[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極材料的包覆結(jié)構(gòu)及其制備方法和用途

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010636955.1
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111900394B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳凱;馮玉川;李崢;何泓材;楊帆
• 申請（專利權(quán)）人: 清陶（昆山）能源發(fā)展有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/131;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極材料的包覆結(jié)構(gòu)及其制備方法和用途，所述制備方法包括通過機械融合法在正極材料表面包覆電子導電顆粒層；之后在電子導電顆粒層的表面通過液相法包覆固態(tài)電解質(zhì)層，得到所述鋰離子電池正極材料的包覆結(jié)構(gòu)；所述包覆結(jié)構(gòu)包括位于正極材料表面的電子導電顆粒層，及位于所述電子導電顆粒層的外層的固態(tài)電解質(zhì)層；上述包覆結(jié)構(gòu)能有效隔絕正極材料與電解質(zhì)之間的直接接觸，抑制正極材料與電解質(zhì)間的副反應(yīng)，提高電池的循環(huán)性能；同時，其具有高的熱穩(wěn)定性，可以提高電池的安全性能；本發(fā)明所述包覆結(jié)構(gòu)采用上述兩層結(jié)構(gòu)，其具有良好的鋰離子電導和電子電導，保證了正極材料較高的克容量和倍率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋰離子電池正極材料的包覆結(jié)構(gòu)及其制備方法和用途。

背景技術(shù)

近年來，隨著鋰離子電池能量密度的不斷提高，以及市場對于電池降低成本的壓力不斷增加，開發(fā)和使用低鈷/無鈷的高鎳正極材料與高電壓正極材料成為行業(yè)關(guān)注的熱點。

典型的高鎳正極材料如NCM811鎳鈷錳三元材料、NCM622鎳鈷錳三元材料、NCA鎳鈷鋁，典型的高電壓正極材料如高電壓LCO鈷酸鋰、高電壓NCM523鎳鈷錳三元材料等已經(jīng)實現(xiàn)批量應(yīng)用。然而，高鎳正極材料和高電壓正極材料存在易與電解質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)、熱穩(wěn)定性較差等缺點，會引發(fā)電池循環(huán)性能衰減和安全性能較差等問題，需要對正極材料的表面進行包覆處理。

現(xiàn)有正極材料包覆方式大多采用機械融合法，將惰性的鋰離子電導和電子電導非常差的納米顆粒包覆在正極材料表面，最終實現(xiàn)的是一種不連續(xù)的島狀包覆；這種包覆結(jié)構(gòu)的正極材料仍然有裸露的表面會與電解質(zhì)接觸，沒有起到徹底的包覆，對電池循環(huán)和安全性能改善效果有限；近來新興的液相包覆，將含鋰的固態(tài)電解質(zhì)前驅(qū)體溶液包覆在正極材料表面，通過后續(xù)熱處理成相實現(xiàn)連續(xù)的層狀包覆，但是這種包覆方式?jīng)]有考慮正極材料表面的電子傳導通道，包覆正極材料的容量和倍率性能受到非常大的影響。

CN107546380A公開了一種鋰離子電池正極復合材料及其制備方法，以Li₃V₂(PO₄)₃材料為核，通過將快離子導體型固態(tài)電解質(zhì)鑲嵌在包覆碳層中，與碳形成雙包覆的核殼結(jié)構(gòu)，針對性地提高磷酸釩鋰材料的鋰離子傳導速率；其制備方法通過液相水熱法制備，其所得正極復合材料無法充分發(fā)揮正極材料的克容量和倍率性能。

CN108054378A公開了一種具有核殼結(jié)構(gòu)的鋰電池復合正極材料，其包括核心和包覆所述核心的殼層，所述核心由鋰電池正極材料制成，所述殼層為固態(tài)電解質(zhì)材料和碳材料形成的復合導電網(wǎng)絡(luò)層；其制備過程采用機械融合法包覆固態(tài)電解質(zhì)，之后進行碳包覆，所得復合正極材料存在著正極材料克容量及倍率性能發(fā)揮不足，且循環(huán)性能不足的問題。

CN108807933A公開了一種正極材料，包括三元材料和包覆于所述三元材料表面的包覆層，所述包覆層的材料包括有機阻燃材，其制備方法包括取三元材料，將三元材料與包覆材料在溶劑中充分混合，得到混合溶液，包覆材料包括有機阻燃材料；將混合溶液進行噴霧干燥后進行機械融合，得到包覆層包覆的三元材料，即正極材料；CN107331852A公開了一種采用氧化物對三元正極材料進行表面包覆的方法，所述方法包括：將鋰、鎳、鈷、錳的醋酸鹽混合，加入到無水乙醇中形成乙醇溶液；按金屬氧化物在復合電極材料中所占比例，稱取一定量的氧化鈮、氧化鋯和氧化釔中的兩種或三種于所述乙醇溶液中，充分分散、球磨，得到懸濁液；將懸濁液放于烘箱中蒸干水分，獲得干燥前驅(qū)體；將前驅(qū)體置于空氣氣氛箱式爐中進行燒結(jié)，得到具有氧化物包覆層的鎳鈷錳三元復合電極材料；上述方案的包覆物一定程度上減少了電解液和正極材料的副反應(yīng)，提高了材料的循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性，但是效果有限，同時會帶來負面效果，抑制了鋰離子和/或電子的傳輸。

但現(xiàn)有技術(shù)沒有公開將機械混合和液相混合組合使用的方式來對正極材料進行包覆，如果僅僅使用固相包覆或液相包覆，在包覆的正極材料表面鋰離子電導材料以顆粒形式存在，不能完全達到安全性、容量和倍率性能的要求。