[发明专利]正极材料及其制备方法、正极极片和二次电池

说明书

一种正极材料及其制备方法、正极极片和二次电池，正极材料包括内核和包覆层，内核由富锂材料组成；包覆层包覆于内核的外表面，包覆层包括碳材料和有机酸锂盐，有机酸锂盐是由内核所含残碱与有机酸原位反应生成。本申请通过将有机酸与富锂材料的表面残碱反应，使得表面残碱转化成有机酸锂盐，以此有效降低表面残碱含量，从而有效减少正极材料用于锂电池过程中的胀气现象，提高正极材料的电化学性能和加工性能；并且剩余的有机酸在烧结后还能形成碳材料，用作富锂材料内核表面的隔离封装层，从而减少外部环境对富锂材料内核的影响，以及提升正极材料的电子导电性。

技术领域

本申请涉及二次电池技术领域，具体涉及一种正极材料及其制备方法、正极极片和二次电池。

背景技术

富锂正极材料在制备过程中，不可避免的会在材料表面残留碱性杂质，例如碳酸锂。但是，当正极材料的表面残碱含量过高时会给做组装的二次电池的电化学性能带来诸多负面影响。表面碱性化合物对电化学性能的影响主要体现在增加了不可逆的容量损失，同时恶化循环性能。此外，表面的碳酸锂在高电压下分解生成气体，也是二次电池胀气的主要原因之一，从而带来安全性方面的隐患。因此，如何降低正极材料表面残碱含量对于正极材料在动力电池中的实际应用具有非常重要意义。

另外，富锂正极材料在无空气氛围下合成后转移至下一工序过程中极易与环境中的水分、CO₂接触发生反应从而导致变质，制约了它们的使用。另外，在实际应用中还发现，富锂正极材料的电子电导率和离子电导率一般较低。正是由于现有富锂正极材料界面不稳定和电子电导率低等不足，使得现有富锂正极材料存储稳定性和加工稳定性不太理想，导致补锂效果不理想。

发明内容

本申请的目的是提供一种正极材料及其制备方法、正极极片和二次电池。

为实现本申请的目的，本申请提供了如下的技术方案：

第一方面，本申请提供一种正极材料，包括内核和包覆层，所述内核由富锂材料组成；所述包覆层包覆于所述内核的外表面，所述包覆层包括碳材料和有机酸锂盐，所述有机酸锂盐是由所述内核所含残碱原位反应生成。正极材料为核壳结构，内核为富锂材料。富锂材料可以为正极材料颗粒，用于和负极材料配合组装成锂电池；富锂材料还可以为补锂材料颗粒，作为“牺牲剂”用于补充锂源，从而保证首次充电效率。包覆层中可以通过将富锂材料与前驱体混合后制备而成。包覆层中的有机酸锂盐可以为前驱体与内核表面的残碱反应后生成的产物。包覆层的前驱体可以为有机酸。本申请通过将有机酸粉末与富锂材料进行高温烧结反应，一方面能够通过有机酸与富锂材料的表面残碱反应，使得表面残碱转化成有机酸锂盐，以此有效降低表面残碱含量，从而避免残碱造成的二次电池容量损失，还能够有效减少正极材料用于二次电池过程中的胀气现象，提高正极材料的电化学性能和加工性能；另一方面剩余的有机酸在烧结后还能形成碳材料，用作富锂材料内核表面的隔离封装层，从而减少外部环境(水和二氧化碳)对富锂材料内核的影响，以及提升正极材料的电子导电性。

一种可能的实施方式中，所述包覆层包括转化层和封装层，所述转化层包覆在所述内核的外表面，所述封装层包覆在所述转化层的外表面，所述转化层包括所述有机酸锂盐，所述封装层包括所述碳材料。具体的，在使用前驱体包覆富锂材料后，与富锂材料相接触的前驱体会最先与残碱反应形成有机酸锂盐，而越是远离内核的前驱体越是难以与残碱反应。所以，在前驱体与残碱反应后会预先形成转化层包覆在内核的外表面，而烧结过后的前驱体会形成封装层形成在转化层的外表面。可以理解的，转化层和封装层并没有明显的界面区分二者的。当前驱体越少时，封装层的厚度应该越薄，且封装层的存在越不明显；当前驱体越多时，封装层的厚度应该越厚，且封装层的存在越明显。通过使用有机酸对富锂材料进行包覆，使得烧结后的有机酸可以形成转化层和封装层的两层结构；有机酸与富锂材料表面的残碱物质反应后，可降低残碱度，进一步升高烧结温度后，不需要额外的碳原料就可以形成碳涂层，降低了生产成本；同时，转化层中的有机酸锂盐与封装层中的碳材料具备协同作用，双层包覆结构更能有效抑制与电解液的接触，减少由于与电解液的副反应而产生的气体量。