一种正极材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于锂离子电池，具体涉及一种正极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在锂离子电池的首次循环过程中，负极片的表面会形成固体电解质界面(sei)，从而导致产生不可逆的锂损失。现阶段，电池中的补锂方式主要分为正极补锂和负极补锂。其中，正极补锂是通过在正极材料的匀浆过程中加入少量的高容量补锂剂，但是，目前补锂剂的化学稳定性较差、分解电压较高，且与正极材料结合性较差，难以起到补锂的作用，因此，需要额外加入催化剂、粘结剂等，而这样的补锂体系在脱锂后留在正极侧的残留物会影响电池的阻抗、催化电解液产气，进而导致电池的容量和首效下降，且制备过程较复杂，生产成本高。因此，如何兼顾提升电池的容量和首效，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种正极材料，通过在基体材料表面负载粒径小于200nm的草酸锂颗粒，最大限度地发挥草酸锂的补锂作用，将该正极材料应用于电池中，有利于提升电池的容量和首效。

2、本发明还提供一种正极材料的制备方法，通过诱导基体材料、含有草酸根的化合物、锂源的快速放热反应，使得粒径小于200nm的草酸锂颗粒覆盖在基体材料表面，能够制得上述性能优异的正极材料，且制备过程简便、易操作，有利于实现批量生产。

3、本发明还提供一种正极片，由于包括上述正极材料，将该正极片应用于电池中，有利于改善电池的容量和首效。

4、本发明还提供一种电池，由于包括上述正极片，该电池兼具优异的容量和首效。

5、本发明的第一方面，提供一种正极材料，包括基体材料以及覆盖所述基体材料至少部分表面的草酸锂颗粒；

6、所述草酸锂颗粒的粒径小于200nm。

7、如上所述的正极材料，其中，所述草酸锂颗粒呈点状分布在所述基体材料的表面；

8、所述草酸锂颗粒的粒径为5～100nm。

9、如上所述的正极材料，其中，所述正极材料按照质量份数包括：基体材料90～99.9wt％、草酸锂0.1～10wt％。

10、如上所述的正极材料，其中，所述基体材料包括正极活性物质以及包覆在所述正极活性物质表面的碳层；

11、所述草酸锂颗粒覆盖在所述碳层的表面。

12、如上所述的正极材料，其中，所述正极材料按照质量份数包括：基体材料95～99wt％、草酸锂1～5wt％；和/或，所述基体材料按照质量份数包括：正极活性物质95～99wt％、碳层1～5wt％。

13、如上所述的正极材料，其中，所述正极活性物质的化学式为liafebmcnd(po4)e，其中0.9≤a≤1.1，0.25≤b≤1.0，0≤c≤0.75，0≤d≤0.1，0.9≤e≤1.1；

14、其中，m包括mn；

15、n包括mg、al、ca、sc、ti、v、cr、fe、co、cu、zn、ga、sr、y、zr、nb、mo、ru、ta、w、b、si、ge、sb、te、p、s、f中的至少一种。

16、如上所述的正极材料，其中，所述正极材料的比表面积相对于所述基体材料的比表面积增长率≥2.5％。

17、本发明的第二方面，提供一种第一方面所述的正极材料的制备方法，包括以下步骤：对基体材料、含有草酸根的化合物、锂源进行高速机械分散处理或者热引发后，得到所述正极材料；

18、其中，所述高速机械分散处理、所述热引发的时间均不超过10min。

19、如上所述的制备方法，其中，所述高速机械分散处理的转速为800～3000rpm，时间为0.5～10min；或者，

20、所述热引发的温度为100～300℃，时间为0.5～10min。

21、如上所述的制备方法，其中，在热引发之前，还包括对所述基体材料、含有草酸根的化合物、锂源进行预混；

22、所述预混的温度不超过15℃。

23、如上所述的制备方法，其中，所述含有草酸根的化合物包括草酸铵、草酸及其水合物中的至少一种；和/或，

24、所述锂源包括氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、乙酸锂、柠檬酸锂中的至少一种；和/或，

