[发明专利]一种正极材料及其制备方法和电池

说明书

本发明公开了一种正极材料及其制备方法和电池，所述正极材料包括正极活性物质和位于所述正极活性物质表面的聚苯胺包覆层，所述聚苯胺包覆层包括聚苯胺基质和分散在所述聚苯胺基质中的CeO₂。聚苯胺包覆层一方面能够提高正极活性物质在空气中的稳定性，另一方面，聚苯胺包覆层与电解液具有良好的相容性，且能够避免电解液和正极活性物质的接触，抑制了电解液和正极活性物质间的副反应，此外，在聚苯胺中分散有CeO₂，增加了正极材料的电子导电能力和离子导电能力，提高了正极材料的综合导电能力，且CeO₂还增强了聚苯胺的结构稳定性和正极材料的热稳定性，上述因素综合作用改善了正极材料的倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种正极材料及其制备方法和电池。

背景技术

随着锂离子电池在电动汽车领域被广泛地应用，对锂资源的需求量大大增加。然而，锂元素在地壳中的储量仅为0.0017％，且目前仍无有效的锂资源回收技术，这显然满足不了大规模储能及电动汽车等领域日益发展的需求。而钠元素在地壳中的储量远高于锂元素，且钠元素具有分布广泛和成本低廉的优点。同时，钠和锂属于同一主族元素，在电池工作中均表现出相似的“摇椅式”电化学充放电行为。

目前，常见的钠离子电池正极材料主要包括有层状过渡金属氧化物、普鲁士蓝类似物和聚阴离子化合物等。而相比于普鲁士蓝类似物和聚阴离子化合物材料，层状过渡金属氧化物表现出更高的比容量，更满足高能量密度的需求。但是这类材料随着充放电次数的增加，由于三价锰离子会发生Jahn Teller效应，导致晶格畸变和结构发生破坏，并且较大的钠离子在脱出和嵌入过程中造成结构坍塌，严重影响电池的循环性能和倍率性能，使电化学性能衰减越来越严重。同时钠离子电池过渡金属层状氧化物正极材料空气稳定性差，表面容易吸水，导致水分增加，组装成电池时正极材料中的残余水分会和电解液中的盐发生反应生成HF，并发生恶性循环反应，降低电池的循环性能。

不仅仅是钠离子电池正极材料，在锂离子电池正极材料中同样存在结构坍塌、空气稳定性差和容易吸水的问题，同样会影响锂离子电池正极材料的循环性能和倍率性能。目前对正极材料改性的常见方法包括包覆和掺杂，例如CN115159593A中公开了元素掺杂及钴原位包覆的前驱体材料及其制备方法、正极材料，前驱体材料的化学式为Ni_xCo_yMn_zM_p(OH)₂@Co(OH)₂，其中0.7≤x＜1，0≤y≤0.2，0＜z≤0.3，x+y+z+p＝1，M为掺杂元素，所述前驱体材料中掺杂元素由内而外呈“低浓度-高浓度-低浓度-高浓度-低浓度”式循环分布，钴通过共沉淀工艺沉积于前驱体表面，形成钴包覆层，使用该前驱体材料制备的正极材料具有较好的循环性能。例如CN115207325A中公开了一种包覆型钠离子电池正极材料，该正极材料包括至少一种式为Na_pNi_xMn_yM_1-x-yO_2-zF_z的化合物和至少一种包覆于Na_pNi_xMn_yM_1-x-yO_2-zF_z化合物表面的含锂化合物，其中M是掺杂元素，含锂化合物的质量占比为0.02％～2.0％，有效解决钠离子电池正极材料在空气中易受水分影响而导致电性能恶化的难题。例如CN115148970A中公开了一种橄榄石NaMPO₄包覆高镍三元或富锂锰基正极材料及其制备方法，所述NaMPO₄包覆的高镍三元或富锂锰基正极材料为NaMPO₄(M＝Ni、Co、Mn)表面修饰层状高镍三元正极材料或富锂锰基正极材料，NaMPO₄包覆层能从根本上抑制晶格氧析出、能提高高镍三元以及富锂锰基正极材料的结构稳定性。