复合正极材料及其制备方法和应用技术

本申请公开了一种复合正极材料及其制备方法和应用。该复合正极材料包括活性材料颗粒和补锂添加剂，活性材料颗粒包括核芯和表层，其中，表层设置有孔隙，且至少部分补锂添加剂填充于所述孔隙中。复合正极材料所含的补锂添加剂分布在表层中，赋予复合正极材料高的存储稳定性和加工性能。而且在补锂添加剂脱锂过程中，能够有效降低补锂添加剂对表层和活性材料颗粒结构的破坏，从而提高了复合正极材料结构的稳定性，从而提高了复合正极材料和含有复合正极材料的电极和电池的循环性能。正极材料的电极和电池的循环性能。正极材料的电极和电池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
复合正极材料及其制备方法和应用


[0001]本申请属于电池材料
，尤其涉及一种复合正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长、倍率性能好等优点获得成功，广泛应用于便携式消费电子、电动汽车、储能等领域。随着电池应用领域越来越广泛，特别是最近几年随着电动汽车的快速发展，动力电池得到了迅速发展，且需求量急剧增加。与此同时，电池的安全性能也得到了越来越多的关注。
[0003]一般来说，锂离子电池包括密封在电池壳体内的电极组件和电解液。在运行状态下，锂离子电池正极材料界面会与电解液发生反应，产生气体引起电池鼓胀，具有极大的安全性问题。且锂离子电池在首次充电过程中，负极表面通常伴随着固态电解质膜SEI膜的形成，这个过程会消耗大量的Li
+
，意味着从正极材料脱出的Li
+
部分被不可逆消耗，对应电芯的可逆比容量降低。
[0004]现有技术中，虽然可以通过在正极材料中添加补锂材料，能够有效补偿锂电池的首次不可逆容量损失。但是补锂材料表界面的残碱值较高，容易与外界坏境中的有害物质如水二氧化碳、氧气等反应生成碱性更强的残碱物质，这些强碱性物质会与浆料中PVDF反应，产生凝胶化现象，进而影响正极片的使用。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供及一种复合正极材料及其制备方法和应用，旨在解决现有含补锂材料的正极材料不稳定而导致正极材料电化学性能和加工性能的下降等技术问题。
[0006]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0007]第一方面，本申请实施例提供了一种复合正极材料。本申请实施例复合正极材料包括活性材料颗粒和补锂添加剂，活性材料颗粒包括核芯和表层，其中，表层设置有孔隙，且至少部分补锂添加剂填充于孔隙中。
[0008]本申请实施例复合正极材料所含的补锂添加剂至少部分填充在表层孔隙中，该孔隙构成了补锂添加剂与外界接触的屏障作用，能够显著降低填充在孔隙中的补锂添加剂与环境接触的面积，从而能够显著提高本申请实施例复合正极材料的存储稳定性和加工性能。并且，补锂添加剂主要分布在活性材料颗粒的表层中，使得在补锂添加剂脱锂过程中，能够有效降低对活性材料颗粒结构的破坏，从而提高了复合正极材料结构的稳定性，从而提高了复合正极材料的循环性能。
[0009]一些实施例中，所述表层的孔隙率大于核芯的孔隙率。
[0010]一些实施例中，所述表层孔隙的孔径大于所述核芯孔隙的孔径。
[0011]一些实施例中，表层包括如下(1)至(4)中的至少一种：
[0012](1)表层的孔隙率为30％～90％；
[0013](2)表层所含孔隙的孔径为30nm～500nm；
[0014](3)表层的厚度为0.01～300nm；
[0015](4)表层的比表面积BET为5～500m2/g。
[0016]一些实施例中，活性材料颗粒包括如下(5)至(8)中的至少一种：
[0017](5)核芯含有孔隙时，核芯的孔隙率为0％～30％；
[0018](6)核芯含有孔隙时，核芯的孔径为1nm～30nm；
[0019](7)核芯的粒径为0.1～60μm；
[0020](8)核芯的材料包括磷酸盐系正极材料、三元材料中的至少一种。
[0021]一些实施例中，表层为多孔活性材料颗粒的表层。
[0022]或一些实施例中，表层包括多孔封装层。
[0023]一些实施例中，在表层的孔隙中还填充有连接剂，连接剂设置在补锂添加剂与孔隙的孔壁之间，且与补锂添加剂接触。
[0024]一些实施例中，补锂添加剂包括如下(1)至(3)中的至少一种：
[0025](1)补锂添加剂包括富锂金属氧化物；
[0026](2)补锂添加剂与复合正极材料的质量比为1～15：(85～99)；
