钴包覆镍锰酸锂正极材料、其制备方法及锂离子电池
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钴包覆镍锰酸锂正极材料、其制备方法及锂离子电池
来源:湖南镓睿科技有限公司
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简介: 本申请提供一种钴包覆镍锰酸锂正极材料的制备方法,通过原位共沉淀法在前驱体表面构建微量钴包覆层,利用钴的电子传导增强效应改善界面稳定性,保留材料体相无钴特性,使材料具有完整的晶体结构,应用于锂离子电池时具有较好的放电比容量和循环性能,首圈放电容量达到193.52 mAh/g,250圈循环保持率达到90.38%,电化学稳定性显著增强。本申请还提供一种钴包覆镍锰酸锂正极材料和锂离子电池。
权利要求

1.一种包覆正极材料的制备方法,其特征在于,包括:

S1:按摩尔比Co:TM(Ni+Mn)= 1:200-1:50称取Co(NO3)2·6H2O和LiNi0.6Mn0.4(OH)2,将Co(NO3)2·6H2O溶解于分析纯氨水中搅拌至完全溶解,后加入LiNi0.6Mn0.4(OH)2,室温下搅拌1-2h后抽滤、洗涤并干燥后得到Co-A-NM64前驱体;

S2:按摩尔比TM(Ni+Mn):Li=1:1.05-1:1.1称取所述Co-A-NM64前驱体和锂源,研磨0.5-1h混合均匀,得到混合粉末;

S3:将所述混合粉末在空气气氛下700-1000℃退火10-15h,冷却后得到所述钴包覆镍锰酸锂正极材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述锂源为Li2CO3或LiOH。

3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤S1包括按摩尔比NH3:Co2+=480:1-500:1,将Co(NO3)2·6H2O溶解于分析纯氨水中搅拌至完全溶解。

4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤S3包括,将所述混合粉末在空气气氛下以5-10℃/min的升温速率加热至400-600 ℃,预烧结3-5 h,接着以2-5 ℃/min的升温速率加热到800-900 ℃,高温烧结12 h。

5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法还包括S4:按重量比所述钴包覆镍锰酸锂正极材料:Tris缓冲液=1:100-2:100将所述钴包覆镍锰酸锂正极材料分散于Tris缓冲液,得到第一液体,将所述第一液体超声处理0.5-1h,再按重量比1%wt多巴胺盐酸盐溶液:所述第一液体=3:100-8:100匀速缓慢滴加1%wt多巴胺盐酸盐溶液至所述第一液体,在室温下搅拌10-12h得到第二液体,将所述第二液体离心后收集第一产物,将所述第一产物洗涤后真空干燥,并在惰性气氛下400-500℃煅烧2-4h,获得PDA@钴包覆镍锰酸锂正极材料。

6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,S4还包括,在所述第二液体中按重量比羧基化碳纳米管:PDA=1:1-1:3加入羧基化碳纳米管,保持搅拌并超声处理0.5-1h,离心后收集第二产物,洗涤所述第二产物后真空干燥,并在惰性气氛下400-500℃煅烧2-4h,获得PDA/CNT@钴包覆镍锰酸锂正极材料。

7.一种钴包覆镍锰酸锂正极材料,其特征在于,根据权利要求1-6任一项所述的制备方法制备而成。

8.根据权利要求7所述的钴包覆镍锰酸锂正极材料,其特征在于,所述钴包覆镍锰酸锂正极材料为由一次晶粒组成球形的二次晶粒形貌。

9.根据权利要求7所述的钴包覆镍锰酸锂正极材料,其特征在于,所述PDA/CNT@钴包覆镍锰酸锂正极材料中,至少部分碳纳米管穿透了PDA层。

10.一种锂离子电池,其特征在于,所述锂离子电池包括正极和负极,所述锂离子电池的正极为权利要求7-9任一项所述的钴包覆镍锰酸锂正极材料制备而成。

说明书

技术领域

[0001]本申请涉及锂离子电池技术领域,具体涉及一种钴包覆镍锰酸锂正极材料、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

