[发明专利]一种复合正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种复合正极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将磷酸铝和硅源混合得到乳液；(2)将步骤(1)得到的乳液和正极材料混合进行流态化混合包覆，得到前驱体；(3)对步骤(2)得到的前驱体进行烧结处理得到所述复合正极材料，本发明针对镍锰酸锂材料在电池中容易发生歧化反应导致容量衰减和使电解液分解的情况，通过硅源复合磷酸铝包覆的方法抑制材料表面的副反应。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种复合正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池相对于主流的化学电池，具备高的能量密度、宽电压窗口和长的使用寿命等优势被广泛使用于高附加值的消费电子领域和动力电池领域。近些年，因为碳中和理念的提出，绿色可持续发展深入人心，汽车领域掀起了电动化的浪潮。作为电动汽车的核心部件，高性能动力电池的发展也日新月异。早期，日本吉野彰提出焦炭/钴酸锂体系电池，该电池的商业化质量能量密度仅为80Wh/kg。

正极有钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料、四元材料以及无钴正极材料等；负极有软碳、硬碳以及硅碳等。根据基本的化学定律：能量密度＝电压×容量，高电压和高容量是锂电池永恒的需求。因此以高电压的镍锰镍锰酸锂体系和富锂高锰层状固溶体体系为代表的高性能锂离子电池引起了产业界广泛的兴趣。

尖晶石镍锰酸锂(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)根据氧空位的不同，主要分为有序结构和无序结构。其中无序结构因为较好的循环稳定性受到人们的广泛关注，但是因为氧孔隙较多会带来较多的三价锰，而三价锰容易发生姜泰勒效应，生成可溶性的二价锰。一方面，二价锰的溶解导致电极活性物质的减少，表现为电池容量的快速衰减；另一方面，可溶性的锰盐会迁移到负极影响SEI的稳定性，表现为电池的大量产气。

CN104638227A公开了一种锂离子电池正极材料的改性方法，该方法是以低熔点的铝盐或锆盐为碱处理剂，将碱处理剂与高pH值的锂离子电池正极材料混合均匀后，采用两段烧结工艺，得到最终产品。该方法有效的降低了残余锂和pH值，但由于是物理混合，很难保证包覆的均匀性。

CN109950498A公开了一种具有均匀包覆层的高镍正极材料及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将高镍正极材料与锂源和纳米包覆材料固相混合均匀，过筛，得混合物；(2)将步骤(1)所述混合物置于匣钵中，在预热的马弗炉氧气气氛下进行高温烧结，冷却，破碎，过筛，得具有均匀包覆层的高镍正极材料，其采用固相物理混合的方法进行包覆，不易保证包覆的均匀性。

发明内容

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应用，本发明针对镍锰酸锂材料在电池中容易发生歧化反应导致容量衰减和使电解液分解的情况，通过硅源复合磷酸铝包覆的方法抑制材料表面的副反应。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种复合正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将磷酸铝和硅源混合得到乳液；

(2)将步骤(1)得到的乳液和正极材料混合进行流态化混合包覆，得到前驱体；

(3)对步骤(2)得到的前驱体进行烧结处理得到所述复合正极材料。

本发明采用优化的流化床技术进行包覆，得到的包覆层更加均匀，选用的硅源和磷酸铝乳液分解产生的二氧化硅和磷酸铝包覆层的厚度为纳米级，包覆层均一稳定，因此可以使用较少的添加量达到性能要求。

优选地，步骤(1)所述硅源包括正硅酸乙酯。

优选地，所述磷酸铝和硅源的质量比为(0.1～5):(0.5～10)，例如：0.1:1、0.5:4、2:8、3:7、5:4或3:10等，优选为(0.5～2):(1～5)。