复合正极材料及其制备方法技术

本申请属于电池技术领域，尤其涉及复合正极材料及其制备方法

【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、用电装置


[0001]本申请属于电池
，尤其涉及复合正极材料及其制备方法
、
正极片
、
电池
、
用电装置
。

技术介绍

[0002]正极材料是影响电池性能的关键因素之一
。
在目前商业化的部分电池正极材料，例如具有橄榄石结构的
LiFePO4，表现出容量高
、
价格低
、
安全性能好
、
循环性能优异
、
对环境友好等特点被广泛使用
。
但部分正极材料存在电子电导率低的问题，限制了电池性能的提升
。

技术实现思路

[0003]鉴于上述问题，本申请提供一种复合正极材料及其制备方法
、
正极片
、
电池
、
用电装置，能够解决正极材料电子电导率低的问题
。
[0004]第一方面，本申请提供一种复合正极材料，所述复合正极材料包含正极活性物质和碳的复合物；所述复合物的颗粒结构中，内部的碳含量与表面的碳含量比例为（
0.8~2
）：
1。
[0005]本申请实施例的复合正极材料中，颗粒内部的碳含量与颗粒表面的碳含量比例为（
0.8~2
）：1，也就是颗粒内部的碳含量接近颗粒表面的碳含量，或者，颗粒内部的碳含量大于或者等于颗粒表面的碳含量
。
如此，颗粒内部也可以利用高碳含量来实现良好的导电性，且其导电性接近颗粒表面的导电性，或者，颗粒内部的导电性大于或者等于颗粒表面的导电性，改善了复合正极材料的导电性分布，使得颗粒的内部和表面均具有很好的导电性，能够有效提高复合正极材料整体的电子电导性
。
而电子导电性的提高，可以降低复合正极材料的阻抗，改善复合正极材料的倍率性能
。
[0006]在一些实施方式中，所述复合物的颗粒结构中，内部的碳含量与表面的碳含量比例可选地为（
1~1.8
）：
1。
[0007]复合物的颗粒结构中，内部的碳含量与表面的碳含量比例影响着复合正极材料的整体导电性，在合适碳含量比例下，有利于提高复合正极材料的整体导电性
。
[0008]在一些实施方式中，所述复合正极材料的总碳含量为
0.8%~5%
，可选地为
1%~2%。
[0009]复合正极材料的总碳含量指的是复合正极材料中总的碳质量含量，该碳含量可以通过硫碳分析仪测试得到
。
合适的碳含量有利于提高材料的导电性；同时可以使复合正极材料保持较高的正极活性物质含量，充分利用正极活性物质的高容量等特点
。
[0010]在一些实施方式中，所述复合物的颗粒包括二次颗粒
。
[0011]一方面，实验结果显示，正极活性物质与碳形成的复合物中，二次颗粒表现出更好的导电性
。
另一方面，二次颗粒结构具有不易团聚
、
分散性好的特点，将其制成浆料后，表现出加工性好的优势
。
因此，复合正极材料具有二次颗粒结构，可以改善复合正极材料的加工性能
。
具体地，将该复合正极材料应用于制作浆料时，所得浆料粘度反弹小，具有很好的流
动性
。
[0012]在一些实施方式中，所述复合物的所述二次颗粒的
Dv50
为2μ
m~9
μ
m
，可选地为5μ
m~9
μ
m。
[0013]本申请实施例中，复合正极材料主要以二次颗粒形式存在，且二次颗粒具有合适的
Dv50
，有利于改善复合正极材料的导电性和加工性能
。
[0014]在一些实施方式中，所述复合物的二次颗粒由纳米一次颗粒团聚而成
。
[0015]二次颗粒由一次颗粒团聚而成，一次颗粒具有纳米尺寸，有利于缩短正极活性物质的离子扩散路径，从而改善复合正极材料的离子电导性
。
[0016]第二方面，本申请提供一种复合正极材料的制备方法，包括：提供前驱液，所述前驱液溶解有正极活性物质的制备原料，以及分散有非溶解性的金属有机框架材料；对所述前驱液进行结晶处理，使所述正极活性物质的制备原料以所述金属有机框架材料为晶核进行结晶，得到前驱体；在惰性气氛中，对所述前驱体进行烧结，使所述前驱体中的所述正极活性物质的制备原料反应形成正极活性物质，所述金属有机框架材料反应形成碳，得到复合正极材料
