一种正极材料、其制备方法、电化学装置及电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种正极材料、其制备方法、电化学装置及电子设备，该正极材料包括由若干一次颗粒形成的二次颗粒及包覆于二次颗粒的外表面的包覆层，一次颗粒包括单晶三元材料，二次颗粒开设有缝隙，缝隙内填充有碳纳米管和固态电解质。本发明专利技术通过预先使二次颗粒开设缝隙，并在缝隙内填充碳纳米管和固态电解质，使三元材料可能会破裂的部分提前暴露出来，并通过缝隙内填充的碳纳米管提供导电网络，进而改善正极材料的倍率性能和循环性能，通过固态电解质在一定程度上阻隔液态电解液与三元活性材料的接触并提供离子通路，进而改善正极材料的倍率性能及循环性能。的倍率性能及循环性能。的倍率性能及循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料、其制备方法、电化学装置及电子设备


[0001]本专利技术涉及电化学储能
，具体涉及一种正极材料、其制备方法、电化学装置及电子设备。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有工作电压高、无记忆效应、体积小、质量轻、能量高、自放电小、循环寿命长、无污染等优点，是一种理想的新能源，被广泛应用于新能源汽车、智能手机、笔记本电脑、智能机器人等电子产品中。近年来，随着新能源汽车的快速发展，人们越来越关注新能源汽车的续航及补能能力，即电池的高能量密度及快充性能。目前，市场上主流的新能源汽车的快速充电时间在20
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60min范围内，而燃油车的补能时间通常在5min以内，如何缩短新能源汽车的快速充电时间，已成为新能源汽车的主要研究方向之一。
[0003]目前，普遍采用镍钴锰三元材料作为高能量密度的电芯，为进一步提高镍钴锰三元材料的性能，通常会对三元材料进行掺杂和/或表面包覆。如公开号为CN108199013A的专利文献通过多次球磨的方式将三元材料与碳材料结合，形成碳包覆三元材料。然而，该方法得到的碳包覆三元材料内部无碳包覆的部分导电性较差，进而导致正极材料的倍率性能和循环性能较差。公开号为CN109192975A的专利文献将三元前驱体湿料A和锂源加入碳源溶液中，冷冻真空干燥后得到三元前驱体材料B，三元前驱体材料B经烧结后得到碳包覆三元正极材料；三元前驱体湿料A是三元混合盐溶液、沉淀剂溶液、络合剂溶液和阴离子表面活性剂溶液混合反应后得到的，即该方案通过同时对表面和内部进行碳包覆，进而提高其大倍率稳定性和高电压循环稳定性，同时改善其结构的稳定和内部电子电导率。然而，该方法制得的碳包覆三元正极材料的内外包覆层均会因三元材料高温固相合成过程的颗粒重结晶的带来的体积变化而导致包覆层开裂，进而导致正极材料的循环性能较差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于提供一种正极材料，以解决现有技术中存在的三元正极材料的倍率性能和循环性能较差的技术问题；目的之二在于提供如上所述正极材料的制备方法；目的之三在于提供一种电化学装置；目的之四在于提供一种电子设备。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]在本申请的一实施例中，本申请提供一种正极材料，所述正极材料包括由若干一次颗粒形成的二次颗粒及包覆于所述二次颗粒的外表面的包覆层，所述一次颗粒包括单晶三元材料，所述二次颗粒开设有缝隙，所述缝隙内填充有碳纳米管和固态电解质。
[0007]在一些实施例中，所述正极材料中，碳纳米管与二次颗粒的质量比＜1：100。
[0008]在一些实施例中，所述包覆层包括碳纳米管和固态电解质。
[0009]在一些实施例中，所述二次颗粒包括镍钴锰三元材料。
[0010]在一些实施例中，所述固态电解质包括氯化锆锂、氯化铟锂、氯化铋锂和氯化钇锂中的至少一种。
[0011]在一些实施例中，所述缝隙内填充的部分碳纳米管延伸至所述二次颗粒的外部。
[0012]在一些实施例中，所述一次颗粒之间的缝隙内嵌合有碳纳米管和固态电解质。
[0013]在一些实施例中，本申请还提供如上所述的正极材料的制备方法，所述制备方法包括：
[0014]S1.将多晶三元材料的前驱体与锂源混合后于氧气氛围下进行焙烧，得到多晶三元材料；
[0015]S2.将所述多晶三元材料置于高温高湿环境中进行处理，随后与催化剂及第一有机溶剂混合后进行溶剂热反应，接着洗涤、真空干燥；所述高温高湿环境的温度为60
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100℃，相对湿度为50％
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70％；
[0016]S3.将步骤S2所得真空干燥后固体与氯化锂、第二有机溶剂及氯化物金属盐混合后进行溶剂热反应，随后过滤并在保护气体气氛中焙烧，即得所述正极材料。
[0017]在一些实施例中，步骤S2中，所述溶剂热反应的温度为300
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600℃，溶剂热反应的时长为2
