一种正极材料及其制备方法、正极片、锂电池和用电设备技术

技术编号：40658651 阅读：4 留言：0更新日期：2024-03-18 18:50

本发明专利技术涉及锂二次电池技术领域，具体而言，涉及一种正极材料及其制备方法、正极片、锂电池和用电设备。正极材料包括基体材料以及至少部分包覆在基体材料表面上的包覆层；包覆层中包括含有X元素的氧化物，其中X包括Ti、Al、Zr、Si、Cr和B中的至少一种；正极材料主要由基体材料、含有所述X元素的偶联剂和水经原位包覆反应后制得。本发明专利技术提供的正极材料，其制备方法简单、易行，反应条件温和，在去除基体材料表面残碱的同时可以形成均匀的包覆层。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂二次电池，具体而言，涉及一种正极材料及其制备方法、正极片、锂电池和用电设备。

技术介绍

1、锂二次电池产品向更高能量密度发展，更多种类的正极材料被广泛开发。但目前的正极材料表面残锂含量较高，残碱度较高，这会导致在制作电极浆料时凝胶化不利于涂布，同时充放电过程中表面结构更易遭到破坏，并与电解液反应，循环性能差。并且，现有正极材料因表面过渡金属溶解使其循环稳定性、倍率性能、特别是低温性能变差。

2、通过水洗可以降低表面残碱含量，进而有效提高正极材料性能。通过表面包覆能改善正极材料表面化学结构，降低与电解液副反应，有效提高电化学性能。

3、但是，当前常用的方法为：向正极材料中加入去离子水搅拌洗涤，固液分离、烘干，降低材料表面碱含量。之后单独加入添加剂，充分混合后高温烧结包覆。整体来看，当前的技术存在以下问题：(1)工序复杂；(2)加入添加剂后混料不均匀；(3)长时间混合导致颗粒破碎、出现微粉；(4)材料表面包覆不均匀，形成包覆层粗糙，部分区域很厚，而其余区域可能没有，厚的部位阻抗高，未包覆部位仍是易受攻击薄弱部位。这些均会降低正极材料的电化学性能。

4、有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

1、本专利技术的第一目的在于提供一种正极材料，其制备方法简单，不会增加操作工序，在去除基体材料表面残碱的同时可以形成均匀的包覆层。解决了现有技术中存在的工序复杂、固相混料不均匀、长时间混合导致颗粒破碎、出现微粉以及包覆不均匀的技术问题。

2、本专利技术的第二目的在于提供一种正极材料的制备方法，该制备方法操作简便，条件温和，室温下即可完成，不需其他额外条件(如加入有机溶剂、加热、加压、通入气体、调节ph等)，用到的溶剂为水，操作更安全、成本更低，适合现有生产工序，不会增加操作工序，并减少了后续干法包覆混料工序，提高了生产效率。

3、本专利技术的第三目的在于提供一种正极片，采用该正极片制得的锂二次电池具有优异的循环稳定性能。

4、本专利技术的第四目的在于提供一种锂电池，该锂电池循环性能好。

5、本专利技术的第五目的在于提供一种用电设备。

6、为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：

7、本专利技术首先提供了一种正极材料，包括基体材料以及至少部分包覆在所述基体材料表面上的包覆层；

8、所述包覆层中包括含有x元素的氧化物，其中x包括ti、al、zr、si、cr和b中的至少一种；

9、所述正极材料主要由基体材料、含有所述x元素的偶联剂和水经原位包覆反应后制得。

10、本专利技术进一步提供了所述正极材料的制备方法，包括如下步骤：

11、将基体材料、含有x元素的偶联剂和水混合并进行包覆反应，再进行烧结，得到所述正极材料。

12、本专利技术又提供了一种正极片，包括所述正极材料或所述制备方法制得的正极材料。

13、本专利技术另外提供了一种锂电池，包括所述正极片。

14、本专利技术还提供了一种用电设备，包括所述锂电池。

15、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：

16、(1)本专利技术提供的正极材料，其制备方法简单、易行，反应条件温和，在去除基体材料表面残碱的同时，可以形成均匀的包覆层。

17、(2)本专利技术提供的正极材料，在制备过程中加入偶联剂作为包覆材料进行原位包覆，偶联剂在水中首先水解变成醇，可与无机物表面酸碱中和，脱水形成盐，形成化学键紧密连接，包覆层与基体材料结合紧密，该正极材料在制成锂电池后在充放电循环过程中不易脱落，可有效改善电池的循环性能。

18、(3)本专利技术提供的正极材料，在制备过程中加入偶联剂作为包覆材料，偶联剂上的官能团可与基体材料的过渡金属键合，进一步抑制过渡金属在循环过程中的溶解。当正极材料为层状结构的镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂或钴酸锂时，可有效保持正极材料的层状结构，并降低层状结构到不可逆岩盐结构转变的发生几率，延缓正极材料内阻增加。

19、(4)本专利技术提供的正极材料的制备方法，操作简便，包覆过程温和，室温下即可完成，不需其他额外条件如加入有机溶剂、加热、加压、调节ph等，用到的溶剂为水，操作更安全、成本更低，适合现有生产工序，不会增加操作工序，并减少了后续干法包覆混料工序，提高了生产效率。

20、(5)本专利技术提供的正极材料的制备方法，包覆更加均匀、密实，并且包覆层厚度可控。

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【技术保护点】

1.一种正极材料，其特征在于，包括基体材料以及至少部分包覆在所述基体材料表面上的包覆层；

2.根据权利要求1所述正极材料，其特征在于，所述含有X元素的偶联剂为水溶性偶联剂。

3.根据权利要求1所述正极材料，其特征在于，所述含有X元素的偶联剂的质量与所述基体材料的质量之比为0.1～10：100。

4.根据权利要求1所述正极材料，其特征在于，所述含有X元素的偶联剂包括钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、有机铬偶联剂、锆酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂和铝-锆偶联剂中的至少一种；

5.根据权利要求1所述正极材料，其特征在于，所述基体材料包括镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂和钴酸锂中的至少一种。

6.如权利要求1～5任一项所述正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，满足如下条件至少其一：

8.一种正极片，其特征在于，包括如权利要求1～5任一项所述正极材料或权利要求6～7任一项所述制备方法制得的正极材料。

9.一种锂电池，其特征在于，包括如权利要求8所述正极片。

10.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求9所述锂电池。

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【技术特征摘要】

1.一种正极材料，其特征在于，包括基体材料以及至少部分包覆在所述基体材料表面上的包覆层；

2.根据权利要求1所述正极材料，其特征在于，所述含有x元素的偶联剂为水溶性偶联剂。

3.根据权利要求1所述正极材料，其特征在于，所述含有x元素的偶联剂的质量与所述基体材料的质量之比为0.1～10：100。

4.根据权利要求1所述正极材料，其特征在于，所述含有x元素的偶联剂包括钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、有机铬偶联剂、锆酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂和铝-锆偶联剂中的至少一种；

5.根据权利要求1所述正极材料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亚强，刘颖，王自兵，肖舒劼，高炯信，
申请(专利权)人：天津巴莫科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：

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