正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了正极材料及其制备方法和应用。该正极材料包括正极活性材料和形成在所述正极活性材料表面的交联聚合物/TiOF2/导电剂复合包覆层。该正极材料不仅结构稳定性和化学稳定性好，而且兼具较好的离子电导率和电子电导率，将其用于电池中不仅能显著提升电池的安全性能，还能在不影响电池倍率性能的基础上提高电池的容量和循环性能。高电池的容量和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池领域，具体而言，涉及正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前动力电池使用的正极材料主要有磷酸铁锂、镍钴锰三元材料(NCM)或镍钴铝三元材料(NCA)，高镍三元正极材料尤其是8系高镍材料由于其高的容量便成为首选正极材料，然而，高镍材料中高价镍的高活性会导致电池容量快速衰减、电池发生鼓胀，同时产生一系列的安全问题，因此，高镍正极材料仍有待进一步改进。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出正极材料及其制备方法和应用。该正极材料不仅结构稳定性和化学稳定性好，而且兼具较好的离子电导率和电子电导率，将其用于电池中不仅能显著提升电池的安全性能，还能在不影响电池倍率性能的基础上提高电池的容量和循环性能。
[0004]本专利技术主要是基于专利技术人的以下发现提出的：
[0005]目前对于NCM三元材料的改性主要是体相掺杂和表面包覆，体相掺杂的元素主要是Mg、Al、Ti、Zr、B等，包覆材料主要是Al2O3、ZrO2、TiO2、B2O3、MoO3、WO3等，改性后NCM与电解液的界面稳定性得到了一定程度的改善，但是改性后的材料由于包覆物导电能力差、离子传导不良引起材料的能量密度降低、倍率性能变差；此外，改性后的材料虽然在一定程度上抑制了界面副反应，对过热、过充安全性有所改善，但对电池发生短路时的安全性无改善。
[0006]为此，根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提出了一种正极材料。根据本专利技术的实施例，该正极材料包括：正极活性材料和形成在所述正极活性材料表面的交联聚合物/TiOF2/导电剂复合包覆层。
[0007]根据本专利技术上述实施例的正极材料，交联聚合物/TiOF2/导电剂复合包覆层包含活化后可传输锂离子的TiOF2和电子导电剂，一方面可以抑制活性材料与电解液之间的接触反应但不影响离子传输；另一方面交联聚合物的交联结构在稳定包覆层自身结构的同时也能改善正极活性材料二次球颗粒的稳定性；更重要的是，当电池发生过充、短路等滥用条件导致电池温度达到100℃左右时，该聚合物会发生体积膨胀，可极大地降低正极材料的离子电导率和电子电导率，从而显著提升电池的安全性能。由此，该正极材料不仅结构稳定性和化学稳定性好，而且兼具较好的离子电导率和电子电导率，将其用于电池中不仅能显著提升电池的安全性能，还能在不影响电池倍率性能的基础上提高电池的容量和循环性能。
[0008]另外，根据本专利技术上述实施例的正极材料还可以具有如下附加的技术特征：
[0009]在本专利技术的一些实施例中，以所述正极材料为基准，所述复合包覆层的含量为0.01～5wt％。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，所述复合包覆层中，所述交联聚合物、所述TiOF2和所述导电剂的质量比为(3～17)：(80～96)：(1～3)。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述交联聚合物的主体结构上具有醚氧键。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述正极材料至少满足以下条件之一：所述导电剂包括选自炭黑、超导炭黑、石墨烯和碳纳米管中的至少之一；所述交联聚合物的聚合单体包括选自聚乙二醇甲醚丙烯酸酯、聚乙二醇二烯丙基酸酯和聚乙二醇二烯丙基醚中的至少之一；所述正极活性材料为镍钴锰三元高镍正极材料。
[0013]根据本专利技术的第二个方面，本专利技术提出了一种制备上述正极材料的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括方案1或者方案2，其中：
[0014]方案1：将所述正极活性材料分散于有机溶剂中，并与TiF4的乙醇溶液、所述交联聚合物的聚合单体、所述导电剂、聚合催化剂和引发剂混合，于100～200℃下搅拌反应4～24h，以便在所述正极活性材料表面形成交联聚合物/TiOF2/导电剂复合包覆层，得到正极材料；
[0015]方案2：将所述正极活性材料分散于有机溶剂中，并与TiOF2、所述交联聚合物的聚合单体、所述导电剂、聚合催化剂和引发剂混合，于100～200℃下搅拌反应4～24h，以便在所述正极活性材料表面形成交联聚合物/TiOF2/导电剂复合包覆层，得到正极材料。
