复合正极材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及二次电池材料，具体涉及一种复合正极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、相比于钴酸锂正极材料，三元正极材料具有高能量密度和低成本的优势，已经成为应用于3c数码、电动工具、两轮车电芯领域的主流正极材料之一。随着市场对长续航的需求，三元正极材料正向高镍方向发展。随着镍含量增加，虽然能量密度得到了提升，但是材料的热稳定性变差，这一缺陷极大的限制了三元正极材料的应用。

2、目前，常用的改善三元正极材料热稳定性的方法是在材料表面包覆一层耐热材料。cn108832093a提供了一种复合正极材料、制备方法及锂离子电池，通过在正极材料表面包覆一层铝酸镁材料mgal2o4，提高了正极材料的热稳定性；cn108767226a公开了一种金属酞菁化合物包覆的三元正极材料及其制备方法，将金属酞菁化合物与基体镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂混合均匀，在氧气气氛下煅烧，得到金属酞菁化合物包覆的三元正极材料，改善了基体的热稳定性。上述方法虽然一定程度上能改善材料的耐热能力，但是均存在包覆的耐热材料导电性差的问题，会增加充放电过程中的阻抗，降低容量和电池循环放电的容量保持率。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的包覆层在提高三元正极材料热稳定性的同时，放电容量和容量保持率降低的问题，提供一种复合正极材料及其制备方法和应用，通过在正极材料基体表面包覆含碳元素和金属元素的复合包覆层，得到的复合正极材料在不降低材料容量的条件下有效提高正极材料的热稳定性、循环性能和倍率性能。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种复合正极材料，其中，包括正极材料基体和包覆在所述正极材料基体表面的复合包覆层，所述复合包覆层包括碳元素和金属元素，其中，所述金属元素包括钒、铝和钴。

3、优选地，所述钒、铝和钴元素的摩尔比为1：0.1-0.3：0.05-0.25。

4、本发明第二方面提供一种制备复合正极材料的方法，其中，该方法包括以下步骤：

5、(1)在溶剂存在下，将钒源、铝源和钴源混合，得到溶液a；配制含酚羟基和氨基的溶液b；

6、(2)将溶液a与溶液b混合，经过滤和干燥，得到掺杂型有机钒化合物；

7、(3)将所述掺杂型有机钒化合物与正极材料基体混合，得到的混合物进行煅烧，得到所述复合正极材料。

8、本发明第三方面提供一种前述第一方面所述的复合正极材料或前述第二方面所述的方法制备得到的复合正极材料在锂离子电池中的应用。

9、通过上述技术方案，本发明能够获得以下技术效果：

10、(1)本发明提供的复合正极材料，在正极材料基体表面包覆含碳元素和金属元素的复合包覆层，所述金属元素包含的钒、铝和钴，具有协同增效的作用，有利于提高材料的热稳定性和导电性；所述复合包覆层中的碳元素在正极材料表面形成碳导电网络，增加电子传导，有效提高材料的倍率性能；

11、(2)本发明提供的复合正极材料，通过复合包覆层对正极材料基体表面进行包覆，该复合包覆层充当物理屏障，有效隔绝正极材料基体表面与电解液的直接接触，减少了副反应的发生，降低电解液对正极材料基体表面的腐蚀，提高正极材料的循环性能；

12、(3)本发明提供的复合正极材料，提高正极材料的热稳定性和倍率性能，同时容量不降低，具有良好的循环性能、倍率性能和容量以及良好的热稳定性，能够满足锂离子电池的性能需求。

技术特征：

1.一种复合正极材料，其特征在于，包括正极材料基体和包覆在所述正极材料基体表面的复合包覆层，所述复合包覆层包括碳元素和金属元素，其中，所述金属元素包括钒、铝和钴。

2.根据权利要求1所述的复合正极材料，其中，所述正极材料基体与复合包覆层的质量比为1：0.001-0.02；优选为1：0.002-0.01。

3.根据权利要求1或2所述的复合正极材料，其中，所述钒、铝和钴元素的摩尔比为1：0.1-0.3：0.05-0.25，优选为1：0.15-0.2：0.1-0.2；

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的复合正极材料，其中，所述正极材料基体的化学式为lianibcocmdo2，其中，0.9＜a＜1.1，0.7≤b＜1，0＜c≤0.2，0＜d≤0.1，b+c+d＝1，m选自al、mn、w和nb中的至少一种；

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的复合正极材料，其中，所述钒、铝和钴各自独立地通过钒、铝和钴的有机物引入。

6.一种制备复合正极材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的方法，其中，钒源、铝源和钴源各自独立地为钒、铝和钴的有机物；

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，步骤(2)中，所述混合的具体步骤包括：在惰性气氛下，将溶液a与溶液b进行第一混合，然后在加热的条件下进行第二混合；

9.根据权利要求6-8中任意一项所述的方法，其中，所述正极材料基体与掺杂型有机钒化合物的质量比为1：0.001-0.02；优选为1：0.002-0.01；

10.一种权利要求1-5中任意一项所述的复合正极材料或权利要求6-9中任意一种方法制备得到的复合正极材料在锂离子电池中的应用。

技术总结
本发明涉及二次电池材料技术领域，具体涉及一种复合正极材料及其制备方法和应用。所述复合正极材料包括正极材料基体和包覆在所述正极材料基体表面的复合包覆层，所述复合包覆层包括碳元素和金属元素，其中，所述金属元素包括钒、铝和钴。本发明通过在正极材料基体表面包覆含碳元素和金属元素的复合包覆层，得到的复合正极材料具有良好的循环性能、倍率性能和容量以及良好的热稳定性，能够满足锂离子电池的性能需求。

技术研发人员：同洁,方胜庭,田新勇
受保护的技术使用者：陕西红马科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8