[發明專利]復合正極材料及其制備方法、鋰電池正極材料及鋰電池

在審

• 申請號: 202011194148.5
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112259724A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 鄭軍華;王亞州
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/052;H01M10/0525
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 梁文惠

本發明提供了一種復合正極材料及其制備方法、鋰電池正極材料及鋰電池。該復合正極材料包括石墨烯、三元正極材料以及偶聯劑。本申請利用偶聯劑鍵合石墨烯和三元正極材料得到的堆疊結構實現了對三元正極材料進行均勻地包覆，從而極大地減小了石墨烯和三元正極材料的間隙，進而縮短了石墨烯上鋰離子擴散傳導的路徑，并減少三元正極材料的內阻。同時，利用偶聯劑包含的快離子傳導通道以及石墨烯具有的隔離電解液的作用，進一步地減少了石墨烯對鋰離子的擴散阻礙、改善了鋰電池的倍率性能和循環性能，且上述復合正極材料的組分簡單、來源廣泛，成本較低。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體而言，涉及一種復合正極材料及其制備方法、鋰電池正極材料及鋰電池。

背景技術

隨著新能源汽車的發展，鋰離子動力電池作為最熱門的電動車動力電池而備受關注。相比發展成熟穩定的商業石墨負極，針對高容量、長壽命、低成本以及安全環保的正極材料的研發顯得尤為迫切。當前商用的鋰電池正極材料主要有層狀結構的鈷酸鋰、三元材料、尖晶石結構的錳酸鋰以及橄欖石結構的磷酸鐵鋰。其中，高鎳三元正極材料擁有較高的比容量、能量密度和功率密度的優點，從而成為商業新興的熱門正極材料。但是高鎳三元正極材料的電化學性能、熱穩定性、結構穩定性還需進一步提高，尤其是在高溫以及高電位測試環境下，隨著鎳含量的提高，這些問題顯得尤為突出。因此，對于高鎳三元正極材料的改性十分重要。目前商品化包覆改性高鎳三元正極材料的包覆物包括碳、金屬氧化物(如ZnO、Al₂O₃等)、磷酸鹽(如AlPO₄等)和陰離子(如F^-等)。然而，以上包覆材料雖阻隔了鎳錳酸鋰材料與電解液的直接接觸，但卻存在降低比容量、腐蝕材料表面和增大電阻等問題。

針對上述存在的問題，在鋰電池正極材料的包覆改性研究工作中，包括石墨烯、炭黑、碳納米管等碳材料包覆正極的工作嘗試。其中的石墨烯是一種二維片狀納米碳材料，具有優異的熱學、力學、光學、電學性能及廣泛的應用前景。但常規的石墨烯包覆正極方案只是簡單的通過攪拌或球磨的方式將正極材料和石墨烯進行混合然后再進行高溫處理，從而得到正極石墨烯復合材料。具體地，現有公開的采用石墨烯與正極材料復合制備方法如下：(1)通過簡單地攪拌和離心熱處理的過程制備產品；(2)通過行星球磨的方式混合石墨烯和正極材料，再高溫煅燒熱處理方法制備產品；(3)通過利用噴霧器將正極材料與石墨烯分散液的混合液噴入充滿保護氣體的垂直煅燒爐中進行熱處理的方法制得。但以上石墨烯包覆高鎳三元正極的方法要么存在高溫碳化影響正極材料的結構穩定性的問題，要么存在石墨烯包覆不均勻導致石墨烯空間位阻影響鋰離子擴散傳輸、正極循環和倍率性能的問題。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種復合正極材料及其制備方法、鋰電池正極材料及鋰電池，以解決現有技術中鋰電池正極材料的包覆改性存在包覆不均以及石墨烯包覆高鎳三元正極性能較差的問題。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種復合正極材料，該復合正極材料包括石墨烯、三元正極材料以及偶聯劑。

進一步地，以質量百分比計，上述石墨烯為0.1～2％、三元正極材料為90～98％以及偶聯劑為0.1～8％。

進一步地，上述石墨烯與偶聯劑的質量比為2:1～10:1。

進一步地，上述三元正極材料為鎳含量大于60％的高鎳三元材料。

進一步地，上述偶聯劑選自鈦酸酯偶聯劑、硅烷偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑中的任意一種或多種；優選鈦酸酯偶聯劑選自NDZ401、NDZ311w、NDZ311、NDZ201、NDZ130、NDZ105、NDZ102、NDZ101中的任意一種或多種，優選硅烷偶聯劑選自DL602、DL171、KH550、KH560、KH570中的任意一種或多種，優選鋁酸酯偶聯劑為DL-411和/或鋁酸三異丙酯。