复合正极材料及其制备方法、锂离子电池技术

本发明专利技术属于电池技术领域，尤其涉及一种复合正极材料，包括正极材料及覆于所述正极材料表面的包覆层，所述包覆层包括过渡金属氧化物与含碳材料。本发明专利技术提供的复合正极材料，由于正极活性材料表面包覆有过渡金属氧化物和含碳材料的复合包覆层，可有效提高正极活性材料的循环使用寿命和稳定性能；同时可有效降低复合正极材料的电阻率，提高电池的电化学性能。因而，本发明专利技术提供的复合正极材料不但克容量高，而且稳定性好，循环使用寿命长，同时导电性能好，可有效提高锂离子电池的电化学性能。可有效提高锂离子电池的电化学性能。可有效提高锂离子电池的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
复合正极材料及其制备方法、锂离子电池


[0001]本专利技术属于电池
，尤其涉及一种复合正极材料及其制备方法，以及一种锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池，具有比能量高、工作电压高、安全性好、无记忆效应等一系列的优点，广泛应用于便携式电子产品、交通运输、航空航天等领域。随着电池应用领域的不断拓宽及相应产品的不断升级与换代，对锂离子电池提出越来越高的要求，而提高电池综合性能的最直接办法是改善电池材料性能。正极材料作为电池核心部件之一，对电池综合性能起着关键性作用。三元正极材料因其优异的能量密度被广泛应用，但其循环性能和稳定性能差。随着市场对能量密度需求的不断提高，三元正极材料也不断往高镍方向发展，但随着镍含量的增高，三元材料的循环性能及稳定性的缺陷也更加凸显。
[0003]目前，改善三元等正极材料的稳定性和循环性能的方法主要有：掺杂改性和表面包覆改性。其中，表面包覆是产业化中比较常用的一种改性手段。最主流的包覆工艺是干法包覆，这种混合方式本质上是固体颗粒与固体颗粒混合，纳米颗粒因表面活性高、自身易团聚，分散困难。并且这种干法包覆属于固-固包覆，不能从分子水平上进行混合，包覆均匀性难保证。此外，纳米粉体与常规原料相比，价格相差较大。另外，湿法包覆的技术也有不少研究，目前主要是通过加入可溶型无机试剂，在碱性条件下将需要包覆的化合物形成氢氧化物沉淀，对三元等正极材料表面进行包覆。但是，Ni(OH)2、Co(OH)2、Mn(OH)2、Al(OH)3等氢氧化物溶解度常数相差较大，在共沉淀时，所有元素不会同时沉淀析出，溶解度常数小的优先沉淀、溶解度大的后沉淀，从而导致包覆不均匀，包覆效果不佳，导致对三元等正极材料的稳定性和循环性能改善效果不佳。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种复合正极材料及其制备方法，以及一种锂离子电池，旨在一定程度上解决现有三元等正极材料稳定性差、循环性能不佳的问题。
[0005]为实现上述申请目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种复合正极材料，包括正极材料及覆于所述正极材料表面的包覆层，所述包覆层包括过渡金属氧化物与含碳材料。
[0007]进一步地，所述包覆层中的过渡金属氧化物与含碳材料的质量比为(0.05～0.5)：(0.1～1)，该比例的复合包覆层对正极材料的稳定性、使用寿命以及导电性能有最佳的综合提升效果。
[0008]进一步地，所述包覆层的厚度为1～10nm，该厚度包覆层的复合正极材料有最佳的稳定性、使用寿命和电导率，综合性能最好。
[0009]进一步地，所述正极材料为NCM三元正极材料、钴酸锂、锰酸锂等、镍酸锂、富锂锰基中一种或者多种，这些正极活性材料具有克容量高、工作电压与常规电解液匹配性能好，
安全性好等特性。
[0010]进一步地，所述过渡金属氧化物为氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化钇中的至少一种，这些过渡金属氧化物对正极活性材料的稳定性和循环寿命，均具有较好的提升效果。
[0011]第二方面，本专利技术提供一种复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012]获取正极材料和过渡金属有机物；
[0013]将所述正极材料、所述过渡金属有机物与溶剂混匀、干燥后得到复合正极材料前驱体；
[0014]将所述复合正极材料前驱体进行煅烧处理，得到所需复合正极材料，所述复合正极材料表面具有包括过渡金属氧化物与含碳材料的包覆层。
[0015]进一步地，所述复合正极材料的包覆层中，所述包覆层中的过渡金属氧化物与含碳材料的质量比为(0.05～0.5)：(0.1～1)，该比例的复合包覆层对正极材料的稳定性、使用寿命以及导电性能有最佳的综合提升效果。
[0016]进一步地，所述包覆层的厚度为1～10nm，该厚度包覆层的复合正极材料有最佳的稳定性、使用寿命和电导率，综合性能最好。
[0017]进一步地，所述煅烧处理的条件包括：以升温速率为5℃/min～15℃/min升温至600℃～800℃，恒温煅烧4h～10h，煅烧充分，效果好。