[0002]在锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命等优势,广泛应用于消费电子、电动汽车及储能领域。正极材料作为其核心组分,直接影响电池的性能和成本。在锂离子电池(LIBs)体系中,钴是正极材料不可或缺的组成部分。目前广泛应用的正极材料,如锂镍锰钴氧化物(NMC或NCM)、锂镍钴氧化物(NCA),均通过钴与其他金属结合优化性能。从成本维度分析,正极材料成本约占电池材料总成本的50 %,而钴在LIBs正极成本中占比达10 %~30%,较镍、锰、铝等成分成本更高。由于钴在维持材料结构稳定性、抑制相变及提升循环性能等方面具有不可替代的作用,如何在减少钴用量的同时保持甚至优化电池性能,成为技术攻关的核心难点。

发明内容

[0003]本申请的目的在于提出一种钴包覆镍锰酸锂正极材料、其制备方法及锂离子电池,以改善上述至少一项技术问题。本申请通过以下技术方案来实现上述目的。

[0004]第一方面,本申请提供一种钴包覆镍锰酸锂正极材料的制备方法,包括:

S1:按摩尔比Co:TM(Ni+Mn)= 1:200-1:50称取Co(NO3)2·6H2O和LiNi0.6Mn0.4(OH)2,将Co(NO3)2·6H2O溶解于分析纯氨水中搅拌至完全溶解,后加入LiNi0.6Mn0.4(OH)2,室温下搅拌1-2h后抽滤、洗涤并干燥后得到Co-A-NM64前驱体;

S2:按摩尔比TM(Ni+Mn):Li=1:1.05-1:1.1称取Co-A-NM64前驱体和锂源,研磨0.5-1h混合均匀,得到混合粉末;

S3:将混合粉末在空气气氛下700-1000℃退火10-15h,冷却后得到钴包覆镍锰酸锂正极材料;

上述步骤描述中,“TM”为过渡金属总重或镍与锰总重,下同。

[0005]在一种实施方式中,锂源为Li2CO3或LiOH。

[0006]在一种实施方式中,步骤S1包括按摩尔比NH3:Co=480:1-500:1,将Co(NO3)2·6H2O溶解于分析纯氨水中搅拌至完全溶解。

[0007]在一种实施方式中,步骤S3包括,将混合粉末在空气气氛下以5-10℃/min的升温速率加热至400-600 ℃,预烧结3-5 h,接着以2-5 ℃/min的升温速率加热到800-900 ℃,高温烧结12h。

[0008]在一种实施方式中,制备方法还包括S4:按重量比钴包覆镍锰酸锂正极材料:Tris缓冲液=1:100-2:100将钴包覆镍锰酸锂正极材料分散于Tris缓冲液,得到第一液体,将第一液体超声处理0.5-1h,再按重量比1%wt多巴胺盐酸盐溶液:第一液体=3:100-8:100匀速缓慢滴加1%wt多巴胺盐酸盐溶液至第一液体,在室温下搅拌10-12h得到第二液体,将第二液体离心后收集第一产物,将第一产物洗涤后真空干燥,并在惰性气氛下400-500℃煅烧2-4h,获得PDA@钴包覆镍锰酸锂正极材料。

[0009]在一种实施方式中,S4还包括,在第二液体中按重量比羧基化碳纳米管:PDA=1:1-1:3加入羧基化碳纳米管,保持搅拌并超声处理0.5-1h,离心后收集第二产物,洗涤第二产物后真空干燥,并在惰性气氛下400-500℃煅烧2-4h,获得PDA/CNT@钴包覆镍锰酸锂正极材料。

[0010]第二方面,本申请提供一种钴包覆镍锰酸锂正极材料,根据第一方面的制备方法制备而成。

[0011]在一种实施方式中,钴包覆镍锰酸锂正极材料是由一次晶粒组成球形的二次晶粒形貌。

[0012]在一种实施方式中,PDA/CNT@钴包覆镍锰酸锂正极材料中,至少部分碳纳米管穿透了PDA层。

[0013]第三方面,本申请还提供一种锂离子电池,锂离子电池包括正极和负极,锂离子电池的正极为第二方面的钴包覆镍锰酸锂正极材料制备而成。

[0014]本申请实施方式提供的方法制备的锂离子电池用钴包覆镍锰酸锂正极材料,通过原位共沉淀法在前驱体表面构建微量钴包覆层,利用钴的电子传导增强效应改善界面稳定性,保留材料体相无钴特性,使材料具有完整的晶体结构,应用于锂离子电池时,具有较好的放电比容量和循环性能,电化学稳定性显著增强。