[0027](3)补锂添加剂为颗粒结构，且颗粒结构的粒径为1～500nm。
[0028]一些实施例中，连接剂包括如下(1)至(2)中的至少一种：
[0029](1)连接剂包括pH呈中性或弱酸性的无机氧化物；
[0030](2)连接剂与核芯的质量比为0.1～10：100。
[0031]实施例中，无机氧化物包括Al2O3、ZnO、I2O4、BeO、Fe3O4、CrO3、Mn2O7、P2O5、SiO2、ZrO2、TiO2中的至少一种。
[0032]一些实施例中，复合正极材料包括如下(1)～(3)中的至少一种：
[0033](1)粒径为1～100μm；
[0034](2)比表面积BET为1～100m2/g；
[0035](3)产气衰减率高于30％。
[0036]第二方面，本申请提供了复合正极材料的制备方法。本申请复合正极材料的制备方法包括如下步骤：
[0037]提供活性材料颗粒，活性材料颗粒的表层含有孔隙；
[0038]至少向表层所含的孔隙中嵌入补锂添加剂，得到复合正极材料。
[0039]本申请实施例复合正极材料的制备方法通过将补锂添加剂至少填充至表层的孔隙中，从而使得制备的复合正极材料具有高的表界面稳定性。同时能够使得制备的复合正极材料具有高的容量密度，降低了补锂添加剂在脱锂过程中对活性材料颗粒结构如活性材料颗粒中活性材料晶体结构的破坏作用，从而提高了活性材料颗粒的结构稳定性，也即是提高了复合正极材料的结构稳定性，从而提高了复合正极材料的循环性能。
[0040]第三方面，本申请实施例提供了一种电极。本申请电极中的电极活性层含有本申请实施例复合正极材料或由本申请复合正极材料制备方法制备得到的复合正极材料。
[0041]本申请实施例电极容量密度高，循环性能好，而且电极表界面稳定性高。
[0042]第四方面，本申请实施例提供了一种电池。本申请电池包括上文本申请电极。
[0043]本申请实施例电池能量密度高，循环性能好。
附图说明
[0044]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以如这些附图获得其他的附图。
[0045]图1是本申请的复合正极材料的一种结构示意图；其中，图1中的A图为复合正极材料的一种结构示意图，图1中的B图为A图中局部放大图；
[0046]图2是本申请的复合正极材料的另一种结构示意图；其中，图2中的A图为复合正极材料的另一种结构示意图，图1中的B图为A图中局部放大图。
[0047]附图标记说明：
[0048]01
‑
活性材料颗粒；1
‑
核芯，2
‑
表层，21
‑
孔隙；3
‑
补锂添加剂；4
‑
连接剂。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合正极材料，包括活性材料颗粒和补锂添加剂，其特征在于：所述活性材料颗粒包括核芯和表层，所述表层设置有孔隙，至少部分补锂添加剂填充于所述孔隙中。2.如权利要求1所述复合正极材料，其特征在于：所述表层的孔隙率大于核芯的孔隙率；和/或所述表层孔隙的孔径大于所述核芯孔隙的孔径。3.如权利要求1或2所述复合正极材料，其特征在于：所述表层包括如下(1)至(4)中的至少一种：(1)所述表层的孔隙率为30％～90％；(2)所述表层所含所述孔隙的孔径为30nm～500nm；(3)所述表层的厚度为0.01～300nm；(4)所述表层的比表面积BET为5～500m2/g；和/或所述核芯包括如下(5)至(8)中的至少一种：(5)所述核芯含有孔隙时，所述核芯的孔隙率为0％～30％；(6)所述核芯含有孔隙时，所述核芯的孔径为1nm～30nm；(7)所述核芯的粒径为0.1～60μm；(8)所述核芯的材料包括磷酸盐系正极材料、三元材料中的至少一种。4.如权利要求1或2所述复合正极材料，其特征在于：所述表层为所述活性材料颗粒的表层；和/或，所述表层包括多孔封装层。5.如权利要求1或2所述复合正极材料，其特征在于：在所述表层的所述孔隙中还填充有连接剂，所述连接剂设置在所述补锂添加剂与所述孔隙的孔壁之间，且与所述补锂添加剂接触；和/或，所述补锂添加剂包括如下(1)至(3)中的至少一种：(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈心怡，万远鑫，孔令涌，谭旗清，张莉，蒋鑫，张顺心，裴现一男，戴浩文，
申请(专利权)人：曲靖德方创界新能源科技有限公司佛山市德方创界新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：