[发明专利]一种复合正极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供一种复合正极材料及其制备方法和锂离子电池。所述正极材料包括核心和包覆在核心表面的包覆层，所述核心包括富锂正极材料，所述包覆层包括n型热电材料。所述方法包括：将富锂正极材料与n型热电材料进行复合，得到所述复合正极材料；所述复合的方法包括方法一：将富锂正极材料与n型热电材料混合，进行处理，得到所述复合正极材料；或方法二：将富锂正极材料与n型热电材料的原料分散并进行处理，得到所述复合正极材料。所述复合正极材料可以提高锂离子扩散速率，提高稳定性能。同时抑制电解液对富锂正极材料的腐蚀，提高电池的循环稳定性。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种复合正极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

随着人们对能源需求的日益增大，目前市场上主流的锂离子电池的正极材料如LiCO₂、LiNiO₂、三元材料、LiMn₂O₄和LiFePO₄等，在未来将无法满足人们的需要。因此迫切需要寻找具有高能量密度的锂电正极材料。富锂正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiAO₂(A＝Co,Ni,Cr,Fe)比容量高，工作电压高，价格低廉和对环境友好，被广泛研究。但是，富锂正极材料本身的稳定性能差，使其不能满足市场上对于快充快放得需求。通过研究发现，在高的充电平台下，富锂材料由于锂离子的脱出，氧的损失而发生过渡金属的迁移，向能量更低，更稳定的尖晶石结构转变，消耗的电功将以热量的形式消散(Assat,2019,Nature Energy)。电池热量的产生使电池的安全性降低，同时消耗过多的电功，降低能效。最重要的是耗散的热量会加速体系层状结构向尖晶石结构的转变，降低材料电化学性能的稳定性。

研究人员通过各种努力，试图将产生的热量及时导出，如CN106229580A公布了一种锂离子动力电池的散热材料，这种方法虽然可以缓解锂离子电池局部热的产生，但由于低的离子电导率，会降低锂离子得扩散效率。CN 105185966A公开了用于锂离子动力电池的散热材料，这种方法将锂离子动力电池的正负极分别与p型和n型热电材料复合，虽然起到了散热的作用，但产生的热电势阻碍了锂离子的扩散，同时专利中那个所用的热电材料易被氧化，分解出含有对环境有害的重金属。左妍妍等人(左妍妍,2020,电源技术研究与设计)设计了相变材料-导热介质-强迫空气对流的锂电池复合散热系统，张晓光等人(张晓光,2020,机械与电子)建立了相变材料耦合单体锂电池的散热模型，胡尚尚等人(胡尚尚,2020,化工进展)利用有机醇相变材料(十四醇)对软包方形锂电池放电过程的散热，这些设计和改性虽然使电池更好地散热,保持正常工作温度和温度均匀性，但是无法从根本上改变锂电正极材料的结构问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种复合正极材料及其制备方法和锂离子电池。本发明提供的复合正极材料可以提高锂离子扩散速率，提高稳定性能，同时抑制电解液对富锂正极材料的腐蚀，提高电池的循环稳定性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种复合正极材料，所述正极材料包括核心和包覆在核心表面的包覆层，所述核心包括富锂正极材料，所述包覆层包括n型热电材料。

本发明提供的复合正极材料将富锂正极材料与热电材料进行复合，富锂正极材料在高压平台下由于亚稳路径消耗的电功以热量的形式消散，在富锂正极材料的表面包覆一层n型热电材料，将消耗的热量转变为与外电场方向一致的局部电场，可以提高锂离子扩散速率，提高稳定性能。同时抑制电解液对富锂正极材料的腐蚀，提高电池的循环稳定性。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。