[发明专利]复合正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了复合正极材料及其制备方法和应用，所述方法包括：(1)将导电剂溶液的剪切面电位调节至与三元正极材料溶液和磷酸锰铁锂正极材料溶液的电位相反；(2)将所述三元正极材料溶液、所述磷酸锰铁锂正极材料溶液和调节电位后的导电剂溶液混合，以便得到混合溶液，然后对所述混合溶液进行搅拌、抽滤、洗涤、烘干和烧结，以便得到复合正极材料。通过导电剂的桥接作用，三元正极材料与磷酸锰铁锂的表面及内部均可形成良好的导电网络，有利于复合正极容量材料的发挥与倍率性能的提升，从而提升三元正极系电芯的安全性能以及倍率性能。

技术领域

本发明属锂离子电池技术领域，具体涉及一种复合正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

现阶段，市售动力电池所搭载的正极材料以锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFPO)、镍钴锰酸锂(NCM)、镍钴铝酸锂(NCA)三元正极材料为主。相较于磷酸铁锂与锰酸锂系正极材料，镍钴锰酸锂与镍钴铝酸锂系三元正极材料具有比容量高、工作电压高等优点，成为现阶段开发高能量密度电芯的首选材料。但因担心三元正极系电芯的安全问题，2016年左右国家曾一度下令禁止三元正极材料搭载于客运车上。一方面是开发高能量密度电芯的需要，另一方面是严重的安全隐患。2020年国家对动力电芯能量密度的要求为350Wh/kg，随着市场对能量密度要求的增高，三元材料也开始由LiNi_1/3Co_1/3M_1/3O₂(NCM111)等低镍材料向LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)等高镍材料发展。随着镍含量的增多，材料的比容量越变越高，但材料的稳定性也越来越差。因此，尽快解决三元正极系电池的安全问题是现在的重中之重。

磷酸锰铁锂(LMFP)正极材料工作电压高，循环稳定性好，自带的PO₄^3-与氧具有较强的结合力。在电芯滥用或失效产氧严重的情况下，磷酸锰铁锂可以牢固的锁住氧分子，减少电解液的氧化分解，降低电芯的鼓包与燃烧风险，提升电池的循环及安全性能。因此，越来越多的研发人员开始将磷酸锰铁锂(LMFP)和三元(NCM/NCA)正极材料进行混合使用。目前将磷酸锰铁锂与三元材料混合的常规方法主要有两种：1.混浆时按比例将两种正极材料进行混合。由于两种正极材料密度相差较大，在混浆及涂布过程中极易出现分层现象。2.通过机械球磨的方法将两种正极材料进行混合。第二种方法相较于第一种方法而言，规避了分层现象的产生，但通过机械球磨得到的混合正极材料仅通过范德华力结合，结合松散，极易分开；除此之外，磷酸锰铁锂材料电导率低，比容量低，混合使用时对三元材料的包覆性差。如上两种方法，在三元电池的安全性能有所改善的情况下，也造成了电池倍率性能以及容量发挥的劣化。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种复合正极材料及其制备方法和应用，通过导电剂的桥接作用，三元正极材料与磷酸锰铁锂的表面及内部均可形成良好的导电网络，有利于复合正极容量材料的发挥与倍率性能的提升，从而提升三元正极系电芯的安全性能以及倍率性能。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备复合正极材料的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

(1)将导电剂溶液的剪切面电位调节至与三元正极材料溶液和磷酸锰铁锂正极材料溶液的电位相反；

(2)将所述三元正极材料溶液、所述磷酸锰铁锂正极材料溶液和调节电位后的导电剂溶液混合，以便得到混合溶液，然后对所述混合溶液进行搅拌、抽滤、洗涤、烘干和烧结，以便得到复合正极材料。