复合正极材料及其制备方法、正极片、电池及用电装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种复合正极材料及其制备方法、正极片、电池及用电装置。该复合正极材料包括正极基体及设于所述正极基体表面的包覆层；所述包覆层包括依次设于所述正极基体表面的亚表层和表层，所述亚表层的组分包括含磷电解质，所述表层的组分包括含硼电解质；所述含磷电解质的组成满足：Li

【技术实现步骤摘要】
复合正极材料及其制备方法、正极片、电池及用电装置


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种复合正极材料及其制备方法、正极片、电池及用电装置。

技术介绍

[0002]具有容量高、电压高、耐高温、轻便等特点的锂离子电池等二次电池的出现，正推动着全球进入新能源时代，已在电动汽车、航天航空、储能装置、数据产品等领域获得广泛的应用。
[0003]在电动汽车领域，二次电池的倍率和高温存储性能是评价二次电池性能的两项重要指标。其中，电池体系中的正极材料是决定性因素，在现有的正极材料体系中，三元正极材料等锂离子电池正极材料凭借其比能量密度高和循环性能好的优点而被广泛应用。然而，传统的正极材料制得的二次电池随着循环充放电的圈数增加，二次电池的倍率、特别是在高温下的存储性能会出现急剧的衰减，无法满足人们对电池性能越来越高的要求。
[0004]因此，传统技术仍有待改进。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术提供了一种复合正极材料及其制备方法、正极片、电池及用电装置，旨在提高电池的倍率尤其是在高温下的存储性能。
[0006]本专利技术的技术方案如下。
[0007]本专利技术的一个方面，提供了一种复合正极材料，包括正极基体及设于所述正极基体表面的包覆层；所述包覆层包括依次设于所述正极基体表面的亚表层和表层，所述亚表层的组分包括含磷电解质，所述表层的组分包括含硼电解质；
[0008]所述含磷电解质的组成满足：Li
a1
X1
b1
PO4；0＜a1≤5，0≤b1≤5；
[0009]所述含硼电解质的组成满足：Li
a2
X2
b2
B r1
O3；0≤a2≤3，0≤b2≤3，0＜r1≤5；
[0010]其中，X1和X2分别独立地选自Ni、Co、Mn、Al、Y、Zr、Sr、La、Ti、Mg、Zn、Fe、Nb、Ge和Ce中的一种或多种。
[0011]上述复合正极材料中，靠近正极基体的亚表层的组分主要包括结构致密的含磷电解质，含磷电解质结构致密、且锂离子和电子电导率高(≥10
‑4cm/S)，能够更好的隔绝电极与电解液接触，抑制界面反应和降低DCR，且具有一定的电化学活性，在首圈循环过程中能够脱出Li
+
离子交换，在一定程度上增加了首圈放电容量；在应用时，含硼电解质中的部分硼化物以熔融形态填充到进入到晶界空隙中，可进一步阻止复合正极材料应用时在长循环和大倍率下形成晶界裂纹，且能形成丰富的O
‑
B
‑
P键结构，类似于“蛛网状”起到锚定的作用，可进一步增强包覆层的结构稳定性和机械强度，同时增加了包覆层的锂离子和电子电导率，从而在提升电池的高温存储性能的同时提升其倍率性能。
[0012]在其中一些实施例中，所述包覆层满足如下(a)～(c)中至少一个条件，
[0013](a)所述包覆层的厚度为5nm～200nm；
[0014](b)所述包覆层与所述正极基体的质量比为(0.001～0.5):1；
[0015](c)在所述包覆层中，所述亚表层和所述表层通过形成O
‑
B
‑
P键连接。
[0016]通过调控包覆层的厚度，进一步提高包覆效果和稳定性，进而提高电池的电化学性能。
[0017]在其中一些实施例中，在所述包覆层中，P元素和B元素的摩尔数之比为1:(0.01～10)。
[0018]在其中一些实施例中，所述亚表层和所述表层的厚度之比为1:(0.01～10)。
[0019]在其中一些实施例中，所述包覆层的组分包括式(1)所示材料：
[0020]Li
a3
X3
b3
T
c
O
d
(1)，
[0021]其中，X3包括Ni、Co、Mn、Al、Y、Zr、Sr、La、Ti、Mg、Zn、Fe、Nb、Ge和Ce中的一种或多种，T包括P和B；
[0022]0＜a3≤1，0＜b3≤1，0＜c≤1，3≤d≤4。
[0023]本申请的复合正极材料中的包覆层能抑制过渡金属溶出，应用于制备电池时，能够有效稳定正极与电解液的接触界面，减少界面的腐蚀和结构破坏，减缓DCR增长，提升电池的高温存储和倍率性能，其中硼元素与其他物质形成的熔点较低的化合物能填充进入晶界的空隙，可进一步阻止复合正极材料应用时在长循环和大倍率下形成晶界裂纹，且P和O原子为富电子元素，而B原子为缺电子元素，因此形成丰富的O
‑
B
‑
P键结构，类似于“蛛网状”起到锚定的作用，可进一步增强包覆层的结构稳定性和机械强度，同时增加了包覆层的锂离子和电子电导率，从而在提升电池的高温存储性能的同时提升其倍率性能。
[0024]在其中一些实施例中，所述正极基体满足(d)～(e)中至少一个条件，
[0025](d)所述正极基体为三元正极基体，组分满足：LiNi
x
Co
y
M
(1
‑
x
‑
y)
O2，其中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜x+y＜1，M包括Mn、Al、B、Y、Zr、Sr、La、Ti、Mg、Zn、Fe、Nb、Ge及Ce中的至少一种；
[0026](e)所述正极基体的粒度为3μm～15μm。
[0027]本专利技术的另一方面，提供了上述复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0028]将所述正极基体与磷酸盐混合进行第一次烧结处理，制备正极材料预制体；
[0029]将所述正极材料预制体与硼化物混合进行第二次烧结处理，制备所述复合正极材料。
[0030]在其中一些实施例中，所述正极基体、所述磷酸盐和所述硼化物的质量比为1:(0.0005～0.5):(0.0005～0.5)。
[0031]在其中一些实施例中，所述制备方法满足如下(e)～(f)中的至少一个条件：
[0032](e)所述第一次烧结处理的温度为200℃～800℃，时间为5h～30h：
[0033](f)所述第二次烧结处理的温度为200℃～800℃，时间为5h～30h。
[0034]在其中一些实施例中，所述制备方法满足(g)～(h)中的至少一个条件：
[0035](g)所述磷酸盐包括磷酸镍、磷酸钴、磷酸锰、磷酸锂、磷酸铝、磷酸锆、磷酸钛、磷酸钇、磷酸锶、磷酸钨、磷酸镧、磷酸二氢铵及磷酸氢二铵中的至少一种中的至少一种；
[0036](h)所述硼化物包括硼酸、氧化硼及硼氢化钠中的至少一种。
[0037]本专利技术的又一方面，提供一种正极片，所述正极片包括集流体及设于所述集流体表面的正极活性层，所述正极活性层的组分包括如上所述的复合正极材料。
[0038]本专利技术的又一方面，提供一种电池，所述电池包含如上所述的复合正极材料。
[0039]本专利技术的又一方面，提供一种用本文档来自技高网...