[0016]根据本专利技术上述实施例的制备正极材料的方法，专利技术人发现，可以利用聚合催化剂和引发剂促进聚合单体的交联聚合，并且通过在100～200℃下搅拌4～24h，不仅可以实现聚合单体的交联聚合，还可以实现TiF4向TiOF2的转化，由此可以在正极活性材料表面顺利形成交联聚合物/TiOF2/导电剂复合包覆层。具体地，方案1中，通过使正极活性材料、聚合单体、导电剂和TiF4的乙醇溶液均匀混合，不仅可以使聚合物的交联聚合和TiF4向TiOF2的转化同时进行，缩短工艺流程，还可以进一步提高导电剂和反应生成的TiOF2在交联聚合物中的均匀分布，从而获得均一稳定的正极材料；方案2中，通过直接将正极活性材料、聚合单体、导电剂和现有的TiOF2均匀混合，不仅制备工艺更为简单，可以进一步保证复合包覆层中TiOF2的掺杂量，确保正极材料具有预期的离子电导率。综上，与现有技术相比，本专利技术上述制备正极材料的方法不仅工艺简单、成本低，而且可以在抑制活性材料与电解液之间接触副反应的同时使正极材料具备良好的离子电导率和良好的电子电导率，同时显著提高正极材料的结构稳定性和化学稳定性，从而将制备得到的正极材料用于电池中时可以显著提升电池在常温和高温下的安全性能，并在不影响电池倍率性能的基础上提高电池的容量和循环性能。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，制备正极材料的方法至少满足以下条件之一：以所述聚合单体为基准，所述引发剂的用量为0.01～2wt％，所述聚合催化剂的用量为0.01～1wt％；所述引发剂为选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过硫酸钾-亚硫酸氢钠、过硫酸铵-亚硫酸氢钠中的至少之一；所述聚合催化剂为钙沸石。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，制备正极材料的方法至少满足以下条件之一：方案1中，将所述正极活性材料分散于N-甲基吡咯烷酮中，并与TiF4的乙醇溶液、所述交联聚合物的聚合单体、所述导电剂、钙沸石和偶氮二异丁腈混合，于100～200℃下搅拌反应4～24h；方案2中，进行所述混合之前预先对TiOF2进行表面改性；方案2中，在所述混合中进一步加入分散剂。
[0019]根据本专利技术的第三个方面，本专利技术提出了一种正极片。根据本专利技术的实施例，该正
极片包括上述正极材料或采用上述制备方法得到的正极材料。与现有技术相比，该正极片不仅与电解液之间的副反应少，而且具有较好的导电性和导离子性，以及较好的结构稳定性和化学稳定性，将其用于电池中不仅可以显著提升电池的安全性能，还能在不影响电池倍率性能的基础上提高电池的容量和循环性能。
[0020]根据本专利技术的第四个方面，本专利技术提出了一种电池。根据本专利技术的实施例，该电池具有上述正极片。与现有技术相比，该电池不仅安全性高，而且倍率性能和循环性能好，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：正极活性材料和形成在所述正极活性材料表面的交联聚合物/TiOF2/导电剂复合包覆层。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，以所述正极材料为基准，所述复合包覆层的含量为0.01～5wt％。3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，所述复合包覆层中，所述交联聚合物、所述TiOF2和所述导电剂的质量比为(3～17)：(80～96)：(1～3)。4.根据权利要求3所述的正极材料，其特征在于，所述交联聚合物的主体结构上具有醚氧键。5.根据权利要求1或4所述的正极材料，其特征在于，至少满足以下条件之一：所述导电剂包括选自炭黑、超导炭黑、石墨烯和碳纳米管中的至少之一；所述交联聚合物的聚合单体包括选自聚乙二醇甲醚丙烯酸酯、聚乙二醇二烯丙基酸酯和聚乙二醇二烯丙基醚中的至少之一；所述正极活性材料为镍钴锰三元高镍正极材料。6.一种制备权利要求1～5中任一项所述的正极材料的方法，其特征在于，包括方案1或者方案2，其中：方案1：将所述正极活性材料分散于有机溶剂中，并与TiF4的乙醇溶液、所述交联聚合物的聚合单体、所述导电剂、聚合催化剂和引发剂混合，于100～200℃下搅拌反应4～24h，以便在所述正极活性材料表面形成交联聚合物/TiOF2/导电剂复合包覆层，得到正极材料；方案2：将所述正...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄荣刚，张茉莉，吕豪杰，平丽娜，齐士博，
申请(专利权)人：昆山宝创新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：