复合正极材料及其制备方法技术

本申请涉及电极材料领域，尤其涉及一种复合正极材料及其制备方法，所述复合正极材料包括活性物质及存在于活性物质表面的包覆层，包覆层包括金属化合物；其中，所述包覆层与所述活性物质之间的应力张量σ为1.3

Composite cathode material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
复合正极材料及其制备方法


[0001]本申请涉及电极材料
，尤其涉及复合正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]正极材料在充放电过程中存在严重的相变及释氧现象、表面易与电镀液发生副反应、储存性能差等缺陷，这些缺陷会影响正极材料的寿命，进而限制了其广泛应用。相关技术中，为了解决正极材料的寿命问题通常会对正极材料进行表面包覆改性，通过包覆改性可以在正极材料表面构造物理隔离层，从而能有效地减缓电镀液在正极材料表面的副反应，延长正极材料的寿命。
[0003]正极材料目前常见的包覆方法包括机械
‑
热化学合成法、喷雾干燥法、溶胶
‑
凝胶法、固相法、高混法、机械融合法、电沉积法和电镀法等。其中，机械
‑
热化学包覆法制备过程复杂、步骤繁琐，不利于大规模生产；喷雾干燥法和溶胶
‑
凝胶法由于自身局限性也不利于大规模生产；固相法中，常见的球磨法处理时间过长，效率较低；高混法不能使包覆材料和正极材料紧密结合；机械融合法包覆后的正极材料虽然循环性能得到提升，但比容量和倍率性能会有部分降低；常规电沉积法得到的改性材料阻抗偏大，包覆层与材料基体的结合力有待进一步提高；现有的电镀法通常采用水溶液电镀液体系，其存在析氢副反应严重、包覆组成不易调控等问题。
[0004]本专利技术提出的电镀包覆法，由于其成本低，镀液简单，包覆层结合力佳，可迅速的大批量制备等优势，在正极材料包覆领域存在广阔应用前景

