复合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，特别涉及一种复合正极材料及其制备方法、正极极片及二次电池。

背景技术：

1、锂离子电池作为一种高能、绿色环保的电池，具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长等优点，在新能源动力汽车、电化学储能、3c电子产品等行业具有广泛的应用，但随着市场对锂离子电池的要求进一步提高，寻找更高容量的正极材料是目前锂电池前沿研究领域的热点问题之一。锂电池正极材料作为制约锂电池性能的最重要因素之一，对锂电池的容量和循环寿命具有极其重要的影响，但是在锂电池的首次充放电过程之中，会在负极表面形成一层sei膜，会不可避免的消耗电池内有限数量的锂离子，使得能够参与电化学循环的活性锂离子的数目减少，从而使得正极材料的容量和性能难以发挥其应有的水平。现有技术中通常会在正极材料中添加补锂材料以抵消形成sei膜造成的不可逆锂损耗。然而现有技术中，补锂材料与正极材料简单复合，当补锂材料消耗后，容易导致正极极片表面出现凹坑或者正极极片内部出现孔隙，从而导致正极极片整体结构稳定性变差等问题。

技术实现思路

1、本申请提供一种结构稳定性较高的复合正极材料及其制备方法、正极极片及二次电池。

2、第一方面，本申请提供一种复合正极材料，所述复合正极材料包括内核、补锂材料和骨骼材料，内核包括正极活性材料；补锂材料设于内核的外表层，骨骼材料形成骨骼框架结构，并设于内核的外表层。

3、本申请实施例中，一方面，补锂材料用于补锂，在首次充电的过程中补锂材料中的锂(li)能够释放出来并迁移至电池负极，以抵消形成sei膜造成的不可逆锂损耗，提高电池的总容量和能量密度。另一方面，通过在内核的外表面设置骨骼框架结构，骨骼框架结构能够对内核起到良好的保护支撑作用。由于骨骼框架结构具有较高的结构强度，在补锂材料损耗以后，骨骼框架结构还可以维持复合正极材料的结构稳定性，使得正极极片表面不易形成凹坑或者正极极片的内部不易形成孔隙，提高了正极极片整体结构的稳定性。

4、在一种实施方式中，骨骼材料交错形成具有多个缝隙的所述骨骼框架结构，至少部分所述补锂材料填充于所述骨骼框架结构的缝隙中。

5、在一种实施方式中，所述复合正极材料还包括催化剂，所述催化剂填充于所述骨骼框架结构的缝隙中。

6、在一种实施方式中，所述补锂材料形成包覆层，并包覆于所述内核的外表面，所述形成骨骼框架结构的骨骼材料包覆于所述包覆层的外表面。

7、在一种实施方式中，所述复合正极材料还包括催化剂，所述催化剂分散于所述包覆层中；和/或，所述骨骼材料交错形成具有多个缝隙的骨骼框架结构，所述催化剂填充于所述骨骼框架结构的缝隙中。

8、在一种实施方式中，所述催化剂包括金属单质、过渡金属碳化物、过渡金属氮化物、过渡金属硼化物、过渡金属硫化物中的一种或者多种。

9、在一种实施方式中，所述补锂材料、所述骨骼材料、所述催化剂三者的质量比范围为：(40-96):(5-30):(1-30)。

10、在一种实施方式中，所述复合正极材料还包括功能封装材料，所述功能封装材料包覆于所述骨骼材料的外表面。

11、在一种实施方式中，所述功能封装材料包覆于所述骨骼材料的外表面且填充于所述骨骼框架结构的孔隙内。

12、在一种实施方式中，所述骨骼材料包括碳系纤维、金属纤维、金属化合物纤维、聚合物纤维中的一种或多种。

13、在一种实施方式中，所述骨骼材料为一维结构，且直径范围为1nm-100nm。

14、在一种实施方式中，所述骨骼材料为一维结构，且长度范围为0.2μm-10μm。

15、在一种实施方式中，所述骨骼材料的比表面积为250m2/g-1300m2/g。

16、在一种实施方式中，所述骨骼框架结构的孔隙率为60％-90％。

17、在一种实施方式中，所述正极活性材料、所述补锂材料和所述骨骼材料的质量比为(70-98):(1-20):(1-10)。

18、第二方面，本申请提供一种复合正极材料的制备方法，所述复合正极材料的制备方法包括：

19、将正极活性材料与补锂材料混合，加热烧结获得包覆有所述补锂材料的所述正极活性材料；将所述包覆有补锂材料的正极活性材料与骨骼材料混合，加热获得所述复合正极材料；或

20、将骨骼材料与补锂材料混合后，加入正极活性材料，加热获得所述复合正极材料。

21、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复合正极材料，或包括如上所述的复合正极材料的制备方法制备得到的复合正极材料。

22、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：

1.一种复合正极材料，其特征在于，所述复合正极材料包括：

2.根据权利要求1所述的复合正极材料，其特征在于，所述骨骼材料交错形成具有多个缝隙的骨骼框架结构，至少部分所述补锂材料填充于所述骨骼框架结构的缝隙中。

3.根据权利要求2所述的复合正极材料，其特征在于，所述复合正极材料还包括催化剂，所述催化剂填充于所述骨骼框架结构的缝隙中。

4.根据权利要求1所述的复合正极材料，其特征在于，所述补锂材料形成包覆层，并包覆于所述内核的外表面，所述形成骨骼框架结构的骨骼材料包覆于所述包覆层的外表面。

5.根据权利要求4所述的复合正极材料，其特征在于，所述复合正极材料还包括催化剂，所述催化剂分散于所述包覆层中；和/或，所述骨骼材料交错形成具有多个缝隙的骨骼框架结构，所述催化剂填充于所述骨骼框架结构的缝隙中。

6.根据权利要求3或5所述的复合正极材料，其特征在于，所述催化剂包括金属单质、过渡金属碳化物、过渡金属氮化物、过渡金属硼化物、过渡金属硫化物中的一种或者多种；和/或，

7.根据权利要求1-5中任一项所述的复合正极材料，其特征在于，所述复合正极材料还包括功能封装材料，所述功能封装材料包覆于所述骨骼材料的外表面；或

8.根据权利要求1-5中任一项所述的复合正极材料，其特征在于，所述骨骼材料包括碳系纤维、金属纤维、金属化合物纤维、聚合物纤维中的一种或多种；和/或

9.一种复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述复合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任一项所述的复合正极材料，或包括如权利要求9所述的复合正极材料的制备方法制备得到的复合正极材料。

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
本申请提供一种复合正极材料及其制备方法、正极极片及二次电池。复合正极材料包括内核补锂材料和骨骼材料，内核包含有正极活性材料；补锂材料设于内核的外表层，骨骼材料形成骨骼框架结构，并设于内核的外表层。补锂材料中的锂用于抵消形成SEI膜造成的不可逆锂损耗，提高电池的总容量和能量密度。另外通过在内核的外表面设置骨骼框架结构，骨骼框架结构能够对内核起到良好的保护支撑作用。由于骨骼框架结构具有较高的结构强度，在补锂材料损耗以后，骨骼框架结构还可以维持复合正极材料的结构稳定性，使得正极极片表面不易形成凹坑或者正极极片的内部不易形成孔隙，提高了正极极片整体结构的稳定性。

技术研发人员：吴云龙,万远鑫,裴现一男,孔令涌,赖佳宇
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：2024/3/27