25、含有草酸根的化合物中的草酸根与锂源中锂的摩尔比为(0.4～10)：1。

26、本发明的第三方面，提供一种正极片，所述正极片包括第一方面所述的正极材料或采用第二方面所述的制备方法制得的正极材料。

27、本发明的第四方面，提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括第三方面所述的正极片。

28、本发明的实施，至少具有以下有益效果：

29、本发明提供的正极材料，包括基体材料和覆盖在基体材料表面的草酸锂颗粒，草酸锂颗粒本身化学稳定性好，在常规的情况下不发生化学反应，且草酸锂颗粒在充电过程中能够分解释放锂元素，为正极材料提供额外的锂元素，且草酸锂价格低廉、容量高、分解释放锂元素后无残留；此外，由于草酸锂颗粒的粒径较小，草酸锂颗粒与基体材料的接触面积增加，形成良好的结合，能够使草酸锂颗粒牢固且紧密的覆盖在基体材料表面，避免脱落失去电接触，最大程度地发挥草酸锂的补锂作用，将该正极材料应用于电池中，有利于提升电池的容量和首效。

30、本发明提供的正极材料的制备方法，通过限定基体材料、含有草酸根的化合物、锂源以固相混合，使含有草酸根的化合物、锂源反应形成草酸锂并产生热量，同时在该热量条件下能实现草酸锂颗粒在基体材料表面的覆盖，此外，通过限定反应时间，使草酸锂颗粒大量成核而不长大，能够在基体材料表面原位合成粒径小于200nm的草酸锂颗粒，从而得到上述性能优异的正极材料，且制备过程简便、易操作，有利于实现批量生产。

技术特征：

1.一种正极材料，其特征在于，包括基体材料以及覆盖所述基体材料至少部分表面的草酸锂颗粒；

2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述草酸锂颗粒呈点状分布在所述基体材料的表面；

3.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料按照质量份数包括：基体材料90～99.9wt％、草酸锂0.1～10wt％。

4.根据权利要求1-3任一项所述的正极材料，其特征在于，所述基体材料包括正极活性物质以及包覆在所述正极活性物质表面的碳层；

5.根据权利要求4所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料按照质量份数包括：基体材料95～99wt％、草酸锂1～5wt％；和/或，

6.根据权利要求5所述的正极材料，其特征在于，所述正极活性物质的化学式为liafebmcnd(po4)e，其中0.9≤a≤1.1，0.25≤b≤1.0，0≤c≤0.75，0≤d≤0.1，0.9≤e≤1.1；

7.根据权利要求6所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的比表面积相对于所述基体材料的比表面积增长率≥2.5％。

8.一种权利要求1-7任一项所述的正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对基体材料、含有草酸根的化合物、锂源进行高速机械分散处理或者热引发后，得到所述正极材料；

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述高速机械分散处理的转速为800～3000rpm，时间为0.5～10min；或者，

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在热引发之前，还包括对所述基体材料、含有草酸根的化合物、锂源进行预混；

11.根据权利要求8-10任一项所述的制备方法，其特征在于，所述含有草酸根的化合物包括草酸铵、草酸及其水合物中的至少一种；和/或，

12.一种正极片，其特征在于，所述正极片包括权利要求1-7任一项所述的正极材料或采用权利要求8-11任一项所述的制备方法制得的正极材料。

13.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括权利要求12所述的正极片。

技术总结
本发明提供一种正极材料及其制备方法和应用，该正极材料包括基体材料以及覆盖所述基体材料至少部分表面的草酸锂颗粒；所述草酸锂颗粒的粒径小于200nm。通过在基体材料表面负载粒径小于200nm的草酸锂颗粒，最大限度地发挥草酸锂的补锂作用，将该正极材料应用于电池中，有利于提升电池的容量和首效。

技术研发人员：张宇,陈宇,张闻煦,雷永彤,王雪莹,黄涛,冯道言,严旭丰,刘瑞,李琮熙
受保护的技术使用者：宁波容百新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/23