。
[0017]在本申请实施例的制备方法中，前驱液溶解有正极活性物质的制备原料，并分散有非溶解性的金属有机框架材料，在该前驱液结晶过程中，溶解性的正极活性物质的制备原料能够以非溶解性的金属有机框架材料作为生长中心，形成以金属有机框架材料为晶核的前驱体晶粒
。
[0018]在烧结过程中，作为晶核的金属有机框架材料发生碳化，具体是其中的有机配体发生碳化，所生成的碳保留了金属有机框架材料的三维骨架结构，即形成碳骨架
。
这些碳骨架挥发性低，可以增加复合正极材料颗粒内部的碳残留，而不会如其他碳源碳化后形成松散
、
挥发性高的碳材料，发生大部分碳挥发沉积在复合正极材料颗粒表面的现象，由此该方案有利于提高碳在复合正极材料颗粒内部的含量，提高碳分布均匀性
。
[0019]在烧结过程中，正极活性物质的制备原料在高温下反应形成正极活性物质，同时金属有机框架材料中的金属也可以参与正极活性物质的形成
。
[0020]因此，通过本申请实施例的制备方法，可以得到一种包含正极活性物质和碳的复合物，碳在复合物的颗粒中具有很好的分布均匀性，能够有效提高材料整体的电子电导性
。
[0021]在一些实施方式中，所述金属有机框架材料的质量为所述正极活性物质的制备原料总质量的
0.2%~4%
，可选地为
1.5%~4%。
[0022]金属有机框架材料作为复合正极材料的重要碳源，其添加质量影响复合正极材料的总碳含量以及碳分布
。
通过将金属有机框架材料的质量控制在一定比例下，能够使复合正极材料具有合适的碳含量，并调控碳在颗粒中的分布情况，有利于改善复合正极材料的导电性能
。
[0023]在一些实施方式中，所述前驱液中还包含可溶性碳源；可选地，所述可溶性碳源和所述金属有机框架材料的总质量为所述正极活性物质的制备原料总质量的
1%~10%
，可选地为
3%~7%。
[0024]通过在前驱液中添加可溶性碳源，可溶性碳源可以在烧结过程中与金属有机框架材料一起分解生成碳，调控复合正极材料的碳含量和碳分布
。
同时，可溶性碳源的添加还有
利于减少金属有机框架材料的用量，降低成本
。<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含正极活性物质和碳的复合物；所述复合物的颗粒结构中，内部的碳含量与表面的碳含量比例为（
0.8~2
）：
1。2.
根据权利要求1所述复合正极材料，其特征在于，所述复合物的颗粒结构中，内部的碳含量与表面的碳含量比例为（
1~1.8
）：
1。3.
根据权利要求1或2所述复合正极材料，其特征在于，所述复合正极材料的总碳含量为
0.8%~5%。4.
根据权利要求3所述复合正极材料，其特征在于，所述复合正极材料的总碳含量为
1%~2%。5.
根据权利要求1或2所述复合正极材料，其特征在于，所述复合物的颗粒包括二次颗粒
。6.
根据权利要求5所述复合正极材料，其特征在于，所述复合物的所述二次颗粒的
Dv50
为2μ
m~9
μ
m。7.
根据权利要求6所述复合正极材料，其特征在于，所述复合物的所述二次颗粒的
Dv50
为5μ
m~9
μ
m。8.
根据权利要求5所述复合正极材料，其特征在于，所述复合物的所述二次颗粒由纳米一次颗粒团聚而成
。9.
一种复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括：提供前驱液，所述前驱液溶解有正极活性物质的制备原料，以及分散有非溶解性的金属有机框架材料；对所述前驱液进行结晶处理，使所述正极活性物质的制备原料以所述金属有机框架材料为晶核进行结晶，得到前驱体；在惰性气氛中，对所述前驱体进行烧结，使所述前驱体中的所述正极活性物质的制备原料反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：栗晓静，别常峰，倪欢，柳娜，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：