[0018]进一步地，所述干燥处理的步骤包括：将所述过渡金属有机物溶解在溶液中，添加所述正极活性材料进行混合处理，然后在温度为150℃～300℃的条件下干燥，除去反应体系中的溶剂，使过渡金属有机物均匀的析出并包覆在正极活性材料表面，为后续煅烧得到均匀的包覆层提供条件。
[0019]进一步地，所述正极材料、所述过渡金属有机物与溶剂混合后的反应体系中，正极材料与所述过渡金属有机物的摩尔比为1：(0.01～0.1)，该配比的物质组分不但有效确保了制得的复合正极材料中有合适厚度的包覆层，提高正极材料的稳定性和使用寿命，并提高其导电性能。
[0020]进一步地，将所述正极活性材料、所述过渡金属有机物与溶剂混合后的体系中，所述过渡金属有机物的浓度为0.01g/mL～0.1g/mL，该浓度的过渡金属有机物与正极活性材料之间有较好的混合效果。
[0021]进一步地，所述正极材料为NCM811、NCM622、NCM523、NCM111、钴酸锂、锰酸锂等、镍酸锂、富锂锰基材料中的至少一种，这些正极活性材料具有克容量高、工作电压与常规电解液匹配性能好，安全性好等特性。
[0022]进一步地，所述过渡金属有机物为含铝有机物、含钛有机物、含锆有机物、含钇有机物中的至少一种，这些过渡金属有机物不但能为包覆层提供过渡金属氧化物保护层，而且能同时生成含碳材料，提高正极材料的导电性能。
[0023]进一步地，溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、乙二醇、丙三醇中的至少一种，这些醇类溶剂对过渡金属有机均具有较好的溶解性能。
[0024]进一步地，所述含铝有机物为甲酸铝、乙酸铝、三烷基铝、三乙基铝、三异丁基铝中的至少一种。进一步地，所述含锆有机物为乙酸锆、正丙醇锆、正丁醇锆、异辛酸锆中的至少一种。进一步地，所述含钛有机物为乙酸钛、三异丙甲基钛中的至少一种。进一步地，所述含钇有机物为乙酸钇、甲醇钇、丙醇钇、叔丁醇钇中的至少一种。这些具体的含铝有机物、含钛
有机物、含锆有机物、含钇有机物，分解后产物除过渡金属氧化物外，仅为含一氧化碳、二氧化碳等碳氧化物和水蒸气，可以气态的形式排出，无残留，提高产品纯度。
[0025]第三方面，本专利技术提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包含有上述方法制备的复合正极材料，或者包含有上述的复合正极材料。
[0026]本专利技术第一方面提供的复合正极材料，由于正极活性材料表面包覆有过渡金属氧化物和含碳材料的复合包覆层，可有效提高正极活性材料的循环使用寿命和稳定性能；同时可有效降低复合正极材料的电阻率，提高电池的电化学性能。因而，本专利技术提供的复合正极材料不但克容量高，而且稳定性好，循环使用寿命长，同时导电性能好，可有效提高锂离子电池的电化学性能。
[0027]本专利技术第二方面提供的复合正极材料的制备方法，为通过结晶析出的湿法包覆方法，不但工艺简单，适用于工业化大规模生产和应用；而且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合正极材料，其特征在于，包括正极材料及覆于所述正极材料表面的包覆层，所述包覆层包括过渡金属氧化物与含碳材料。2.如权利要求1所述的复合正极材料，其特征在于，所述包覆层中的过渡金属氧化物与含碳材料的质量比为(0.05～0.5)：(0.1～1)。3.如权利要求1所述的复合正极材料，其特征在于，所述包覆层的厚度为1～10nm。4.如权利要求1所述的复合正极材料，其特征在于，所述正极材料为NCM三元正极材料、钴酸锂、锰酸锂等、镍酸锂、富锂锰基中一种或者多种；和/或，所述过渡金属氧化物为氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化钇中的一种或者多种。5.一种复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：获取正极材料和过渡金属有机物；将所述正极材料、所述过渡金属有机物与溶剂混匀、干燥后得到复合正极材料前驱体；将所述复合正极材料前驱体进行煅烧处理，得到所需复合正极材料，所述复合正极材料表面具有包括过渡金属氧化物与含碳材料的包覆层。6.如权利要求5所述的复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述包覆层中的过渡金属氧化物与含碳材料的质量比为(0.05～0.5)：(0.1～1)；和/或，所述包覆层的厚度为1～10nm。7.如权利要求5所述的复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述煅烧处理的条件包括：以升温速率为5℃/min～15℃/min升温至600℃～800℃，恒温煅烧4h～10h；和/或，所述复合正极材料前驱体的制备步骤包括：将所述过渡金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：恒大新能源技术深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：