包覆改性的正极材料及其制备方法、正极极片、二次电池和用电装置与流程

本发明涉及锂离子电池，特别是涉及一种包覆改性的正极材料及其制备方法、正极极片、二次电池和用电装置。

背景技术：

1、随着电子产品特别是5g手机等对锂离子电池续航时间和体积大小的要求不断提高，迫切需要进一步提升电池的体积能量密度。如何进一步提升锂离子电池的体积能量密度和安全性，是当前锂离子电池发展的研究热点。为了进一步提升锂离子电池的能量密度，需要不断提高锂离子电池的工作电压以使正极材料释放出更多能量。

2、钴酸锂材料具有优越的电化学性能，常用作锂离子电池的正极材料。但是，在实际应用中，尤其是在高电压工作条件下(一般4.5v及以上)，脱锂高达75%以上时，钴酸锂材料常伴随着不可逆相变、应力造成的颗粒破裂、金属钴溶出与氧逃逸加剧、界面副反应加剧等诸多问题的产生，其中，如何抑制高电压下材料的结构转变与解决高电压下循环性能差的问题最为棘手。

技术实现思路

1、基于此，本申请提供一种包覆改性的正极材料及其制备方法、正极极片、二次电池和用电装置，以提升钴酸锂材料的循环性能。

2、本申请的第一方面提供了一种包覆改性的正极材料，包括：

3、基体，所述基体包含锂钴氧化物材料；

4、包覆层，包覆在所述基体的至少部分表面上，所述包覆层包含纳米钴酸锂。

5、在一些实施例中，所述锂钴氧化物材料包括钴酸锂；和/或

6、所述基体包括颗粒a和颗粒b，所述颗粒a的中值粒径d50大于所述颗粒b的中值粒径d50；

7、可选地，所述颗粒a和所述颗粒b的质量比为(2-6):1；

8、可选地，所述颗粒a的中值粒径d50为17μm-20μm；

9、可选地，所述颗粒b的中值粒径d50为3μm-7μm。

10、本申请的第二方面提供了一种第一方面的包覆改性的正极材料的制备方法，包括如下步骤：

11、将碳包覆的钴基mofs材料与包含锂钴氧化物材料的基体混合，进行第一烧结处理，以在所述基体的至少部分表面上形成包含纳米钴酸锂的包覆层，制备所述包覆改性的正极材料。

12、在一些实施例中，所述碳包覆的钴基mofs材料的质量占所述基体的质量的1%-10%；和/或

13、所述第一烧结处理的温度为700℃-1000℃，时间为5h-10h。

14、在一些实施例中，所述锂钴氧化物材料包括钴酸锂；和/或

15、所述基体包括颗粒a和颗粒b，所述颗粒a的中值粒径d50大于所述颗粒b的中值粒径d50；

16、可选地，所述颗粒a和所述颗粒b的质量比为(2-6):1；

17、可选地，所述颗粒a的中值粒径d50为17μm-20μm；

18、可选地，所述颗粒b的中值粒径d50为3μm-7μm。

19、在一些实施例中，所述碳包覆的钴基mofs材料的制备方法包括：

20、将钴基mofs材料进行第二烧结处理，制备所述碳包覆的钴基mofs材料；

21、可选地，所述钴基mofs材料的功能基团包括氨基、羧基和羟基中的一种或多种；

22、可选地，所述钴基mofs材料的中心为金属co；可选为zif-67和kiub-mof-1中的一种或多种；

23、可选地，所述第二烧结处理的温度为700℃-900℃，时间为2h-7h；

24、可选地，所述第二烧结处理的氛围包括惰性气体中的一种或多种。

25、在一些实施例中，所述基体的制备方法包括：

26、将包含锂源与钴源的混合物进行第三烧结处理，制备所述基体；

27、可选地，所述锂源中含有的锂元素与所述钴源中含有的钴元素的摩尔比为(1-1.15):1；

28、可选地，所述第三烧结处理的温度为900℃-1100℃，时间为5h-15h；

29、可选地，所述锂源包括碳酸锂和氢氧化锂中的一种或多种；

30、可选地，所述钴源包括四氧化三钴、碳酸钴、氢氧化亚钴和羟基钴中的一种或多种。

31、本申请的第三方面提供了一种正极极片，包括本申请第一方面的包覆改性的正极材料或采用本申请第二方面的制备方法制备得到的包覆改性的正极材料。

32、本申请的第四方面提供了一种二次电池，包括本申请第三方面的正极极片。

33、本申请的第五方面提供了一种用电装置，包括本申请第四方面的二次电池。

34、上述提供的包覆改性的正极材料，具有核壳结构，纳米钴酸锂包覆层不仅可以减少基体与电解液的直接接触并减少副反应的发生，还可以减少金属溶出及o2产生，提升钴酸锂正极材料的表面稳定性，降低钴酸锂正极材料在电池中的失效速度，提高钴酸锂正极材料的高温循环性能及高温存储性能。

35、上述提供的包覆改性的正极材料的制备方法，碳包覆的钴基mofs材料经过烧结处理生成钴氧化物，钴氧化物与基体表面的碳酸锂、氢氧化锂发生高温固相反应形成纳米钴酸锂包覆层，形成具有核壳结构的包覆改性的正极材料，不仅可以降低基体表面的碳酸锂、氢氧化锂等碱性惰性物质含量且转化为具有更高导电性的物质。此外，该制备方法简单易行，成本低廉，适合大规模生产。

技术特征：

1.一种包覆改性的正极材料，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的包覆改性的正极材料，其特征在于，所述锂钴氧化物材料包括钴酸锂；和/或

3.一种包覆改性的正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.如权利要求3所述的包覆改性的正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳包覆的钴基mofs材料的质量占所述基体的质量的1%-10%；和/或

5.如权利要求3所述的包覆改性的正极材料的制备方法，其特征在于，所述锂钴氧化物材料包括钴酸锂；和/或

6.如权利要求3至5任一项所述的包覆改性的正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳包覆的钴基mofs材料的制备方法包括：

7.如权利要求3至5任一项所述的包覆改性的正极材料的制备方法，其特征在于，所述基体的制备方法包括：

8.一种正极极片，其特征在于，包括如权利要求1至2任一项所述的包覆改性的正极材料或采用如权利要求3至7任一项所述的制备方法制备得到的包覆改性的正极材料。

9.一种二次电池，其特征在于，包括如权利要求8所述的正极极片。

10.一种用电装置，其特征在于，包括如权利要求9所述的二次电池。

技术总结
本发明提供了一种包覆改性的正极材料及其制备方法、正极极片、二次电池和用电装置，包覆改性的正极材料包括包含锂钴氧化物材料的基体和包覆在基体的至少部分表面上的包覆层，包覆层包含纳米钴酸锂。纳米钴酸锂包覆层不仅可以减少基体与电解液的直接接触并减少副反应的发生，还可以减少金属溶出及O<subgt;2</subgt;产生，提升钴酸锂正极材料的表面稳定性，降低钴酸锂正极材料在电池中的失效速度，提高钴酸锂正极材料的高温循环性能及高温存储性能。

技术研发人员：朱亚亭,范浩东,王琛,李平宽,李轶伟,王欣全,封锡胜
受保护的技术使用者：天津巴莫科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31