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种复合正极材料及其制备方法，以解决现有在正极材料表面构造包覆层的方法存在步骤繁琐、副反应严重、电池整体性能不理想、包覆层与材料基体的结合力差等问题。
[0006]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活性物质及存在于活性物质表面的包覆层，包覆层包括金属化合物；其中，所述包覆层与所述活性物质之间的应力张量σ为1.3
‑
1.5。
[0007]在上述方案中，复合正极材料中包覆层与活性物质之间的应力张量σ为1.3
‑
1.5，说明包覆层与活性物质的结合紧密，包覆层在正极材料的表面包覆完整，具有优异的长循环稳定性和电化学性能。
[0008]结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述包覆层的厚度为4nm
‑
6nm。
[0009]在一种可行的实施方式中，所述包覆层具有网状结构、块状结构或片状结构。
[0010]在一种可行的实施方式中，所述活性物质包括镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、镍酸锂中的至少一种。
[0011]在一种可行的实施方式中，所述复合正极材料的平均粒径为3μm～8μm。
[0012]在一种可行的实施方式中，在温度
‑
30℃～30℃下，所述复合正极材料在25MPa加
压下的粉体电导率大于0.08S/cm
‑
0.1S/cm。
[0013]在一种可行的实施方式中，所述复合正极材料的比表面积为0.8m2/g～2.1m2/g。
[0014]在一种可行的实施方式中，所述复合正极材料的pH值为11.1
‑
11.9。
[0015]在一种可行的实施方式中，所述金属化合物包括铝氧化物、钛氧化物、锶氧化物、钡氧化物、钒氧化物、锆氧化物、镁氧化物中的至少一种。
[0016]结合第一方面，在一种可行的实施方式中，在所述复合正极材料的X
‑
射线衍射图案中，c轴的晶胞参数c和a轴的晶胞参数a之间的关系满足：4.93≤c/a≤4.95。
[0017]第二方面，本申请还提供一种复合正极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0018]将活性物质平铺设置于阴极的表面，并将所述阴极与阳极沿水平方向平行布置于电镀液中，进行电镀处理，得到正极材料前驱体；
[0019]将正极材料前驱体进行烧结处理，得到复合正极材料。
[0020]在上述方案中，采用电镀方法在正极材料上形成包覆层，成本低，操作简单，可迅速地实施大批量制备。相比于常规纵向布置的电极棒，上述方案的电镀方法中阳极和阴极采用上下平行布置，并将正极材料所用活性物质平铺于位于下方的阴极的表面，这样，在电镀包覆过程中，重力作用使得形成的包覆层更加完整，同时能够提高包覆层与正极材料基体的结合力。本申请的电镀液种类选择性多，常规的铝、钛、锶、钡、钒、锆等元素均可以用此方法包覆，并能在正极材料上构造出不同形貌结构的包覆层。
[0021]结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述活性物质在所述阴极的表面的平铺厚度D满足：d0≤D≤5/3d0；其中，d0为活性物质的平均粒径。
[0022]在一种可行的实施方式中，所述平铺方法包括脉冲电流法、超声法或电磁法；
[0023]在一种可行的实施方式中，所述电镀处理的温度为60℃
‑
90℃；
[0024]在一种可行的实施方式中，所述电镀处理的电流密度为3mA/cm
‑2‑
10mA/cm
‑2；
[0025]在一种可行的实施方式中，所述电镀处理的时间为0.1h
‑
3h；
[0026]在一种可行的实施方式中，所述电镀液的pH值为6
‑
8；
[0027]在一种可行的实施方式中，所述活性物质包括镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、镍酸锂中的至少一种。
[0028]结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述制备方法还包括：
[0029]将氯化胆碱和尿素按比例进行混合形成离子液体；
[0030]向所述离子液体中加入金属盐混合得到所述电镀液。
[0031]结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述混合形成离子液体是在惰性氛围下进行。
[0032]在一种可行的实施方式中，所述氯化胆碱和所述尿素的摩尔比为(1
‑
4)：(1
‑
5)。
[0033]在一种可行的实施方式中所述金属盐中的金属元素包括铝、钛、锶、钡、钒、锆、镁中的至少一种。
[0034]在一种可行的实施方式中所述金属盐包括盐酸盐、硫酸盐、硝酸盐中的至少一种。
[0035]在一种可行的实施方式中，所述金属盐包括氯化铝、氯化钡、氯化钒、氯化锶中的一种或几种。
[0036]在一种可行的实施方式中，所述金属盐为所述离子液体质量的5％～20％。
[0037]结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述烧结处理是在氧气氛围下进行。
[0038]在一种可行的实施方式中，所述烧结处理的时间为3h
‑
8h。
[0039]在一种可行的实施方式中，所述烧结处理的温度为300℃
‑
500℃。
[0040]结合第二方面，在一种可行的实施方式中，在将所述正极材料前驱体进行烧结之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合正极材料，其特征在于，所述复合正极材料包括活性物质及存在于活性物质表面的包覆层，包覆层包括金属化合物；其中，所述包覆层与所述活性物质之间的应力张量σ为1.3
‑
1.5。2.根据权利要求1所述的复合正极材料，其特征在于，所述复合正极材料满足以下特征中的至少一种：(1)所述包覆层的厚度为4nm
‑
6nm；(2)所述包覆层具有网状结构、块状结构或片状结构；(3)所述活性物质包括镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、镍酸锂中的至少一种；(4)所述复合正极材料的平均粒径为3μm～18μm；(5)在温度
‑
30℃～30℃下，所述复合正极材料在25MPa加压下的粉体电导率大于0.09S/cm；(6)所述复合正极材料的比表面积为0.8m2/g～2.1m2/g；(7)所述复合正极材料的pH值为11.1
‑
11.9；(8)所述金属化合物包括铝氧化物、钛氧化物、锶氧化物、钡氧化物、钒氧化物、锆氧化物、镁氧化物中的至少一种。3.根据权利要求1所述的复合正极材料，其特征在于，在所述复合正极材料的X
‑
射线衍射图案中，c轴的晶胞参数c和a轴的晶胞参数a之间的关系满足：4.93≤c/a≤4.95。4.一种复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将活性物质平铺设置于阴极的表面，并将所述阴极与阳极沿水平方向平行布置于电镀液中，进行电镀处理，得到正极材料前驱体；将所述正极材料前驱体进行烧结处理，得到复合正极材料。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，其满足以下特征(1)～(7)中的至少一种：(1)所述活性物质在所述阴极的表面的平铺厚度D满足：d0≤D≤5/3d0；其中，d0为活性物质的平均粒径；(2)所述平铺方法包括脉冲电流法、超声法或电磁法；(3)所述电镀处理的温度为60℃

【专利技术属性】
技术研发人员：王皓逸，宋雄，吴小珍，杨顺毅，黄友元，王金合，张金龙，
申请(专利权)人：贝特瑞江苏新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：