一种正极材料、其制备方法及其锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种正极材料，包括正极材料基体，以及复合于所述正极材料基体表面的AlN纳米片。本发明专利技术利用AlN高导热的性能，在正极材料表面复合AlN纳米片，通过多个颗粒的AlN纳米片互相接触，构成导热网络结构。当电池内部热量开始产生时就可以将热量传导到极片集流体，然后通过集流体传导至电池外部，降低锂离子电池热失控风险。本发明专利技术利用AlN纳米片耐腐蚀性强的性能，还可以有效隔绝正极材料和电解液的直接接触，避免副反应的产生，从而提高正极材料的循环性能。另外，利用AlN纳米片具有较高的结构耐压强度，能够避免正极材料极片在辊压时破碎，从而提高正极材料的循环性能。从而提高正极材料的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料、其制备方法及其锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种正极材料、其制备方法及其锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池在生产生活用的应用越来越多，但是人们对电池安全性能的担忧，影响了锂离子电池在电动自行车、电动汽车领域的大规模应用。根据不完全统计，2020年新能源汽车全年累计销量达到110万辆，但是全年被媒体报道的汽车自燃、冒烟事故就达到124起，其中夏季发生的自燃、冒烟事故占比接近一半。研究表明，自燃、冒烟事故的主要原因是充放电时电池内部聚集的热量不能快速传导、使得电池局部温度过高、超过了电池内部材料的燃点。
[0003]通常的解决办法是在电池外部安装利于散热的装置或者使用热传感器控制主动冷却系统的介入。如公开号CN209087944U的中国专利公开了一种锂离子电池组散热系统，在电池壳体外表面绕设散热盘管，使锂离子电池组在发生热失控反应时，及时将锂离子电池组内部产生的热量中的一部分传输至散热盘管，从而减低了锂离子电池在热失控下的安全隐患。如公开号CN111370811A的中国专利公开了一种锂离子电池模组及其散热方法，通过在极耳汇流排上压合内置有相变材料的热管，并将热管连接风冷散热器，集成极耳散热、风冷散热和热管技术，确保锂离子电池模组工作在舒适且安全的温度区间，保证电池间温度的一致性，同时不出现极耳局部过热现象。如公开号为CN110690527B的中国专利公开了一种由石墨烯导热膜构成了动力锂电池均温散热系统。包括锂电池本体以及包覆于锂电池本体的铜基石墨烯纳米微片复合导热膜，通过边缘化石墨烯纳米微片的芳香层和环烷酸铜之间的共轭作用，构建出具有三维多孔结构的氧化石墨烯
‑
铜基复合材料，通过多孔结构有效提高散热性能。
[0004]以上专利中，对锂离子电池散热或降低锂离子热失控的方法都是在锂离子电池外部，对热量的传导远远滞后于热量的产生，所以难以保证锂离子电池热失控管理的及时性和有效性，提高了电池组热失控的风险。而且，这些锂离子电池外部的散热装置通常都需要大量的安装空间，降低了锂离子电池组的体积能量密度。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种正极材料、其制备方法及其锂离子电池，本专利技术提供的正极材料具有优异的热传导能力，可以将锂离子电池快速充放电时产生的热量迅速传导到电池外部，从而降低锂离子电池的表面温度，提高电池的安全性能，并且具有良好的循环性能。
[0006]本专利技术提供了一种正极材料，包括正极材料基体，以及复合于所述正极材料基体表面的AlN纳米片。
[0007]优选的，所述AlN纳米片的厚度为3～50nm，所述AlN纳米片表面的尺寸为20～
500nm。
[0008]优选的，所述AlN纳米片分散复合于所述正极材料基体表面，或所述AlN纳米片形成AlN纳米片层包覆于所述正极材料基体表面。
[0009]优选的，所述正极材料基体与AlN纳米片的摩尔比为1：0.0001～0.01，优选为1:0.005～0.005。
[0010]本专利技术还提供了一种上述正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]A)将含铝化合物与所述正极材料基体混合后烧结，得到烧结产物；
[0012]B)将所述烧结产物通入含氨气的气体进行第二次烧结，得到正极材料。
[0013]优选的，所述含铝化合物选自纳米氧化铝、氢氧化铝、水合氧化铝、硝酸铝、氯化铝和铝粉中的一种或多种；
[0014]所述正极材料基体选自富锂锰正极材料、钴酸锂正极材料、镍酸锂正极材料、三元正极材料、高镍正极材料；
