[发明专利]一种复合正极材料、电池正极、锂电池及其应用

说明书

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种复合正极材料、电池正极、锂电池及其应用。所述复合正极材料包括：基体以及包覆所述基体的双包覆层；所述双包覆层的第一层包括电子传导材料，第二层包括具有高室温锂离子传导率的含氯化合物；所述基体包括具有电化学储锂活性的非金属元素或其衍生物，所述非金属元素为硒、硫或碲中的一种或多种；所述基体占整个复合正极材料的质量分数大于40wt％。本发明通过在具有电化学储锂活性的活性材料外包覆两层特定的材料，有效提高正极活性材料在整个电极中的活性含量，可逆容量、首效、倍率性能或长循环性能，这有助于制备具备更高的库伦效应以及循环稳定性的锂电池。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种复合正极材料、电池正极、锂电池及其应用。

背景技术

近年来，出于保护环境和清洁能源使用的考虑，电动车成为人们日常出行的通常选择之一。作为电动车实用化中关键性的一环，大量研究工作专门探讨了高能量密度锂离子二次电池的开发。当前，对于当前热门的固态锂离子电池体系，正极材料一般采用层状过渡金属氧化物LiMO₂(M＝Ni,Co,Mn,Al)、LiFePO₄、以及富锂相锂锰氧化物，但是这类材料存在容量偏低、能力密度较差等问题。

为了提高能量密度，必须提高正极材料单位质量上所储存的电量。单质硒或者硫及其化合物具有较高的理论容量，具有潜在的优势。锂硫电池理论能量密度可达2600Whkg^-1，此外，单质硫及其化合物具有来源丰富、价格低廉、环境友好等优点，将会成为新一代化学能源储存器件(电池实际能量密度400Wh kg^-1)的优秀选项之一。但实际应用中，硒或者硫及其化合物正极材料面临着自身导电性差、在有机电解液中溶解与穿梭等困难，需要大量引入碳导电材料等惰性材料进行修饰的缺陷，严重限制了该锂硫电池高能量密度的发挥。一直以来如何获得具有高负载量的非金属硫/硒或其衍生物的正极片，尤其是活性正极材料的质量分数要大于40wt％，是本领域一个关键性的突破方向。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种复合正极材料、电池正极、锂电池及其应用。通过以具有电化学储锂活性的元素为基体，进行特定材料(尤其是具有高室温锂离子传导率的含氯化合物)的双层包裹后，可以有效提高正极活性材料的活性含量，可逆容量、首效、倍率性能和长循环性能。

第一方面，本发明提供一种复合正极材料，包括：基体以及包覆所述基体的双包覆层；所述双包覆层的第一层包括电子传导材料，第二层包括具有高室温锂离子传导率的含氯化合物；

所述基体包括具有电化学储锂活性的非金属元素或其衍生物，所述非金属元素为硒、硫或碲中的一种或多种；所述基体占整个复合正极材料的质量分数大于40wt％。

现有技术中，电池正极有采用具有电化学储锂活性的硒、硫或碲材料作为活性材料成分，但是普遍难以具有较高的负载能力，用量普遍在10％左右，当负载量过高时，难以具备较高的长循环稳定性，而本发明研究发现通过在基体外包裹具有高室温锂离子传导率的含氯化合物可以有效高活性材料成分的负载量，可达到40wt％以上，同时仍然具有较高的长循环稳定性。

进一步地，所述基体包括：单质硒、单质硫、高分子聚硫化合物、高分子聚硒或硒硫化合物、磷硫化合物、硒硫化合物、硒硫碲化合物、锂硫化合物、锂硒化合物、金属硫化物、金属硒硫化物中的一种或多种。

举例而言，磷硫化合物可选P₄S_10+n(1≤n≤30)，硒硫化合物可选S_1-xSe_x(0.05≤x≤1)，锂硫化合物可选Li₂S_a(1≤a≤8)，金属硫化物可选M_xS_y(M＝Mo、W、Fe、Co、Ni)。