富锂正极材料及其制备方法、正极极片及二次电池与流程

本申请涉及电池，特别涉及一种富锂正极材料及其制备方法、正极极片及二次电池。

背景技术：

1、锂离子电池正极材料是锂离子电池的重要组成部分，正极材料决定了锂离子电池的能量密度、寿命和安全性等指标，正极材料在锂离子电池中占据核心地位。然而现有的正极材料在充放电过程中结构的不可逆转化以及正极材料在高电压下会产生较为严重的副反应，造成正极材料结构的不稳定从而阻碍锂离子的扩散，使得正极材料的倍率性能和循环容量保持率较低。此外，在电化学过程中电解液的分解会加速正极材料界面钝化，提高了正极材料的电阻，限制了正极材料的倍率性能及循环性能的提升。

技术实现思路

1、本申请提供一种富锂正极材料及其制备方法、正极极片及二次电池。

2、第一方面，本申请提供一种富锂正极材料，所述富锂正极材料包括富锂内核材料和金属有机凝胶，所述金属有机凝胶包覆于所述富锂内核材料的外表面。

3、本申请实施例中，金属有机凝胶包覆于富锂内核材料的外表面，一方面，金属有机凝胶具有较强的导电性，增强了富锂正极材料的导电性并加速电子的转移，减小富锂正极材料的极化率，有利于提高富锂正极材料的倍率性能及循环性能。

4、另一方面，金属有机凝胶能够有效将富锂内核材料与电解液隔离，金属有机凝胶能够对富锂内核材料起到良好的保护作用。金属有机凝胶能够抑制电解液在富锂正极材料界面处的分解，进而防止富锂正极材料界面钝化，从而减少富锂正极材料极化，以提升富锂正极材料的倍率性能及循环性能。同时，金属有机凝胶包覆于富锂内核材料外表面，能够有效地保持富锂内核材料结构的稳定性并防止富锂内核材料的损失。

5、再一方面，富锂内核材料在首次充放电过程产生的非活性锂能够与金属有机凝胶接触并固定于金属有机凝胶的活性位点处，金属有机凝胶具备一定的储锂能力。在后续的放电过程时金属有机凝胶能够将其所储备的锂释放出来，从而减少非活性锂的产生，使得富锂正极材料的首圈放电比容量以及容量保持率得到显著提高。

6、在一种实施方式中，所述金属有机凝胶由金属和芳烃类配体配位结合而成。

7、在一种实施方式中，所述金属包括锆、铝、铬、铁、镍、钴、铜、银、铂、钯和金中的至少一种。

8、在一种实施方式中，所述芳烃类配体包括巯基芳香配体和含芳烃羧酸类有机配体。

9、在一种实施方式中，所述富锂内核材料包括二次颗粒，所述二次颗粒由多个一次颗粒构成，所述金属有机凝胶填充于所述一次颗粒间隙中，和/或所述金属有机凝胶包覆于所述二次颗粒的外表面。

10、在一种实施方式中，所述金属有机凝胶形成连续薄膜层，包覆于所述富锂内核材料的外表面。

11、在一种实施方式中，所述金属有机凝胶通过化学气相沉积的方法包覆于所述富锂内核材料的外表面。

12、在一种实施方式中，所述富锂正极材料中，金属有机凝胶的质量占比为1.0％-5.0％。

13、在一种实施方式中，所述金属有机凝胶形成的包覆层的厚度为100nm-1μm。

14、在一种实施方式中，所述富锂内核材料形成的内核的粒径为2μm-8μm。

15、在一种实施方式中，所述富锂正极材料的比表面积小于或等于5m2/g。

16、在一种实施方式中，在25℃，30％-35％相对湿度空气中所述富锂正极材料的吸水速率为0.5ppm/s-10ppm/s。

17、在一种实施方式中，所述富锂正极材料的电化学阻抗值为20ω-50ω。

18、在一种实施方式中，所述富锂内核材料的分子式为li2+xmyoz，其中，m包括w、ti、al、ni、fe、mn、co、cr、v、mo、nb、zr、cu、mg、k中的至少一种元素，-0.2≤x≤0.2，0＜y≤1，0＜z＜12。