[0015]所述含铝化合物与正极材料基体的摩尔比为(0.0001～0.08):1。
[0016]优选的，步骤A)中，所述烧结的温度为750～1000℃，时间为4～24h。
[0017]优选的，所述含氨气的气体为氨气或氨气与氩气的混合气体。
[0018]优选的，所述烧结的温度为800～950℃，时间为0.5～24h。
[0019]本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括上述正极材料。
[0020]与现有技术相比，本专利技术提供了一种正极材料，包括正极材料基体，以及复合于所述正极材料基体表面的AlN纳米片。本专利技术利用AlN高导热的性能，在正极材料表面复合AlN纳米片，通过多个颗粒的AlN纳米片互相接触，构成导热网络结构。当电池内部热量开始产生时就可以将热量传导到极片集流体，然后通过集流体传导至电池外部，降低锂离子电池热失控风险。本专利技术利用AlN纳米片耐腐蚀性强的性能，还可以有效隔绝正极材料和电解液的直接接触，避免副反应的产生，从而提高正极材料的循环性能。另外，利用AlN纳米片具有较高的结构耐压强度，能够避免正极材料极片在辊压时破碎，从而提高正极材料的循环性能。
[0021]本专利技术还提供了一种正极材料的制备方法，本专利技术使用氨气作为氮化气源，氨气在高温下分解为氮气和氢气，氢气还原基体表面的氧化铝为铝，然后铝与氮气发生反应生成AlN纳米片。这种方法可以简单、有效的在富锂正极材料表面制备出AlN纳米片，还能精确控制控制AlN纳米片的厚度。本专利技术所述的制备方法，工艺简单可控、利于环保、可以快速地大规模生产、生产成本低。
附图说明
[0022]图1为富锂锰基体富锂锰基体Li
1.144
(Ni
0.136
Co
0.136
Mn
0.544
)O2的SEM图；
[0023]图2为实施例1制备的正极材料的SEM图；
[0024]图3为比较例1和实施例1制作的软包电池的示意图；
[0025]图4为比较例1和实施例1制作的电池循环性能对比曲线。
具体实施方式
[0026]本专利技术提供了一种正极材料，包括正极材料基体，以及复合于所述正极材料基体
表面的AlN纳米片。
[0027]在本专利技术中，所述AlN纳米片的厚度为3～50nm，尺寸为20～500nm。
[0028]所述AlN纳米片分散复合于所述正极材料基体表面，或所述AlN纳米片形成AlN纳米片层包覆于所述正极材料基体表面。
[0029]所述正极材料基体与AlN纳米片的比例为1：0.0001～0.08，优选为1:0.005～0.08。在该比例条件下，可以在不影响材料的放电比容量的情况下，提高材料的Li离子迁移率。
[0030]本专利技术还提供了一种上述正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0031]A)将含铝化合物与所述正极材料基体混合后烧结，得到烧结产物；
[0032]B)将所述烧结产物通入含氨气的气体进行第二次烧结，得到正极材料。
[0033]本专利技术首先将含铝化合物与所述正极材料基体混合得到混合物。其中，所述含铝化合物选自纳米氧化铝、氢氧化铝、水合氧化铝、硝酸铝、氯化铝和铝粉中的一种或多种；优选为纳米氧化铝、氢氧化铝、水合氧化铝、纳米铝粉。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，包括正极材料基体，以及复合于所述正极材料基体表面的AlN纳米片。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述AlN纳米片的厚度为3～50nm，所述AlN纳米片表面的尺寸为20～500nm。3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述AlN纳米片分散复合于所述正极材料基体表面，或所述AlN纳米片形成AlN纳米片层包覆于所述正极材料基体表面。4.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料基体与AlN纳米片的摩尔比为1：0.0001～0.08，优选为1:0.005～0.08。5.一种如权利要求1～4任意一项所述的正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)将含铝化合物与所述正极材料基体混合后烧结，得到烧结产物；B)将所述烧结产物通入含氨气的气体进行第二次...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾庆文，赛喜雅勒图，刘兆平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：