一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料及其制备方法以及包含该正极材料的正极片和电池与流程

本发明涉及电化学，尤其涉及一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂离子电池是以两种不同的能够可逆地插入及脱出锂离子的嵌锂化合物分别作为电池的正极和负极的二次电池体系。充电时，锂离子从正极材料的晶格中脱出，经过电解质后插入到负极材料的晶格中，使得负极富锂，正极贫锂；放电时锂离子从负极材料的晶格中脱出，经过电解质后插入到正极材料的晶格中，使得正极富锂，负极贫锂。这样正负极材料在插入及脱出锂离子时相对于金属锂的电位的差值，就是电池的工作电压。

2、锂离子电池是性能卓越的新一代绿色高能电池，已成为高新技术发展的重点之一。锂离子电池具有以下特点：高电压、高容量、低消耗、无记忆效应、体积小、内阻小、自放电小、循环次数多。因其上述特点，锂离子电池已应用到移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等众多民用及军事领域。传统商用锂离子电池正极材料主要由磷酸铁锂和层状过渡金属氧化物材料等，克容量相对较低，限制了锂离子电池能量密度的进一步提高。此外，在层状过渡金属氧化物中，镍，钴等贵金属的使用使得锂离子电池的原料成本很难进一步降低。相较于传统的商用正极材料，氧化锂具有容量高，原料潜在成本便宜的优点，被认为是锂离子电池正极的终结材料。

3、但是在使用固相法合成氧化锂催化剂复合物还存在较多缺陷。氧化锂和催化剂的复合消耗时间长，往往需要150～200小时，与此同时还会消耗大量能源，产生噪音以及粉尘污染；该过程还需要惰性气体保护，对环境和设备的要求高，量产的可能性低；在反应过程中，氧化锂不稳定，易与环境中的水份以及二氧化碳等酸性气体反应形成氢氧化锂和碳酸锂。使用pvdf作为粘结剂在匀浆过程中还极易发生凝胶化，导致无法正常涂布；氧化锂脱锂产物过氧化锂氧化性极强，与电解液直接接触易氧化电解液溶剂碳酸酯，降低循环寿命，尤其高温产气严重；催化剂和氧化锂的复合物在结构上不稳定，匀浆过程容易破坏复合结构，降低催化效果。

4、因此，提高氧化锂材料在环境中的稳定性、导电性、降低凝胶化、避免氧化锂和电解液直接接触高效并低成本地将催化剂与氧化锂在纳米尺度复合，是该氧化锂正极应用于规模化生产制造必须要解决的问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于：提供一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料，活性材料氧化锂和金属氧化物的组分配置，以提高氧化锂材料反应的稳定性、导电性、降低凝胶化的技术效果。

2、本发明的目的之二在于：提供一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料的制备方法，通过一步煅烧的方式，实现氧化锂的制备，以及氧化锂材料的包覆和氧化锂与催化剂的复合，提高了材料的合成效率，降低了材料和生产成本。

3、本发明的目的之三在于：提供一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料应用。

4、本发明目的之四在于：提供一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极片的应用。

5、本发明目的之五在于：提供一种金属氧化物包覆氧化锂复合电池的应用。

6、本发明的目的之一采用如下的技术方案实现：

7、一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料，复合正极材料为金属氧化物包覆氧化锂；其中，金属氧化物占复合正极材料为2wt％-50wt％；氧化锂占复合正极材料总质量的50wt％-98wt％。

8、进一步地，所述金属氧化物中包括钛氧化物、铁氧化物、锰氧化物、镍氧化物、钴氧化物中的一种或两种以上的组合物。

9、进一步地，所述两种金属氧化物的混合的摩尔比为(0.1-1)：(0.1-1)。

10、本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

11、一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

12、1)将金属盐溶于溶剂中，得到溶液；

13、2)将含锂化合物添加到溶液，蒸干，得到金属盐涂覆的含锂化合物；

14、3)将金属盐涂覆的含锂化合物进行煅烧，得到金属氧化物包覆的氧化锂。

15、进一步地，所述溶剂包括甲醇、乙醇、丙酮和水中的一种或两种以上的组合物。

16、进一步地，所述蒸干包括旋转蒸发、烘箱蒸发和真空抽滤。

17、进一步地，所述前驱物煅烧温度为300℃～1000℃，煅烧时间为4h～8h，煅烧气源包括氧气、压缩空气中的一种。

18、本发明的目的之三采用如下技术方案实现：

19、一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极片，所述金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料的制备方法制备而成。

