[发明专利]一种三元正极复合材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种三元正极复合材料及其制备方法和用途，复合材料包括三元正极材料内核，以及包覆在所述内核表面的外壳，所述外壳包括第一包覆物和第二包覆物；所述第一包覆物为三维纳米网络层状结构，包括导电聚合物/石墨烯/碳纳米管复合物，以及原位分散在所述复合物表面的含氢的锂钛氧化合物和FeF₃(H₂O)_0.33，所述第二包覆物为聚乙烯醇的碳化产物。采用本发明的三元正极复合材料制备的锂离子电池具有较高的离子导电性和电子导电性，具有放电比容量、首次库伦效率和循环稳定性好等突出优点。

技术领域

本发明属于电化学电源材料制备技术领域，尤其属于锂离子二次电池正极材料制备技术领域，涉及一种三元正极复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、循环稳定性好、环境友好等优点，被广泛应用于电动汽车、笔记本电脑和手机等领域。正极材料作为锂离子电池中的关键材料，对电池性能的发挥起到了至关重要的作用。与其他正极材料相比，三元材料具有比容量高、制备成本低等优点，具有良好的商业应用前景。但是，三元材料在应用过程中存在着离子混排、表面残碱过高的问题，现有技术一般采用水洗的方法去除表面残碱，但是，若水洗不彻底，会导致表面残碱无法有效降低，若水洗次数过多，会导致颗粒破碎等问题，影响产品性能的发挥。

CN108134069A公开了一种正极材料的复合改性方法，所述方法包括以下步骤：1)对正极材料前驱体进行除杂处理，得到洗净除杂后的正极材料前驱体；2)将洗净除杂后的正极材料前驱体与锂源混合；3)烧结，得到正极材料基体；4)将包覆材料的源物质和包覆助剂分散到溶剂中溶解，得到分散体系，将正极材料基体加入到分散体系中，搅拌，然后固液分离，得到包覆固体物质，最后热处理，得到具有包覆材料层的物料；5)对所得物料进行洗涤并干燥，得到复合改性的锂离子电池正极材料。本发明的方法可以制备得到具有较好的稳定性的高镍正极材料，经洗涤，在保持结构稳定的同时有效地降低残碱，不造成性能的劣化。但是，通过水洗降低残碱工艺较为复杂，在造成大量水资源的浪费、洗涤水的排放会对环保造成一定的压力、若洗涤工艺过程处理不当会因多次洗涤造成正极材料表面结构受到不同程度的损坏，进而会影响材料的电化学性能。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种三元正极复合材料及其制备方法和用途。采用本发明的三元正极复合材料制备的锂离子电池具有较高的离子导电性和电子导电性，具有放电比容量、首次库伦效率和循环稳定性好等突出优点。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种三元正极复合材料，所述复合材料包括三元正极材料内核，以及包覆在所述内核表面的外壳，所述外壳包括第一包覆物和第二包覆物；

所述第一包覆物为三维纳米网络层状结构，包括导电聚合物/石墨烯/碳纳米管复合物，以及原位分散在所述复合物表面的含氢的锂钛氧化合物和FeF₃(H₂O)_0.33，所述第二包覆物为聚乙烯醇的碳化产物。

本发明采用由导电聚合物/石墨烯/碳纳米管复合物、含氢的锂钛氧化合物和FeF₃(H₂O)_0.33通过原位聚合形成的三维纳米网络层状结构复合材料与聚乙烯醇的碳化产物(尤其是量子点)配合，对三元正极材料进行包覆，得到核壳结构的三元正极复合材料，与传统的包覆材料相比，不仅能够提供更多的锂离子传输通道，大幅度提高三元正极材料的电子导电性、离子导电性、结构稳定性，还可以降低材料表面残碱，从而大幅提高包括放电比容量、倍率性能和循环稳定性在内的电化学性能。

优选地，所述三元正极材料内核包括镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂中的任意一种或两种的组合。