[发明专利]一种复合正极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种复合正极材料及其制备方法和锂离子电池。所述复合正极材料包括核心和包覆在核心表面的碳层，所述核心包括正极活性材料和分散在所述正极活性材料表面的导电剂。所述制备方法包括：1)将制备正极活性材料的原料、碳源和导电剂混合，得到混合料；2)对混合料进行造粒，并在保护性气氛下进行加热反应，得到所述复合正极材料。本发明提供的复合正极材料通过改性提升了正极活性材料的导电性能，并能极大优化后续材料匀浆加工过程，提高电池性能。并且其制备方法简单，只需对目前正极活性材料合成工艺进行微小的改动，易于实现规模化生产。

技术领域

本发明属于电池领域，涉及一种正极材料及其制备方法和锂离子电池，尤其涉及一种复合正极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

随着社会发展及环境污染问题日趋严峻，新能源的发展越来越受到人们重视，锂离子电池近年来成为了科研工作者的研究热点之一，而锂离子电池正极材料更是人们关注的重点。目前商品化锂离子电池使用的正极材料主要包括LiCoO₂、镍酸锂、镍钴锰酸锂三元材料以及磷酸铁锂等。而目前市场应用于新能源汽车的动力电池正极材料则主要为NCM三元材料和LFP磷酸铁锂。

自2006年美国A123最早推出磷酸铁锂纳米材料后，磷酸铁锂材料才真正进入商业化应用。磷酸铁锂由于其稳定的橄榄石结构而具有相较于三元材料更加优越的安全性能以及更高的循环性能，在新能源汽车以及储能领域占有相当大的市场。尽管磷酸铁锂正极材料有着诸多的优点，但其也存在一定的缺陷，如磷酸铁锂作为一种半导体材料，其本征导电性较差，离子迁移速率低而具有相对较差的倍率性能和低温性能，从而限制了其在动力电池中的应用。

目前商业化的磷酸铁锂正极材料大多采用高温固相法制备，采用碳酸锂作为锂源，无水磷酸铁作为铁源和磷源，葡萄糖或蔗糖等作为碳源，经过粗磨、细磨、喷雾造粒、高温烧结、粉碎筛分等工艺过程制备得到碳包覆磷酸铁锂纳米材料。这种磷酸铁锂纳米材料由于其本身较低的导电性能，在应用于锂电池过程中需要在匀浆搅拌过程中添加导电剂(如超导碳黑、CNT等)，另外由于纳米颗粒而具有超高的比表面积，材料匀浆加工存在较大困难，浆料中LFP与导电剂难以充分分散，为了充分均匀分散导电剂于LFP材料，通常需要延长搅拌时间和分散速度，这就限制锂离子电池生产效率，加大生产成本；另外，由于搅拌过程偏差导致每缸浆料中材料分散状态有所差异，进而影响电池性能一致性。

CN102403502A公开了一种增强磷酸铁锂材料导电性的方法，涉及锂离子电池的制作，采用气相沉积和机械球磨相结合的方法将低熔点金属包裹到磷酸铁锂材料颗粒周围。这种方法虽然能提高磷酸铁锂导电性，但是气相沉积只会增加生产成本，减慢锂离子电池的生产效率。

CN106129330A公开了一种磷酸铁锂电池正极片及其制备方法、磷酸铁锂电池。其制备方法包括：包括称料步骤、导电浆制备步骤、溶胶制备步骤、正极浆料制备步骤及正极片制备步骤。该方案是将磷酸铁锂材料与碳纳米管在溶液中混合进行极片制备的。其并不能从本质上提升磷酸铁锂材料的导电性，而是要靠后续制备极片的过程中漫长的溶剂混合过程实现导电性提升，这减慢了锂离子电池的生产效率。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种复合正极材料及其制备方法和锂离子电池。本发明提供的复合正极材料通过改性提升了正极活性材料的导电性能，并能极大优化后续材料匀浆加工过程，提高电池性能。并且其制备方法简单，只需对目前正极活性材料合成工艺进行微小的改动，易于实现规模化生产。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种复合正极材料，所述复合正极材料包括核心和包覆在核心表面的碳层，所述核心包括正极活性材料和分散在所述正极活性材料表面的导电剂。

本发明提供的复合正极材料在正极活性材料的表面直接复合导电材料，保证导电剂与正极活性材料充分接触，对正极活性材料的导电性能进行改性，从而提高锂电池的电化学性能。