一种正极材料及其制备方法和应用技术

一种正极材料及其制备方法和应用，属于电池技术领域；包括：正极材料核；第一包覆层，第一包覆层包覆于正极材料核，第一包覆层的成分包括锂离子导电材料；第二包覆层，第二包覆层包覆于第一包覆层，第二包覆层具有柔性和导电性；锂离子导电材料具有优异的锂离子导电性，且在高电压下结构稳定，不与电解液组分发生反应，在起到减少正极界面副反应作用的同时，也能在之后整个包覆层中起到锂离子通道的作用。同时，由于第二包覆层具有柔性和导电性，使得整个复合柔性包覆层具有柔性，能够避免随材料充放电过程中晶格的膨胀收缩而破裂失效，复合柔性包覆层成分在高电位下稳定，不会氧化分解，且整个柔性包覆层具有离子和电子的双通道。道。道。

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及电池
，具体而言，涉及一种正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]高电压尖晶石LiNi
0.5
Mn
1.5
O4正极材料本身材料结构稳定、成本低、离子传导率高，4.7V的高电压平台也使得使用LiNi
0.5
Mn
1.5
O4正极材料的锂电池具有较高的能量密度，但高电压平台导致的电解液在材料表面不断的氧化分解使得电池的循环性能大幅下降，同时电解液产生的氢氟酸也会不断对正极材料表面不断腐蚀，加重材料过渡金属溶出问题，导致循环进一步恶化，因此将正极材料表面进行有效的包覆一层能够避免电解液与电极材料直接接触或提高电极材料电导率的保护层，使材料间接接触外界媒介的改性方法，是改善正极材料电化学性能的有效方法。
[0003]现在使用的固相包覆方法只能做到在正极材料表面进行点状的部分包覆，无法做到很好的覆盖和保护；传统液相法往往需要先在材料表面包覆包覆层的前驱体，再进行烧结，生成的包覆层往往随着材料充放电过程中晶格的膨胀收缩而破裂失效。而液相法包覆有机聚合电类物质后的材料往往因锂离子无法快速穿过包覆层，而使得材料的实际离子扩散性大幅下降，导致电池性能较差，且很多有机聚合物包覆层往往不耐LiNi
0.5
Mn
1.5
O4的高压，会快速氧化分解，加快电池循环性能的恶化。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种正极材料及其制备方法和应用，以改善正极材料的循环性能。
[0005]第一方面，本申请实施例提供了一种正极材料，所述正极材料包括：
[0006]正极材料核；
[0007]第一包覆层，所述第一包覆层包覆于所述正极材料核，所述第一包覆层的成分包括锂离子导电材料，所述锂离子导电材料为无机氧化物固态电解质、和/或所述锂离子导电材料为在≤4.3V下能够脱锂且在4.3～4.9V下不发生氧化分解的物质；
[0008]第二包覆层，所述第二包覆层包覆于所述第一包覆层，所述第二包覆层的成分包括导电高分子材料，以使所述第二包覆层具有导电性和柔性来避免在所述正极材料核发生膨胀收缩时发生破裂。
[0009]在上述实施过程中，锂离子导电材料具有优异的锂离子导电性，且在高电压下结构稳定，不与电解液组分发生反应，在起到减少正极界面副反应作用的同时，也能在之后整个包覆层中起到锂离子传输通道的重要作用。同时，由于第二包覆层具有柔性和导电性，使得第一包覆层和第二包覆层共同形成的复合柔性包覆层具有柔性，能够避免随材料充放电过程中晶格的膨胀收缩而破裂失效，复合柔性包覆层成分在高电位下稳定，不会氧化分解，且整个柔性包覆层具有离子和电子的双通道。在实现对材料整个表面的全覆盖包覆保护的同时，又不会因全包覆而阻碍材料在充放电过程中电子和离子的通道，从而改善正极材料
的循环性能。
[0010]作为一种可选的实施方式，所述锂离子导电材料包括磷酸铝钛锂(LATP)、磷酸锰铁锂(LMFP)、磷酸铁锂(LFP)、Li7‑
a
La3Zr2‑
a Ta
a
O
12
(LLZMO)、Li7‑
b
La3Zr2‑
b Nb
b
O
12
(LLZMO)、锂镧钛氧(LLTO)、铝酸锂(LAO)、锆酸锂(LZO)和钛酸锂(LTO)中的至少一种，其中，0<a<2、0<b<2。
[0011]作为一种可选的实施方式，所述锂离子导电材料呈岛状分布于所述正极材料核表面。
[0012]作为一种可选的实施方式，所述第一包覆层的成分还包括粘附剂。
[0013]粘附剂的加入有助于在制备过程中粘附锂离子导电材料，提高第一包覆层的稳定性。
[0014]可选的，所述粘附剂包括锂盐类物质。
[0015]可选的，所述粘附剂包括LiOH和Li2CO3中的至少一种。
[0016]采用锂盐类物质作为粘附剂，不仅能起到粘附锂离子导电材料的作用，同时还能起到一定的补充锂源的作用。
