[发明专利]一种抑制释氧的铝包覆正极材料及包括其的电池

说明书

本发明提供了一种抑制释氧的铝包覆正极材料及包括其的电池，所述的铝包覆正极材料包括正极活性颗粒和包覆于所述正极活性颗粒表面的铝层。本发明在正极活性颗粒表面包覆铝层，利用金属单质铝的还原性，当电池出现热失控时，正极活性颗粒分解出现释氧的情况，包覆在其上的金属单质铝能够将氧气还原，形成金属氧化物三氧化二铝，避免释放的氧气在积累热量的情况下点燃可燃电解液，有效降低了电池热失控的风险。金属单质铝本身具有良好的导电性，能够提升正极材料的导电性，同时当金属单质铝吸氧后生成三氧化二铝，三氧化二铝在充放电过程中会逐渐锂化，形成快离子导体，提升正极的离子电导率，延长电池的循环寿命。

技术领域

本发明属于正极材料技术领域，涉及一种抑制释氧的铝包覆正极材料及包括其的电池。

背景技术

新能源汽车市场快速发展，锂电池得到大量的应用。人们对锂离子电池的续航能力、安全性能提出了更高的要求，为了能满足高续航要求，就需要提高电池的能量密度，高镍三元正极材料因成本低廉、能量密度高、电压平台高等优势备受青睐，高能量密度锂离子电池(LIBs)也成为了推动下一代可持续能源技术的关键。目前提高能量密度，无非有两个主要途径，提高电极材料容量或者提高电池工作电压。而正极材料的高克容量提升，同时带来的问题就是热稳定下降。产生的问题就是高能量密度电池安全性下降。

含氧正极是高能量密度锂离子电池的主要组成部分，由于石墨在大多数商业化的锂离子电池中用作负极，电池的电化学性能(如能量密度和工作电压)则是由正极材料的选择决定的。目前主要的技术路线是使用高镍、高电压的正极材料，而正极材料高克容量提升的同时带来的问题就是热稳定性下降。高温高压下正极材料分解，大量的氧气释放导致正极性能严重下降，并且迅速释放大量的热量和能量，危及电池的安全，触发热失控，即电池着火。

经验证，高能量密度电池的热失控起火，一般是在100-200℃首先负极热失控放热，该热量进一步对正极加热，当温度达到正极分解温度时，正极发生分解放热并释放氧气，此时电芯内部满足起火的三个条件，1、可燃物(正负极、电解液、隔膜)；2、助燃物(正极分解释放的氧气)；3、达到着火点(锂电池体系热失控放出的热量)。最终引发造成电芯起火。从笔记本电脑、手机到电子烟、耳机、电动汽车甚至飞机，热失控事件都有发生，并对消费者造成了严重的伤害。这进一步强调了抑制正极材料释氧在锂离子电池安全性方面的重要作用。

CN109037684A公开了一种内部氧气自吸收安全锂电池，该锂电池包括正极片、负极片；所述的正极片由包括如下重量份数的原料制成：正极活性材料90~97份，正极导电剂0.5~4份，正极粘结剂0.5~3份，正极溶剂15~70份；所述的正极片还包括氧气吸收添加剂，所述的氧气吸收添加剂的添加量为正极活性材料、正极导电剂与正极粘结剂的总量的0.01~10%。

CN110071278A公开了一种含活性氧去除剂的高镍三元正极材料，包括活性氧去除剂及高镍三元材料，所述活性氧去除剂包覆在所述高镍三元正极材料表面，该发明还提供一种活性氧去除剂包覆的高镍三元正极材料的制备方法，是将高镍三元正极材料与活性氧去除剂按照一定质量比溶解在无水乙醇中进行超声分散，过滤后将样品在100℃下真空干燥12~24h而得到。

CN111640934A公开了一种锂离子正极材料高温固相烧结的方法，包括以下步骤：S1、混料：按一定比例称量好正极材料前驱体、锂源化合物以及释氧氧化物，并混合均匀，得到混料；S2、研磨：将S1中的混料进行研磨，得到研磨料；S3、烘干：将S2中的研磨料烘干，得到烘干料；S4、烧结：将S3中的烘干料进行高温固相烧结，得到锂离子正极材料；释氧氧化物采用A_nO_m，其中A为Mn、Co、Ni中的一种或多种组合。

但目前的包覆方案中，包覆材料仍无法达到理想的包覆效果，会使得正极片阻抗增大，电池循环性能下降，因此还需要考虑包覆材料的综合性能。

发明内容