20、进一步地，所述正极片由浆料涂膜法制备而成。

21、本发明的目的之四采用如下技术方案实现：

22、一种金属氧化物包覆复合电池，其特征在于，包括上述所述金属氧化物复合正极片的制备方法制备而成。

23、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

24、1.本发明的一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料，包括以下组分：复合正极材料包括活性材料氧化锂和金属氧化物催化剂。本发明通过金属氧化物包覆提高了氧化锂的稳定性，从而可实现大规模量产；金属氧化物的包覆，还在一定层面上在匀浆过程中避免了氧化锂和粘结剂的直接接触，阻止了强碱作用下的凝胶化；另一方面，也避免了氧化锂及其脱锂产物和电解液的直接接触，优化了高温产气和循环性能。金属氧化物包覆提高了复合正极材料的导电性，降低氧化锂正极的过电位，采用所述正极材料制备获得的电池具有正极容量大和高倍率的优势，电池系统的能量密度可以达到500wh/kg。

25、2.本发明的一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料的制备方法，本发明通过以复合正极材料和不同含锂化合物为起始原料，由一步煅烧实现氧化锂的制备，在此期间，氧化锂材料的包覆以及氧化锂和催化剂的复合，提高了催化剂起效时间和材料的合成效率，从而降低了材料和实验成本。

26、3.本发明的金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料、正极片和电池的产品应用，是一种高效、稳定且低成本的产品。

技术特征：

1.一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料，其特征在于，复合正极材料为金属氧化物包覆氧化锂；其中，金属氧化物占复合正极材料为2wt％-50wt％；氧化锂占复合正极材料总质量的50wt％-98wt％。

2.如权利要求1所述的一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料，其特征在于，所述金属氧化物中包括钛氧化物、铁氧化物、锰氧化物、镍氧化物、钴氧化物中的一种或两种以上的组合物。

3.如权利要求2所述的一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料，所述两种金属氧化物的混合的摩尔比为(0.1-1)：(0.1-1)。

4.一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括甲醇、乙醇、丙酮和水中的一种或两种以上的组合物。

6.如权利要求4所述的一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述蒸干包括旋转蒸发、烘箱蒸发和真空抽滤。

7.如权利要求4所述的一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述前驱物煅烧温度为300℃～1000℃，煅烧时间为4h～8h，煅烧气源包括氧气、压缩空气中的一种。

8.一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极片，其特征在于，由权利要求1～7任一项所述的金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料的制备方法制备而成。

9.如权利要求8所述的一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极片，其特征在于，所述正极片由浆料涂膜法制备而成。

10.一种金属氧化物包覆氧化锂复合电池，其特征在于，包括权利要求8所述的金属氧化物包覆氧化锂复合正极片。

技术总结
本发明公开了一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料，所述正极材料包括活性氧化锂和金属氧化物催化剂，限定了组分以及重量百分数，通过金属氧化物的包覆作用，提高了实验稳定性，避免了在强碱作用下的凝胶化，优化了高温产气和循环性能。本发明还提供了一种金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料的制备方法，由一步煅烧实现氧化锂的制备，在此期间，氧化锂材料的包覆以及氧化锂和催化剂的复合，提高了催化剂起效时间和材料的合成效率，从而降低了材料和实验成本。本发明还提供了金属氧化物包覆氧化锂复合正极材料、正极片以及电池的产品，产品在成本低的同时，高效稳定。

技术研发人员：张扬,梅骜,胡文龙,颜世银
受保护的技术使用者：广州凌顶能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14