正极材料及其制备方法、正极极片及其制备方法和锂电池与流程

本申请涉及电化学，尤其涉及一种核壳结构的氧化锂复合正极材料及其制备方法、正极极片及其制备方法和锂电池。

背景技术：

1、锂离子电池是一种广泛应用于电子设备、电动汽车、储能系统等领域的高效能电池。其中，正极材料是锂离子电池中至关重要的组成部分，它决定了电池的容量、循环性能和安全性能等方面的特性。

2、传统商用锂离子电池正极材料主要包括磷酸盐、层状过渡金属氧化物等，电池容量相对较低，限制了锂离子电池能量密度的进一步提高。相较于传统的商用锂离子电池正极材料，氧化锂具有容量高，原料潜在成本低的优点，被认为是具有应用前景的下一代锂离子电池正极材料。

3、氧化锂作为正极材料时，电化学活性低，为降低反应过电位，需要与催化剂复合降低复合过电位。而氧化锂复合正极材料的尺寸在很大程度上影响到锂离子电池的性能，为获得小尺寸的氧化锂和催化剂的复合正极材料，相关技术中一般利用高能球磨机将氧化锂和催化剂进行长时间的研磨和混合，制备得到氧化锂和催化剂的复合正极材料。由于氧化锂对二氧化碳和水分的敏感性，在整个球磨过程中需要通入惰性气体保护。

4、上述氧化锂复合正极材料在制备过程中，如混料、涂布和烘干过程中为保证氧化锂活性，均需要在惰性气体保护下进行，且球磨时间长。由于上述工艺方式复杂、需要在惰性气体保护下进行，有时间周期长和成本高的缺点，限制了其大规模制备的可行性。

5、基于此，本申请提供了一种核壳结构的氧化锂复合正极材料及其制备方法、正极极片及其制备方法和锂电池，以解决上述技术中存在的问题。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种核壳结构的氧化锂复合正极材料及其制备方法、正极极片及其制备方法和锂电池，解决正极材料制备的时间周期长和成本高的缺点。

2、本申请的目的采用以下技术方案实现：

3、第一方面，本申请提供了一种核壳结构的氧化锂复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：

4、s1、将碳源、金属盐、含锂化合物以及溶剂制成雾状液滴；

5、s2、将步骤s1所得的雾状液滴进行热解处理，得到粉末状的金属/碳包覆的氧化锂复合正极材料。

6、在一些可能的实现方式中，所述步骤s1包括：

7、s11、将所述碳源、所述金属盐和所述含锂化合物分别单独溶解于溶剂中，得到碳源溶液、金属盐溶液和锂化合物溶液；

8、s12、将所述碳源溶液、所述金属盐溶液和所述锂化合物溶液通过高压静电场制成雾状液滴。

9、在一些可能的实现方式中，所述步骤s1包括：

10、s13、将所述碳源和所述金属盐溶解于溶剂中，得到第一混合溶液；

11、s14、将所述含锂化合物添加到所述第一混合溶液中，并通过超声分散的方式得到第二混合溶液；

12、s15、将所述第二混合溶液通过超声喷雾的方式制成雾状液滴。

13、在一些可能的实现方式中，所述步骤s2包括：

14、s21、将所述雾状液滴进行一次热解，得到一次热解后的粉末状的金属/碳包覆的氧化锂复合正极材料。

15、在一些可能的实现方式中，当所述氧化锂正极材料中的氧化锂含量低于预设判定含量时，所述步骤s2还包括：

16、s22、对所述金属/碳包覆的氧化锂正极材料进行二次热解，得到二次热解除杂后的粉末状的金属/碳包覆的氧化锂复合正极材料。

17、在一些可能的实现方式中，步骤s21中所述雾状液滴的一次热解在真空环境中进行。

18、在一些可能的实现方式中，所述一次热解的温度为300℃～1100℃。

19、在一些可能的实现方式中，所述二次热解的温度为400℃～1100℃，所述二次热解的时间为1h～20h。

20、在一些可能的实现方式中，所述碳源选自羧甲基壳聚糖、酚醛树脂、蔗糖、葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种；和/或，

