[发明专利]复合正极材料及其制备方法、正极片、电池及用电装置

说明书

本发明公开了一种复合正极材料及其制备方法、正极片、电池及用电装置。该复合正极材料包括正极基体及设于所述正极基体表面的包覆层；所述包覆层包括依次设于所述正极基体表面的亚表层和表层，所述亚表层的组分包括含磷电解质，所述表层的组分包括含硼电解质；所述含磷电解质的组成满足：Lisubgt;a1/subgt;X1subgt;b1/subgt;POsubgt;4/subgt;；0≤a1≤5，0≤b1≤5；所述含硼电解质的组成满足：Lisubgt;a2/subgt;X2subgt;b2/subgt;B subgt;r1/subgt;Osubgt;4/subgt;；0＜a2≤3，0≤b2≤3，0＜r1≤5；其中，X1和X2分别独立地选自Ni、Co、Mn、Al、B、Y、Zr、Sr、La、Ti、Mg、Zn、Fe、Nb、Ge和Ce中的一种或多种。该复合正极材料应用于制备电池时，能够在提升电池的高温存储性能的同时提升其倍率性能。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种复合正极材料及其制备方法、正极片、电池及用电装置。

背景技术

具有容量高、电压高、耐高温、轻便等特点的锂离子电池等二次电池的出现，正推动着全球进入新能源时代，已在电动汽车、航天航空、储能装置、数据产品等领域获得广泛的应用。

在电动汽车领域，二次电池的倍率和高温存储性能是评价二次电池性能的两项重要指标。其中，电池体系中的正极材料是决定性因素，在现有的正极材料体系中，三元正极材料等锂离子电池正极材料凭借其比能量密度高和循环性能好的优点而被广泛应用。然而，传统的正极材料制得的二次电池随着循环充放电的圈数增加，二次电池的倍率、特别是在高温下的存储性能会出现急剧的衰减，无法满足人们对电池性能越来越高的要求。

因此，传统技术仍有待改进。

发明内容

基于此，本发明提供了一种复合正极材料及其制备方法、正极片、电池及用电装置，旨在提高电池的倍率尤其是在高温下的存储性能。

本发明的技术方案如下。

本发明的一个方面，提供了一种复合正极材料，包括正极基体及设于所述正极基体表面的包覆层；所述包覆层包括依次设于所述正极基体表面的亚表层和表层，所述亚表层的组分包括含磷电解质，所述表层的组分包括含硼电解质；

所述含磷电解质的组成满足：Li_a1X1_b1PO₄；0＜a1≤5，0≤b1≤5；

所述含硼电解质的组成满足：Li_a2X2_b2B _r1O₃；0≤a2≤3，0≤b2≤3，0＜r1≤5；

其中，X1和X2分别独立地选自Ni、Co、Mn、Al、Y、Zr、Sr、La、Ti、Mg、Zn、Fe、Nb、Ge和Ce中的一种或多种。

上述复合正极材料中，靠近正极基体的亚表层的组分主要包括结构致密的含磷电解质，含磷电解质结构致密、且锂离子和电子电导率高(≥10^-4cm/S)，能够更好的隔绝电极与电解液接触，抑制界面反应和降低DCR，且具有一定的电化学活性，在首圈循环过程中能够脱出Li⁺离子交换，在一定程度上增加了首圈放电容量；在应用时，含硼电解质中的部分硼化物以熔融形态填充到进入到晶界空隙中，可进一步阻止复合正极材料应用时在长循环和大倍率下形成晶界裂纹，且能形成丰富的O-B-P键结构，类似于“蛛网状”起到锚定的作用，可进一步增强包覆层的结构稳定性和机械强度，同时增加了包覆层的锂离子和电子电导率，从而在提升电池的高温存储性能的同时提升其倍率性能。

在其中一些实施例中，所述包覆层满足如下(a)～(c)中至少一个条件，

(a)所述包覆层的厚度为5nm～200nm；

(b)所述包覆层与所述正极基体的质量比为(0.001～0.5):1；