【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，所述复合正极材料包括正极基体及设于所述正极基体表面的包覆层；所述包覆层包括依次设于所述正极基体表面的亚表层和表层，所述亚表层的组分包括含磷电解质，所述表层的组分包括含硼电解质；所述含磷电解质的组成满足：Li
a1
X1
b1
PO4；0＜a1≤5，0≤b1≤5；所述含硼电解质的组成满足：Li
a2
X2
b2
Br1O3；0≤a2≤3，0≤b2≤3，0＜r1≤5；其中，X1和X2分别独立地选自Ni、Co、Mn、Al、Y、Zr、Sr、La、Ti、Mg、Zn、Fe、Nb、Ge和Ce中的一种或多种。2.如权利要求1所述的复合正极材料，其特征在于，所述包覆层满足如下(a)～(c)中至少一个条件，(a)所述包覆层的厚度为5nm～200nm；(b)所述包覆层与所述正极基体的质量比为(0.001～0.5):1；(c)在所述包覆层中，所述亚表层和所述表层通过形成O
‑
B
‑
P键连接。3.如权利要求1所述的复合正极材料，其特征在于，在所述包覆层中，P元素和B元素的摩尔数之比为1:(0.01～10)。4.如权利要求1～3任一项所述的复合正极材料，其特征在于，所述亚表层和所述表层的厚度之比为1:(0.01～10)。5.如权利要求1～3任一项所述的复合正极材料，其特征在于，所述包覆层的组分包括式(1)所示材料：Li
a3
X3
b3
T
c
O
d
(1)，其中，X3包括Ni、Co、Mn、Al、Y、Zr、Sr、La、Ti、Mg、Zn、Fe、Nb、Ge和Ce中的一种或多种，T包括P和B；0＜a3≤1，0＜b3≤1，0＜c≤1，3≤d≤4。6.如权利要求1～3任一项所述的复合正极材料，其特征在于，所述正极基体满足(d)～(e)中至少一个条件，(d)所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕菲，陈德贤，徐宁，吴孟涛，
申请(专利权)人：天津巴莫科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：