21、所述溶剂选自去离子水、丙酮和乙醇中的至少一种；和/或，

22、所述金属盐选自钛、铁、锰、镍、钴盐中的至少一种；和/或，

23、所述金属盐选自硝酸钴、硫酸钴、氯化钴、酞菁钴、硝酸镍、硫酸镍、氯化镍、酞菁镍、醋酸镍、硝酸钛、硫酸钛、氯化钛、酞菁钛、硝酸锰、硫酸锰、氯化锰、酞菁锰、硝酸铁、硫酸铁、氯化铁、酞菁铁中的至少一种；和/或，

24、所述含锂化合物选自氢氧化锂、醋酸锂、硝酸锂、硫酸锂、氯化锂、碳酸锂、过氧化锂和氧化锂中的至少一种。

25、第二方面，本申请还提供了一种由第一方面任意一项所述的制备方法制备的金属/碳包覆的氧化锂复合正极材料。

26、第三方面，本申请还提供了一种正极极片的制备方法，包括如下步骤：

27、将氧化锂复合正极材料、炭黑与粘结剂研磨混合均匀，进行热辊压后得到厚度均匀的电极片，于真空条件下烘干后得到正极极片；

28、其中，所述氧化锂复合正极材料为第二方面所述的金属/碳包覆的氧化锂复合正极材料。

29、第四方面，本申请还提供了一种由第三方面所述的正极极片的制备方法制备的正极极片。

30、第五方面，本申请还提供了一种锂电池，包括第四方面所述的正极极片。

31、采用本申请提供的核壳结构的氧化锂复合正极材料及其制备方法、正极极片及其制备方法和锂电池，至少具有以下优点：

32、一方面，上述方法制备的氧化锂复合正极材料具有核壳结构，核心为含锂化合物，外层被碳源和金属盐包覆。这种结构有助于提高氧化锂材料的稳定性、电导率和循环性能，从而改善电池的性能。又一方面，制备过程中的雾状液滴可以加速反应的进行，从而提高了制备效率，进而节约生产成本。又一方面，与传统方法不同的是，本实施例不需要惰性气体保护，从而降低了制备过程的复杂性和成本。又一方面，本实施例可以利用喷雾装置获得金属盐/碳溶液包覆含锂化合物的雾状液滴，经干燥热解从而一步获得微尺寸的催化剂/碳包覆的氧化锂粉末材料，可连续生产且成本低。

33、综上，本实施例中，利用碳源、金属盐、含锂化合物以及溶剂制备成雾状液滴，便于快速的干燥裂解并形成微尺寸的金属/碳包覆的氧化锂复合正极材料，成本低、合成过程简单且周期时间短，在合成过程中无需惰性气体保护，可连续生产。制备得到的氧化锂复合正极材料因外层有碳包覆，提高了氧化锂复合正极材料的稳定性和导电性。

技术特征：

1.一种核壳结构的氧化锂复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1包括：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1包括：

4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s21中所述雾状液滴的一次热解在真空环境中进行。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述一次热解的温度为300℃～1100℃。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述二次热解的温度为400℃～1100℃，所述二次热解的时间为1h～20h。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳源选自羧甲基壳聚糖、酚醛树脂、蔗糖、葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种；和/或，

10.一种由权利要求1-9任意一项所述的制备方法制备的金属/碳包覆的氧化锂复合正极材料。

11.一种正极极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

12.一种由权利要求11所述的正极极片的制备方法制备的正极极片。

13.一种锂电池，其特征在于，包括权利要求12所述的正极极片。

技术总结
本申请提供了一种正极材料及其制备方法、正极极片及其制备方法和锂电池。制备方法包括如下步骤：S1、将碳源、金属盐、含锂化合物以及溶剂制成雾状液滴；S2、将步骤S1所得的雾状液滴进行热解处理，得到粉末状的金属/碳包覆的氧化锂复合正极材料。本申请利用碳源、金属盐、含锂化合物以及溶剂制备成雾状液滴，便于快速的干燥裂解并形成微尺寸的金属/碳包覆的氧化锂复合正极材料，成本低、合成过程简单且周期时间短，在合成过程中无需惰性气体保护，可连续生产。

技术研发人员：胡文龙,赵佳俊,梅骜
受保护的技术使用者：广州凌顶能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16