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24h。
[0018]在一些实施例中，步骤S3中，所述溶剂热反应的温度为120
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200℃，溶剂热反应的时长为6
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12h。
[0019]在一些实施例中，本申请还提供一种电化学装置，所述电化学装置包括正极极片，所述正极极片包括如上所述的正极材料或根据如上所述的制备方法制得的正极材料。
[0020]在一些实施例中，本申请还提供一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的电化学装置。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]本申请通过预先使二次颗粒开设缝隙，并在缝隙内填充碳纳米管和固态电解质，使三元正极材料可能会破裂的部分提前暴露出来，并通过缝隙内填充的碳纳米管提供导电网络，进而改善正极材料的倍率性能和循环性能，通过固态电解质在一定程度上阻隔液态电解液与三元活性材料的接触，进而改善正极材料的循环性能，同时，固态电解质还能提供离子传输通道，便于多晶三元材料快充过程中的离子脱嵌，进而改善正极材料的倍率性能。
[0023]本专利技术的正极材料也能够用于干法混料工艺，进一步解决了干法混料导电剂不易分散的难题。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的正极材料的结构示意图；
[0025]图2为实施例1中开裂的多晶三元材料A的表面的扫描电镜图(即SEM图)；
[0026]图3为实施例1中多晶三元材料A的断面扫描电镜图(即SEM图)；
[0027]图4为实施例1中多晶三元材料B的缝隙生长碳纳米管的扫描电镜图(即SEM图)；
[0028]图5为实施例1制得的正极材料的固态电解质包覆层透射电镜图(即TEM图)；
[0029]图6为倍率放电容量保持率的测试结果图。
具体实施方式
[0030]以下将参照附图和优选实施例来说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同
的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的保护范围。
[0031]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0032]如图1所示，本申请提供一种正极材料，该正极材料包括由若干一次颗粒形成的二次颗粒及包覆于二次颗粒的外表面的包覆层(即固态电解质包覆层)，一次颗粒包括单晶三元材料，二次颗粒开设有缝隙，缝隙内填充有碳纳米管和固态电解质。
[0033]本申请中，二次颗粒为由若干一次颗粒形成的多晶三元材料。
[0034]本申请通过预先使二次颗粒开设缝隙，并在缝隙内填充碳纳米管和固态电解质，使三元正极材料(即正极材料)可能会破裂的部分提前暴露出来，并通过缝隙内填充的碳纳米管提供导电网络，进而改善正极材料的倍率性能和循环性能，通过固态电解质在一定程度上阻隔液态电解液与三元活性材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括由若干一次颗粒形成的二次颗粒及包覆于所述二次颗粒的外表面的包覆层，所述一次颗粒包括单晶三元材料，所述二次颗粒开设有缝隙，所述缝隙内填充有碳纳米管和固态电解质。2.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料中，碳纳米管与二次颗粒的质量比＜1：100。3.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述包覆层包括碳纳米管和固态电解质。4.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述二次颗粒包括镍钴锰三元材料。5.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述固态电解质包括氯化锆锂、氯化铟锂、氯化铋锂和氯化钇锂中的至少一种。6.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述缝隙内填充的部分碳纳米管延伸至所述二次颗粒的外部。7.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述一次颗粒之间的缝隙内嵌合有碳纳米管和固态电解质。8.权利要求1
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7任一项所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：S1.将多晶三元材料的前驱体与锂源混合后于氧气氛围下进行焙烧，得到多晶三元材料；S2.将所述多晶三元材料置于高温高湿环境中进行处理，随后与...

【专利技术属性】
技术研发人员：张忠诚，程转霞，吴振豪，牟丽莎，范天驰，
申请(专利权)人：深蓝汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：