓度为10
‑
30g/L。5.根据权利要求2<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘健，刘静，杨红新，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：