附图说明

[0015]为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案,下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0016]图1示出了本申请实施例1的Co-A-NM64前驱体即LiNi0.6Mn0.4(OH)2放大倍数为5000倍的SEM图。

[0017]图2示出了本申请实施例1的Co-A-NM64放大倍数为5000倍的SEM图。

[0018]图3示出了本申请实施例1的Co-A-NM64放大倍数为20000倍的SEM图。

[0019]图4示出了本申请实施例5的Co-A-NM64@PDA/CNT放大倍数为20000倍的SEM图。

[0020]图5示出了本申请实施例1的钴包覆镍锰酸锂正极材料制得的电池的长循环性能图。

具体实施方式

[0021]为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施方式中的附图,对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然,所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式,本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本申请保护的范围。

[0022]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

[0023]本申请实施方式提供了一种钴包覆镍锰酸锂正极材料由以下步骤制备而成:

S1:按摩尔比Co:TM(Ni+Mn)= 1:200-1:50称取Co(NO3)2·6H2O和LiNi0.6Mn0.4(OH)2,示例性的,Co:TM(Ni+Mn)= 1:200/1:150/1:100/1:50。按摩尔比NH3:Co=480:1-500:1,示例性的,NH3:Co2+=480:1/490:1/500:1,将Co(NO3)2·6H2O溶解于分析纯氨水中搅拌至完全溶解,后加入LiNi0.6Mn0.4(OH)2,室温下搅拌1-2h后抽滤、洗涤并干燥后得到Co-A-NM64前驱体;

S2:按摩尔比TM(Ni+Mn):Li=1:1.05-1:1.1称取Co-A-NM64前驱体和锂源,研磨0.5-1h混合均匀,得到混合粉末,其中锂源可以为Li2CO3或LiOH;

S3:将混合粉末在空气气氛下700-1000℃退火10-15h,优选的,将混合粉末在空气气氛下以5-10℃/min的升温速率加热至400-600 ℃预烧结3-5 h,示例性的,升温速率可以为5℃/min、7℃/min、8℃/min,预烧结温度可以为400℃、500℃、600℃,预烧结的时间可以为3h、4h、5h,接着以2/3/4/5 ℃/min的升温速率加热到800-900 ℃,示例性的,烧结温度可以为800℃、850℃、900℃,高温烧结12 h冷却后得到钴包覆镍锰酸锂正极材料。

[0024]在一种实施方式中,制备方法还包括S4:按重量比钴包覆镍锰酸锂正极材料:Tris缓冲液=1:100-2:100将钴包覆镍锰酸锂正极材料分散于三羟甲基氨基甲烷(Tris(hydroxymethyl)aminomethane,常简称Tris)缓冲液(pH=8.5),得到第一液体,将第一液体超声处理0.5-1h,确保钴包覆镍锰酸锂正极材料分散均匀,再按重量比1%wt多巴胺盐酸盐溶液:第一液体=3:100-8:100匀速缓慢滴加1%wt多巴胺盐酸盐(DA)溶液至第一液体,在室温下搅拌10-12h得到第二液体,搅拌速率控制在300rpm左右,多巴胺在碱性环境中发生氧化自聚,形成聚多巴胺(PDA)包覆层,包覆于钴包覆镍锰酸锂正极材料。将第二液体离心后收集第一产物,将第一产物用去离子水和乙醇交替洗涤3次后,在60℃下真空干燥12h,并在惰性气氛下400-500℃煅烧2-4h,获得PDA@钴包覆镍锰酸锂正极材料。

[0025]在一种实施方式中,S4还包括,在第二液体中加入羧基化碳纳米管(CNT-COOH),保持搅拌并采用80W 40kHz超声机中超声处理0.5-1h,离心后收集第二产物,第二产物去离子水和乙醇交替洗涤3次后60℃下真空干燥12h,并在惰性气氛下400-500℃煅烧2-4h,获得PDA/CNT@钴包覆镍锰酸锂正极材料。

[0026]本申请实施方式提供的方法制备的锂离子电池用钴包覆镍锰酸锂正极材料,通过原位共沉淀法在前驱体表面构建微量钴包覆层,利用钴的电子传导增强效应改善界面稳定性,保留材料体相无钴特性,使材料具有完整的晶体结构,具有较好的放电比容量和循环性能,电化学稳定性显著增强。

[0027]下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。以下实施例和对比例中使用的各仪器的型号和厂家为:

真空干燥箱,DZF-250,北京市永光明医疗仪器有限公司;管式炉,合肥科晶材料技术有限公司;涂覆机,AFA-1,合肥科晶材料技术有限公司;手套箱,MB-Labstar,布劳恩惰性气体(上海)有限公司;电池测试系统,CT2001A,武汉蓝电电子股份有限公司;电化学工作站,V54829, Ivium(荷兰)。

[0028]实施例1:

[0029]取Co(NO3)2·6H2O,0.1596g和NM64前驱体(LiNi0.6Mn0.4(OH)2)5g,先将0.1596gCo(NO3)2·6H2O加入20mL分析纯氨水中搅拌至完全溶解,再加入NM64前驱体,搅拌1.5 h后抽滤,用去离子水和无水乙醇分别洗涤三次后,先放入120 ℃的烘箱中干燥2-3 h,再转移至80 ℃的真空干燥箱中干燥12 h,得到Co-A-NM64前驱体,请参阅图1,图1示出Co-A-NM64前驱体放大倍数为5000倍的SEM图。

[0030]按摩尔比TM(Ni+Mn):Li=1:1.05的比例取Co-A-NM64前驱体5g和Li2CO32.127g,研磨1 h至混合均匀,得到前驱体与锂源的混合粉末;

将前驱体与锂源的混合粉末放入炉中,在空气气氛下气氛下设置煅烧程序:

1)以5 ℃/min的升温速率,从室温加热到500 ℃并预烧结300 min;

2)以2 ℃/min的升温速率,从500℃加热到850 ℃并烧结720 min;

3)结束程序,自然冷却至室温得到钴包覆镍锰酸锂正极材料Co-LiNi0.6Mn0.4O2,记作Co-A-NM64;

烧结后的材料在80 ℃的真空干燥箱内保存。

[0031]将所得到的Co-A-NM64进行了电子扫描电镜(SEM)测试,测试得到的扫描电镜图示于图2和图3,请参阅图2-3,示出Co-A-NM64为由一次晶粒组成球形的二次晶粒形貌,具有典型的多晶结构。

[0032]实施例2:

[0033]本实施例与实施例1的区别仅在于,取0.0798Co(NO3)2·6H2O和NM64前驱体5g,其他条件与参数与实施例1完全相同。

[0034]实施例3:

[0035]本实施例与实施例1的区别仅在于,取0.3192gCo(NO3)2·6H2O和NM64前驱体5g,其他条件与参数与实施例1完全相同。

[0036]实施例4:

[0037]本实施例与实施例1的区别仅在于,取烧结后的Co-A-NM64材料1g,分散于100mLTris缓冲液(pH=8.5)中,超声处理30分钟,确保颗粒均匀分散,向上述溶液在2h内,匀速缓慢滴加5mL 1%质量分数的多巴胺盐酸盐(DA)溶液,搅拌速率控制在300 rpm,避免颗粒团聚;然后在室温(25℃)下持续搅拌12小时,8000 rpm离心分离10分钟,用去离子水和乙醇交替洗涤3次产物,去除未反应的DA单体。最后,在60℃真空干燥12小时,然后在惰性气体保护下,采用400℃中温煅烧4h,得到PDA @钴包覆镍锰酸锂正极材料,记作Co-A-NM64@PDA。

[0038]实施例5:

[0039]本实施例与实施例1的区别仅在于,取烧结后的Co-A-NM64材料1g,分散于100mLTris缓冲液(pH=8.5)中,超声处理30分钟,确保颗粒均匀分散,向上述溶液在2h内,匀速缓慢滴加5mL 1%质量分数的多巴胺盐酸盐(DA)溶液,搅拌速率控制在300 rpm,避免颗粒团聚;然后在室温(25℃)下持续搅拌12小时,在溶液中加入0.05g羧基化碳纳米管(CNT-COOH),保持搅拌并采用80W 40kHz超声机中超声处理60min,8000 rpm离心分离10分钟,用去离子水和乙醇交替洗涤3次产物,在60℃下真空干燥12小时,然后在惰性气体保护下,采用400℃中温煅烧4h,得到Co-A-NM64@PDA/CNT。将所得到的PDA/CNT@钴包覆镍锰酸锂正极材料记作Co-A-NM64@PDA/CNT进行了电子扫描电镜(SEM)测试,测试得到的扫描电镜图示于图4,图4示出碳纳米管在材料表面均匀附着,并且可以看出部分碳纳米管穿透了PDA层。

