复合正极材料制造技术

本申请实施例提供一种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、正极及其制备方法、电池和用电装置


[0001]本申请涉及电池
，具体涉及一种复合正极材料
、
正极及其制备方法
、
电池和用电装置
。

技术介绍

[0002]锂离子电池主要由正极
、
负极
、
隔膜
、
电解液四种部分组成，其中，正极是以正极材料作为活性物质，并由正极材料
、
导电碳和粘结剂等组成的混合物涂敷到导电集流体上制备形成的
。
目前市场化的正极材料主要包括钴酸锂
(LiCoO2)、NCM
三元材料
(LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2)、NCA
三元材料
(LiNi
x
Co
y
Al
z
O2)、
磷酸铁锂
(LiFePO4)
以及它们的掺杂和
/
或包覆化合物
。
随着市场对便携设备的小型化
、
新能源汽车续航里程增加等需求，市场对于锂离子电池的能量密度要求越来越高
。
为满足市场对锂离子电池高能量密度的需求，可以通过提高充电电压的方式来进一步提高锂离子电池的能量密度
。
但是在高电压的情况下容易导致正极材料结构稳定性差和界面稳定性差的技术问题
。
[0003]下面以钴酸锂为例对高电压导致正极材料结构稳定性差和界面稳定性差的问题进行说明
。
钴酸锂是一种氧化物，属于
R
‑
3m
空间群层状结构，其理论比容量为
274mAh/g。
然而，受制于钴酸锂在高电压下的结构稳定性以及电解液的电化学窗口，目前钴酸锂的实际充电截止电压为
4.45V
，可逆放电比容量为
173mAh/g
，体积能量密度为
2900Wh/L。
而当钴酸锂的充电截止电压提高到
4.6V
时，放电容量可达到
220mAh/g
，体积能量密度达到
3700Wh/L
，比
4.45V
提高了
27.6
％
。
虽然提高充电截至电压能够提高能量密度，但是也导致了钴酸锂的结构稳定性差和界面稳定性差的问题
。
原因包括当充电电压超过
4.5V
时，钴酸锂会发生
O3
相向
H1
‑3相的不利相变，晶胞参数剧烈变化，材料内部积累较大的残余应力，导致裂纹形成
。
其次，由于
O 2p
轨道与
Co 3d
轨道部分重叠，在高电压条件下晶格氧会参与氧化还原反应造成氧释放等问题，从而引发钴酸锂的结构降解
。
此外，高电压下钴酸锂表面钴离子被氧化，形成具有强氧化性的高价钴离子，该些高价钴离子会导致电解液分解，造成产气以及
CEI
增厚，导致极化增加
。
[0004]综上所述，在高电压的情况下容易导致正极材料结构稳定性差和界面稳定性差的技术问题
。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种复合正极材料及其制备方法，以解决现有技术中正极材料结构稳定性差和界面稳定性差的技术问题
。
同时，本申请实施例还提供一种正极及其制备方法
、
电池和用电装置
。
[0006]第一方面，本实施例提供了一种复合正极材料
。
该复合正极材料包括核体和包覆层，其中，核体包括正极活性材料，包覆层包括用于形成
CEI
膜的
CEI
添加剂
。
[0007]本申请实施例提供的复合正极材料通过
CEI
添加剂在核体的表面形成包覆层
。
包覆层能够提高核体的结构稳定性，降低电池充放电过程中正极活性材料由于内部应力改变
导致的结构变化
。
此外，
CEI
添加剂形成的包覆层有效钝化了正极活性材料表面，提高了正极活性材料的界面稳定性，减少或隔绝了正极活性材料与电解液的接触，显著减少了电解液分解的持续发生
。
本申请复合正极材料中有效提高了正极活性材料的结构稳定性和界面稳定性，从而进一步提高了电池的倍率性能和循环稳定性
。
[0008]第二方面，本申请实施例提供了一种正极活性材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
[0009]提供正极活性材料和
CEI
添加剂；
[0010]将至少部分
CEI
添加剂包覆于正极活性材料的表面，得到复合正极材料
。
[0011]本申请复合正极材料制备方法制得的复合正极材料中，正极活性材料的表面包覆有
CEI
添加剂形成的包覆层，该包覆层有效提高了正极活性材料的结构稳定性
。
由于包覆层中含有
CEI
添加剂，能够传导锂离子的同时减少或隔绝正极活性材料与电解液的接触，有效提高了正极活性材料的界面稳定性
。
此外，本申请实施例复合正极材料制备方法条件可控，能够精确调控复合正极材料的结构稳定性和电化学性能
。
[0012]第三方面，本申请实施例提供了一种正极
。
该正极包括正极活性层，在该正极活性层中包括本申请复合正极材料
。
[0013]由于本申请复合正极材料具有良好的结构稳定性和界面稳定性，使得本申请实施例正极具有较高的充电截止电压
、
较高的倍率性能和良好的循环稳定性
。
[0014]第四方面，本申请实施例提供了一种正极制备方法
。
该正极制备方法包括如下步骤：
[0015]将复合正极材料
、
粘结剂
、
导电剂和溶剂进行混合处理，或将正极活性材料
、CEI
添加剂
、
粘结剂
、
导电剂和溶剂进行混合处理，得到正极浆料；
[0016]将正极浆料在集流体上成膜处理，形成正极活性层，制得正极
。
[0017]本申请实施例正极制备方法制得的正极中包含复合正极材料，由于本申请复合正极材料具有包覆层，包覆层包含
CEI
添加剂，从而使复合正极材料具有良好的结构稳定性和界面稳定性，使得本申请正极制备方法制得的正极具有容量高
、
循环稳定性好的优点
。
[0018]第五方面，本申请实施例提供了一种电池
。
该电池包括本申请正极
。
[0019]由于本申请正极具有能量密度和循环稳定性的特点，相应的，使得本申本文档来自技高网...

【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，包括核体和包覆层，所述核体包括正极活性材料，所述包覆层包括用于形成
CEI
膜的
CEI
添加剂
。2.
如权利要求1所述的复合正极材料，其特征在于，所述包覆层的特征包括如下
(1)
至
(4)
中的至少一种：
(1)
所述
CEI
添加剂含有极性功能基团；
(2)
所述
CEI
添加剂包括磺酸聚合物；
(3)
所述
CEI
添加剂与所述核体的质量比为1～
200
：
10000
；
(4)
所述包覆层的厚度为5～
20nm。3.
如权利要求2所述的复合正极材料，其特征在于，所述磺酸聚合物的数均分子量为4千～
100
万；和
/
或所述磺酸聚合物包括全氟磺酸树脂
、
聚苯并咪唑磺酸
、
聚苯硫醚磺酸
、
聚乙烯醇磺酸
、
聚苯胺磺酸
、
聚酰亚胺磺酸
、
聚醚砜磺酸
、
聚四氟乙烯磺酸中的至少一种
。4.
如权利要求3所述的复合正极材料，其特征在于，所述
CEI
添加剂为所述全氟磺酸树脂，且所述全氟磺酸树脂与所述核体的质量比为
50
～
200
：
10000。5.
如权利要求1‑4任一项所述的复合正极材料，其特征在于，所述正极活性材料包括钴酸锂正极材料，镍钴锰酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢周广，王洪智，匡燕平，杨明阳，李英芝，程化，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：