一种改性多晶氧化物正极材料及其制备方法、正极极片和锂电池与流程

本发明属于新能源，具体地涉及一种改性多晶氧化物正极材料及其制备方法、正极极片和锂电池。

背景技术：

1、传统锂离子电池由于使用电解液导致其安全性得不到较好保证，并且锂离子电池的能量密度也已经达到瓶颈。全固态电池以锂金属代替石墨作为负极，大大提高了电池的能量密度，并且以固态电解质代替传统电解液，可从根本上解决电池的安全问题，因此受到学界和产业界的广泛关注。

2、多晶正极材料是由一次颗粒紧密排列而成，但是在二次颗粒的内部即一次颗粒间存在很多晶界，各个晶界间的阻抗最终形成比较大的阻抗值，目前传统的材料改性主要是在一次颗粒的掺杂或者是二次颗粒表面的包覆改性，并没有从根本上解决一次颗粒间晶界阻抗较大的问题。

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、针对氧化物正极材料内部含有高浓度的晶界，而晶界的高阻抗特性会导致电池的内阻过高、锂离子在正极材料内部的迁移和输运，严重影响锂电池倍率性能、循环寿命和能量密度的发挥的问题，需要提供降低晶界阻抗的新思路和新方法。

3、用于解决问题的方案

4、为解决上述问题，本发明通过界面改性大幅提升多晶正极内部晶界导电性能。在多晶氧化物正极材料晶界上引入高导电晶界相，降低晶界阻抗。

5、本发明的第一方面，提供了一种改性多晶氧化物正极材料，其包括多晶氧化物正极材料二次颗粒和存在于所述多晶氧化物正极材料二次颗粒内部晶界上的高导电晶界相，

6、所述高导电晶界相由锂离子导体形成，所述锂离子导体选自磷酸盐、硼酸盐、偏硼酸盐、硅酸盐中的一种或多种。

7、本发明中，其中所述高导电晶界相与所述多晶氧化物正极材料二次颗粒的质量比为(0.1-10)：100，优选(1-8)：100。

8、本发明中，其中所述多晶氧化物正极材料选自磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂中的一种或多种；

9、本发明中，所述锂离子导体选自磷酸锂、硼酸锂、偏硼酸锂中的一种或多种；

10、本发明中，所述高导电晶界相的厚度为5nm-50nm。

11、本发明的第二方面，提供了一种改性多晶氧化物正极材料的制备方法，其包括：

12、步骤s1：将高导电晶界相形成材料分散于分散剂中，得到悬浊液；

13、步骤s2：将多晶氧化物正极材料加入所述悬浊液中得到混合溶液，然后过滤、干燥，得到干燥材料；

14、步骤s3：将步骤s2中得到的干燥材料进行融合、烧结，从而得到在多晶氧化物正极材料二次颗粒内部晶界上具有高导电晶界相的改性材料。

15、本发明中，其中所述高导电晶界相形成材料为锂离子导体；

16、本发明中，所述锂离子导体选自磷酸盐、硼酸盐、偏硼酸盐、硅酸盐中的一种或多种；

17、本发明中，所述锂离子导体选自磷酸锂、硼酸锂、偏硼酸锂中的一种或多种；

18、本发明中，所述步骤s2中，所述多晶氧化物正极材料的粒径为10-20μm。

19、本发明中，其中所述高导电晶界相形成材料与所述多晶氧化物正极材料的质量比例为(0.1-10)：100，优选(1-8)：100。

20、本发明中，其中所述分散剂选自水、醇类化合物中的一种或多种。

21、本发明中，其中所述高导电晶界相形成材料与所述分散剂的质量比为1:(10～1000)，优选1:(10～500)。

22、本发明中，其中步骤s3中，所述融合在机械融合机中在转速为200-500rpm/min下进行1-5分钟，然后在转速2000-3000rpm/min下进行5-30分钟。

23、本发明中，其中步骤s3中，所述烧结在300～800℃，优选在400～600℃下进行2-12小时。

24、本发明中，其中述多晶氧化物正极材料选自磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂中的一种或多种。

25、本发明的第三方面，提供了一种正极极片，其包括根据上述的改性多晶氧化物正极材料或根据上述的制备方法得到的改性多晶氧化物正极材料。

26、本发明的第四方面，提供了一种锂电池，其包括上述正极极片。

27、发明的效果

28、本发明的技术方案具有以下有益效果：

29、(1)本发明中在多晶氧化物正极材料晶界上引入高导电晶界相，有效降低了材料内部晶界阻抗，由此显著提高了正极材料的离子电导率。

30、(2)本发明的制备改性多晶氧化物正极材料的方法简单高效，非常适合大规模生产和使用。

技术特征：

1.一种改性多晶氧化物正极材料，其特征在于，其包括多晶氧化物正极材料二次颗粒和存在于所述多晶氧化物正极材料二次颗粒内部晶界上的高导电晶界相，

2.根据权利要求1所述的改性多晶氧化物正极材料，其中所述高导电晶界相与所述多晶氧化物正极材料二次颗粒的质量比为(0.1-10)：100，优选(1-8)：100。

3.根据权利要求1或2所述的改性多晶氧化物正极材料，其中所述多晶氧化物正极材料选自磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂中的一种或多种；

4.一种改性多晶氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，其包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其中所述高导电晶界相形成材料为锂离子导体；

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其中所述高导电晶界相形成材料与所述多晶氧化物正极材料的质量比例为(0.1-10)：100，优选(1-8)：100。

7.根据权利要求4-6任一项所述的制备方法，其中所述分散剂选自水、醇类化合物中的一种或多种。

8.根据权利要求4-7任一项所述的制备方法，其中所述高导电晶界相形成材料与所述分散剂的质量比为1:(10～1000)，优选1:(10～500)。

9.根据权利要求4-8任一项所述的制备方法，其中步骤s3中，所述融合在机械融合机中在转速为200-500rpm/min下进行1-5分钟，然后在转速2000-3000rpm/min下进行5-30分钟。

10.根据权利要求4-9任一项所述的制备方法，其中步骤s3中，所述烧结在300～800℃，优选在400～600℃下进行2-12小时。

11.根据权利要求4-10任一项所述的制备方法，其中述多晶氧化物正极材料选自磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂中的一种或多种。

12.一种正极极片，其包括根据权利要求1-3任一项所述的改性多晶氧化物正极材料或根据权利要求4-11任一项所述的制备方法得到的改性多晶氧化物正极材料。

13.一种锂电池，其特征在于，其包括权利要求12所述的正极极片。

技术总结
本发明涉及一种改性多晶氧化物正极材料及其制备方法、正极极片和锂电池。本发明的多晶氧化物正极材料的晶界上引入了高导电晶界相，有效降低了材料内部晶界阻抗，由此显著提高了正极材料的离子电导率。本发明的制备改性多晶氧化物正极材料的方法简单高效，非常适合大规模生产和使用。

技术研发人员：高翔,董虹志
受保护的技术使用者：重庆太蓝新能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12