[0040]对比例1:

本实施例与实施例1的区别在于,取NM64前驱体(LiNi0.6Mn0.4(OH)2)5g,将5gNM64前驱体加入20mL分析纯氨水中搅拌1.5 h后抽滤,用去离子水和无水乙醇分别洗涤三次后,先放入120 ℃的烘箱中干燥2-3 h,再转移至80 ℃的真空干燥箱中干燥12 h,得到A-NM64;

按摩尔比Co:TM(Ni+Mn):Li=0.01:1:1.05的比例取Co(NO3)2·6H2O、A-NM64和Li2CO3,研磨1 h至混合均匀,得到混合粉末,混合粉末的煅烧参数与实施例1完全相同。

[0041]对比例2:

本实施例与实施例1的区别在于,按摩尔比Co:TM(Ni+Mn):Li=0.01:1:1.05的比例取Co(NO3)2·6H2O,NM64前驱体和Li2CO3,研磨1 h至混合均匀,得到混合粉末,混合粉末的煅烧参数与实施例1完全相同。

[0042]对比例3:

本实施例与实施例1的区别仅在于,按摩尔比TM(Ni+Mn):Li=1:1.05的比例取NM64前驱体和Li2CO3,研磨1 h至混合均匀,得到混合粉末,混合粉末的煅烧参数与实施例1完全相同。

[0043]对比例4:

本实施例与实施例1的区别仅在于,分析纯氨水用量改为5ml,其他条件与参数与实施例1完全相同。

[0044]对比例5:

本实施例与实施例4的区别仅在于,将实施例4得到的Co-A-NM64@PDA材料在乙醇中分散均匀,然后在80W 40kHz超声机中超声处理120s,离心收集后烘干。

[0045]对比例6:

本实施例与实施例5的区别仅在于,将实施例5得到的Co-A-NM64@PDA/CNT材料在乙醇中分散均匀,然后在80W 40kHz超声机中超声处理120s,离心收集后烘干。

[0046]性能测试:

按照质量比8:1:1分别称取各实施例、对比例得到的正极材料、导电剂(超导碳)、粘结剂(优选为聚偏氟乙烯PVDF)溶于1-甲基-2-吡咯烷酮NMP中,搅拌4~8 h,得到Co-A-NM64正极浆料。使用涂覆机将正极浆料均匀涂在铝箔集流体上,真空干燥12 h,切片得到直径为12 mm的正极片,极片的面负载量约为4~7 mg cm-2。在充满氩气的手套箱内(H2O < 0.5ppm, O2 < 0.5 ppm),将得到的正极片与市售锂片以及市售pp隔膜组合,加入商用电解液(3240)、组装电池外壳后得到电池。

[0047]电池性能测试方法:

循环性能测试:采用中国武汉蓝电测试系统,在30℃的恒温环境下,测试电池的恒流恒压充放电(CCCV)曲线,以180 mA/g的电流密度充电至4.4 5V,然后保持4.45V的电压至电流密度降低至9mAh/g以下,最好以180mAh/g的电流密度放电至2.7V,记为第一圈循环,记录首圈可逆容量D1和首次库伦效率。重复前述充放电过程,记录循环第n圈的可逆容量Dn,并计算第n圈的容量保持率。

[0048]将组装的电池静置12 h后,进行电化学性能测试,电压窗口设为2.7-4.45V。测试结果如表1所示。

[0049]表1:

[0050]如表1所示,通过本发明的锂离子电池正极材料制备工艺所制得的正极材料,在测试条件为电压2.7 V-4.45 V,1 C下进行电化学测试,具有较高的首圈充/放电比容量,首圈库仑效率明显增大,如实施例1的首圈比容量为193.52 mAh/g,库仑效率达87.00 %。此外,请参阅图5,由图5可知实施例1在250圈循环后比容量高达174.9 mAh/g,容量保持率为90.38 %。

