[發明專利]正極材料及其制備方法、正極極片和二次電池

在審

• 申請號: 202310334256.5
• 申請日: 2023-03-27
• 公開（公告）號: CN116404161A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 譚旗清;萬遠鑫;孔令涌;賴佳宇;張莉;裴現一男;戴浩文;駱文森
• 申請（專利權）人: 深圳市德方創域新能源科技有限公司;曲靖德方創界新能源科技有限公司;佛山市德方創界新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/04;H01M4/13;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 黃禹強

一種正極材料及其制備方法、正極極片和二次電池，正極材料包括內核、緩沖層和包覆層；其中，內核包括富鋰化合物；包覆層包覆在內核的外表面；緩沖層位于內核與包覆層之間；包覆層的抗形變能力大于內核的抗形變能力，緩沖層的抗形變能力位于包覆層與內核的抗形變能力之間。通過利用緩沖層和包覆層組合可以提高正極材料的結構穩定性。

技術領域

本申請涉及二次電池技術領域，具體涉及一種正極材料及其制備方法、正極極片和二次電池。

背景技術

鋰離子電池作為高效清潔能源技術的代表，具有電壓高，能量密度大，循環性好，無記憶效應等優點，已經廣泛應用于便攜式電子設備、電動汽車和大規模儲能等國民經濟的諸多領域。

然而在鋰離子電池被廣泛應用的同時，鋰離子的電池的安全性也受到了更多的關注。在鋰離子電池制作的過程中，通常需要擠壓正極極片，以使得正極極片能夠具有更高的能量密度。但是該過程也會導致正極材料的結構受到破壞，從而影響鋰電池的性能。并且，結構受到破壞的正極材料在使用過程中，由于原子晶格會發生的形變和膨脹，從而導致電池極片出現粉化或脫落的現象，不但降低鋰離子電池的電化學性能和使用壽命，還會對電池的安全性造成影響。

所以如何在鋰離子電池制造過程中避免正極材料結構遭到破壞，并且確保正極材料在充放電過程中不出現粉化或脫落的現象，成為了關鍵問題。

發明內容

本申請的目的是提供一種正極材料及其制備方法、正極極片和二次電池。

本申請提供了如下的技術方案：

第一方面，本申請提供一種正極材料，包括內核、緩沖層和包覆層；其中，內核包括富鋰化合物；包覆層，包覆在內核的外表面；緩沖層位于內核與包覆層之間；包覆層的抗形變能力大于內核的抗形變能力，緩沖層的抗形變能力位于包覆層與內核之間。本發明通過采用楊氏模量較高的材料包覆內核，提高了內核受壓抗形變的能力，還降低其表面殘堿度，減少了外界環境中的有害物質侵蝕正極材料，從而進一步的提高了正極材料的結構穩定性。通過該正極材料組裝鋰電池時，正極材料上不會在受力不均的情況下發生結構坍塌，在正極材料都能夠具有完整結構的前提下，所形成的正極極片也能夠具有更加均勻的孔隙結構，以此更有利于電解液的滲透和活性離子的傳輸；并且，在鋰電池充放電過程中，緩沖層和包覆層還能夠防止富鋰化合物體積膨脹，減少極片粉化、提高鋰電池的電化學性能。

一種可能的實施方式中，緩沖層的楊氏模量G1和包覆層的楊氏模量G2均大于內核的楊氏模量G0，且包覆層的楊氏模量G2大于緩沖層的楊氏模量G1。具體的，在上述方式的基礎上，當包覆層的楊氏模量大于緩沖層的楊氏模量后，包覆層能夠有更加優異的抗形變能力。當包覆層在受外力擠壓時，其形變量較小，使得緩沖層的外表面所受到的壓力也是均勻的。并且，在緩沖層和包覆層配合后，可以逐級緩解正極材料的形變程度，使得每一層(至包覆層向內核)的外表面均在形變較小的基礎上均勻受力。因此正極材料上不會在受力不均的情況下發生坍塌，在正極材料均具有均勻粒徑的情況下，所形成的正極極片也能夠具有更加均勻的孔隙結構，以此更有利于電解液的滲透和活性離子的傳輸。

一種可能的實施方式中，包覆層30的楊氏模量G2與緩沖層20的楊氏模量G1的差值為40Gpa～350Gpa。將包覆層的楊氏模量G2和緩沖層的楊氏模量G1的差值控制在上述范圍內，可以確保緩沖層和包覆層能夠通過顯著的差量逐層控制自身形變，從而進一步達到保護內核的目的。

一種可能的實施方式中，所述正極材料滿足關系式：0.1≤(G2-G1)/(G1-G0)≤9，其中，G0為所述內核的楊氏模量，G1為所述緩沖層的楊氏模量，G2為所述包覆層的楊氏模量。滿足上述關系式時，各層之間的楊氏模量差在相近的范圍內，使得正極材料在內外所受的壓力能夠保持一致。當低于上述范圍時，說明緩沖層和包覆層之間的楊氏模量差值較小，包覆層和緩沖層的抗形變能力相近，容易導致包覆層的作用較小；當高于上述范圍時，說明緩沖層和內核之間的楊氏模量差值較小，緩沖層和內核的抗形變能力相近，緩沖層的作用較小。