[0017]作为一种可选的实施方式，所述锂离子导电材料的体积中值粒径D50为10～300nm；
[0018]可选的，所述锂离子导电材料的体积中值粒径D50为30～100nm；和/或所述粘附剂的体积中值粒径D50为20～500nm；可选的，所述粘附剂的体积中值粒径D50为50～200nm。
[0019]在上述实施过程中，控制锂离子导电材料和粘附剂的粒径，能够实现对正极材料核实现较好的包覆。
[0020]作为一种可选的实施方式，所述锂离子导电材料的质量占所述正极材料核的质量的0.5％～6％。
[0021]在上述实施例过程中，控制锂离子导电材料的质量占正极材料核的质量的0.5％～6％，能够兼顾材料电子导电性和材料克容量，同时还能起到较好的包覆效果。
[0022]可选的，所述锂离子导电材料的质量占所述正极材料核的质量的1％～3％，和/或所述粘附剂的质量占所述锂离子导电材料的质量的2％～70％。
[0023]在上述实施过程中，控制粘附剂的添加量能够在起到良好的粘接效果的前提下减少对材料性能的影响。
[0024]可选的，所述粘附剂的质量占所述锂离子导电材料的质量的5％～25％。
[0025]作为一种可选的实施方式，所述导电高分子材料包括聚丙烯类聚合物。
[0026]可选的，所述聚丙烯类聚合物的分子量为300～800万。
[0027]可选的，所述聚丙烯类聚合物包括聚丙烯酸钠、聚丙烯酸锂、聚丙烯酸脂中的至少一种。
[0028]可选的，所述导电剂为含炭类导电物质。
[0029]可选的，所述导电剂包括：炭黑、碳纳米管、石墨烯和碳纤维中的至少一种。
[0030]可选的，所述聚丙烯类聚合物的质量占所述正极材料核的质量的0.5％～2％。
[0031]在上述实施过程中，控制聚丙烯类聚合物的质量占所述正极材料核的质量的0.5％～2％能够降低对材料电子导电性能的影响，同时起到较好的柔性包覆的作用。
[0032]可选的，所述聚丙烯类聚合物的质量占所述正极材料核的质量的1％～1.5％。
[0033]可选的，所述导电剂的质量占所述聚丙烯类聚合物的质量的90％～100％。
[0034]可选的，所述导电剂的质量占所述聚丙烯类聚合物的质量的92％～98％。
[0035]在上述实施过程中，通过对导电剂添加量的控制，能够起到较好的电子导电性的前提下，减少导电类物质的团聚。
[0036]作为一种可选的实施方式，所述正极材料核的成分包括镍锰酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂和富锂锰基中的至少一种。
[0037]第二方面，本申请实施例提供了一种正极材料的制备方法，所述正极材料为第一方面所述的正极材料，所述方法包括：把正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括：正极材料核；第一包覆层，所述第一包覆层包覆于所述正极材料核，所述第一包覆层的成分包括锂离子导电材料，所述锂离子导电材料为无机氧化物固态电解质、和/或所述锂离子导电材料为在≤4.3V下能够脱锂且在4.3～4.9V下不发生氧化分解的物质；第二包覆层，所述第二包覆层包覆于所述第一包覆层，所述第二包覆层的成分包括导电高分子材料，以使所述第二包覆层具有导电性和柔性来避免在所述正极材料核发生膨胀收缩时发生破裂。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述锂离子导电材料包括磷酸铝钛锂、磷酸锰铁锂、磷酸铁锂、Li7‑
a
La3Zr2‑
a Ta
a
O
12
、Li7‑
b
La3Zr2‑
b
Nb
b
O
12
、锂镧钛氧、铝酸锂、锆酸锂和钛酸锂中的至少一种，其中，0<a<2、0<b<2；和/或所述锂离子导电材料呈岛状分布于所述正极材料核表面。3.根据权利要求1至2中任一项所述的正极材料，其特征在于，所述第一包覆层的成分还包括粘附剂；可选的，所述粘附剂包括锂盐类物质；可选的，所述粘附剂包括LiOH和Li2CO3中的至少一种。4.根据权利要求3所述的正极材料，其特征在于，所述锂离子导电材料的体积中值粒径D50为10～300nm；可选的，所述锂离子导电材料的体积中值粒径D50为30～100nm；和/或所述粘附剂的体积中值粒径D50为20～500nm；可选的，所述粘附剂的体积中值粒径D50为50～200nm。5.根据权利要求3所述的正极材料，其特征在于，所述锂离子导电材料的质量占所述正极材料核的质量的0.5％～6％；可选的，所述锂离子导电材料的质量占所述正极材料核的质量的1％...

【专利技术属性】
技术研发人员：李根，王荟，吴承仁，袁长福，黄东海，李进，
申请(专利权)人：广汽埃安新能源汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：