[0051]实施例1的钴包覆工艺采用原位共沉淀法进行前驱体改性,在煅烧之前将硝酸钴与NM64前驱体共沉淀,使钴元素均匀分布于前驱体表面且减少了表面镍元素的比例,减少了表面的阳离子混排,后进行煅烧,形成稳定的的钴包覆层。这种包覆工艺增强了材料界面稳定性,抑制了充放电过程中的表面重构和过渡金属TM溶解,表面钴包覆可以通过加速离子和电子传输来提高反应动力学,从而实现了高首圈放电容量(193.52 mAh/g)、高库仑效率(87%)和优异的循环保持率(250圈90.38%)。实施例2采用低钴比例,实施例3采用高钴比例,虽然都有较高的循环保持率(91.36%、93.34%),但首圈容量(172.87、168.92 mAh/g)和库仑效率(81.63%、80.28%)均低于实施例1,这表明钴过少虽然提供了一定稳定界面的作用,但过少的钴未能有效地促进离子传导,过多则可能导致表面镍元素过少,可能形成特殊相,阻碍锂离子扩散。

[0052]对比例1将硝酸钴与A-NM64和Li2CO3混合均匀后直接进行煅烧,虽然在第一步时仍减少了表面的镍元素,但没有原位产生钴包覆层,可能会导致钴元素分布不均匀,未能很好地抑制充放电过程中的表面重构。尽管首圈容量(187.63 mAh/g)和库仑效率(86.95%)接近实施例1,但循环保持率仅为78.20%,显著下降。对比例2未进行原位共沉淀步骤,钴仅以研磨的传统方式掺杂进材料体相,虽然发挥出了钴提高反应动力学的优势,但体相钴的存在也引发了富钴材料固有充放电过程中更严重的相变,降低了循环稳定性,首圈放电比容量(181.34 mAh/g),首圈库仑效率(81.75%)和循环保持率(68.31%)低。实验结果表明,共沉淀法对原位构建稳定均匀的钴包覆层起到了关键作用。

[0053]对比例3采用原始的无钴二元材料,首圈容量(168.51 mAh/g)和循环保持率(86.42%)均显著下降,证明钴对促进反应动力学和保持结构稳定的重要性。对比例4中减少了氨水用量,在前驱体合成步骤中氨水不足,导致共沉淀反应不充分,表面包覆层结构不均一,首圈容量(172.94 mAh/g)和保持率(81.39%)均低于实施例1。上述结果表明,前驱体的改性工艺对材料的最终性能具有极大影响。

[0054]实施例4在钴包覆的锂离子电池正极材料表面引入聚多巴胺(PDA)层,通过其独特的物理屏障与化学调控双重机制显著提升循环寿命。PDA层作为致密的物理屏障,可隔绝电解液与钴包覆层的直接接触,抑制高压下钴离子的溶解(溶出量可降低50%以上)及过渡金属的迁移(使得负极表面Mn沉积量减少),同时其丰富的氨基(-NH2)和酚羟基(-OH)官能团可与钴形成配位键,稳定晶格氧并抑制氧空位导致的晶格畸变。在电化学过程中,PDA优先与电解液反应生成富含LiF/Li3PO4的稳定固液电解质界面(SEI)膜,显著降低界面副反应并减少电解液分解,而PDA的柔性结构可动态修复充放电体积膨胀引发的SEI裂纹。最终其循环性能显著提升,实现了对高能量密度正极材料的多维度保护。

[0055]实施例5中的Co-A-NM64@PDA/CNT材料则是由于加入了CNT(碳纳米管),羧基化的CNT能够有效与PDA的官能团相结合,同时部分CNT在超声中穿透了PDA层,将其有效固定在钴包覆层上,进而具有更好的机械稳定性。因此,超声处理后的Co-A-NM64@PDA/CNT性能变化不大。因此,CNT与PDA产生了有效的协同作用。此外,CNT具有良好的导电性,经过煅烧后更是如此,它加入在PDA与钴包覆层之间,以及钴包覆层对外界之间也建立起有效的快速导电网络,实现首圈库伦效率的明显提高。对比例5和对比例6模拟了两种正极材料在实际使用时被外力所破坏的情况,煅烧后的Co-A-NM64@PDA材料存在脆性,包覆层容易脱离主体,导致其失效,进而导致性能降低。

[0056]此外,术语“一些实施方式”、“其他实施方式”等的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本申请中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本申请中描述的不同实施方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。

[0057]以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施方式对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施方式技术方案的精神和范围,均应包含在本申请的保护范围之内。

说明书附图(5)

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标签:镍锰酸锂正极材料,锂离子电池
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