19、第二方面，本申请提供一种富锂正极材料的制备方法，所述富锂正极材料的制备方法包括：

20、将锂源和m源混匀后，在惰性气氛下烧结，获得富锂内核材料；

21、提供或制备金属有机凝胶的前驱体，所述前驱体由金属和巯基芳香配体构成；

22、将所述金属有机凝胶的前驱体和富锂内核材料分别放置在多区化学气相沉积设备中，加热获得所述富锂正极材料。

23、本申请实施例提供的富锂正极材料的制备方法简单，通过化学气相沉积的方法能够在富锂内核材料的外表面形成高度连续的薄膜包覆层，以实现对富锂内核材料的良好保护。同时通过化学气相沉积的方法更有利于制备形成更薄的包覆层，有利于提高富锂正极材料的能量密度。另外，通过化学气相沉积的方法所形成的金属有机凝胶的包覆层厚度可控。

24、第三方面，本申请提供一种正极极片，所述正极极片包括如上所述的富锂正极材料，或包括如上所述的富锂正极材料的制备方法制备得到的富锂正极材料。

25、第四方面，本申请提供一种二次电池，所述二次电池包括负极极片、隔膜和如上所述的正极极片。

技术特征：

1.一种富锂正极材料，其特征在于，所述富锂正极材料包括：

2.根据权利要求1所述的富锂正极材料，其特征在于，所述金属有机凝胶由金属和芳烃类配体配位结合而成。

3.根据权利要求2所述的富锂正极材料，其特征在于，所述金属包括锆、铝、铬、铁、镍、钴、铜、银、铂、钯和金中的至少一种；和/或

4.根据权利要求1所述的富锂正极材料，其特征在于，所述富锂内核材料为二次颗粒，所述二次颗粒由多个一次颗粒构成，所述金属有机凝胶填充于所述一次颗粒间隙中，和/或，所述金属有机凝胶包覆于所述一次颗粒的外表面。

5.根据权利要求1所述的富锂正极材料，其特征在于，所述金属有机凝胶形成连续薄膜层，包覆于所述富锂内核材料的外表面。

6.根据权利要求1所述的富锂正极材料，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的富锂正极材料，其特征在于，所述富锂正极材料的比表面积小于或等于5m2/g；和/或

8.根据权利要求1所述的富锂正极材料，其特征在于，所述富锂内核材料的分子式为li2+xmyoz，其中，m包括w、ti、al、ni、fe、mn、co、cr、v、mo、nb、zr、cu、mg、k中的至少一种元素，-0.2≤x≤0.2，0＜y≤1，0＜z＜12。

9.一种富锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述富锂正极材料的制备方法包括：

10.一种正极极片，其特征在于，所述正极极片包括如权利要求1-8任一项所述的富锂正极材料，或包括如权利要求9所述的富锂正极材料的制备方法制备得到的富锂正极材料。

11.一种二次电池，其特征在于，所述二次电池包括负极极片、隔膜和如权利要求10所述的正极极片。

技术总结
本申请提供一种富锂正极材料及其制备方法、正极极片及二次电池，富锂正极材料包括富锂内核材料和金属有机凝胶，金属有机凝胶包覆于富锂内核材料的外表面。本申请中，金属有机凝胶具有较强的导电性，增强了富锂正极材料的导电性。金属有机凝胶能够隔离富锂内核材料和电解液，对富锂内核材料起到良好的保护作用。另外，金属有机凝胶具备一定的储锂能力，能够减少富锂内核材料在首次充放电过程中非活性锂的产生。本申请提供的富锂正极材料具有较高的稳定性、倍率性能、循环性能、首圈放电比容量以及容量保持率。

技术研发人员：蒋鑫,万远鑫,孔令涌,裴现一男,陈心怡,张莉,张顺心
受保护的技术使用者：深圳市德方创域新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24