本發明涉及鋰離子電池材料，特別涉及一種正極材料及其制備方法和應用。

背景技術：

1、隨著社會進步和科技不斷發展，人們希望開發具有更高能量密度與功率密度的鋰離子電池，來實現更長久的續航及儲能。但常見的鋰離子電池正極材料，如鈷酸鋰(licoo2)、錳酸鋰(limn2o4)、磷酸鐵鋰(lifepo4)、三元材料(ncm、nca)等，在循環過程中結構不穩定，與電解質之間存在嚴重的副反應，存在結構坍塌，微裂紋形成，活性物質溶解等問題，極大損害了電池的循環壽命和倍率性能。

2、目前研究人員主要采用摻雜、包覆、結構設計等表面改性方法。通過表面改性處理能夠增強正極材料表面穩定性，提高離子和電子電導，降低界面電荷轉移阻抗，減少副反應，從而有效提高正極材料在特定條件下的電化學性能。其中，表面包覆被認為是較有效且經濟的一種方法，因為它不僅提高了容量保持率和倍率性能，而且還提高了正極材料的熱穩定性。表面包覆改性材料的結構主要有兩種：一是在正極表面包覆納米厚度的非均質材料，二是在正極表面包覆不同隔層的材料形成復合材料，表面包覆層能減少活性材料與電解液的直接接觸。常用的表面包覆方法有溶膠凝膠法、水熱/溶劑熱法、共沉淀法、固相法、化學氣相沉積(cvd)、原子層沉積(ald)等。目前用于正極材料表面改性比較常見的有碳材料、金屬氧化物、氟化物、磷酸鹽、電極材料、固態電解質和其他離子導體、導電聚合物等。

3、但是，上述改性方法均存在一定不足，例如水熱/溶劑熱法工藝較復雜，成本高、產率低；固相法很難獲得均勻的包覆層；氣相沉積法產率低，時間長，成本高，且可能有毒性。

4、因此，開發出一種經濟高效的表面改性方法得到性能優良的正極材料，對于鋰離子電池正極材料的發展具有重要意義。

技術實現思路

1、本發明目的是為了提供一種正極材料及其制備方法和應用，以解決正極材料在循環過程中結構不穩定，影響電池的循環壽命和倍率性能的問題，以及現有對正極材料的包覆改性方法，存在的工藝較復雜、成本高等問題。

2、為此，第一方面，本發明實施例提供了一種正極材料的制備方法，所述制備方法包括：

3、將正極活性材料、表面活性劑和溶劑置于分散設備中進行分散處理，混合均勻得到第一溶液；

4、將釩源材料和磷源材料加入到上述第一溶液中，繼續分散處理，混合均勻得到第二溶液；

5、將第二溶液置于干燥設備中進行干燥處理，得到前驅體材料；

6、將前驅體材料置于高溫設備中進行煅燒，使上述正極活性材料的顆粒外表面包覆有vpo5，自然冷卻至室溫，最終得到正極材料。

7、優選的，所述正極活性材料包括：鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳、鎳鈷鋁三元材料、富鋰錳基正極材料中的任一種；所述正極活性材料的粒徑為0.5μm-20μm；

8、所述表面活性劑包括：硬脂酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十八烷基三甲基氯化銨、聚丙烯酰胺、卵磷脂、單硬脂酸甘油酯、脂肪酸甘油酯或聚山梨酯中的一種或多種；

9、所述表面活性劑的質量占所述正極活性材料的質量百分比為0.05％-3％。優選的，所述溶劑為去離子水和無水乙醇混合而成，其中去離子水與無水乙醇的體積比為1：[1-3]；

10、所述第一溶液的固含量為10g/l-300g/l。

11、優選的，所述釩源材料包括：五氧化二釩和/或偏釩酸銨；所述磷源材料包括：磷酸、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸銨中的一種或多種；

12、所述釩源材料中的釩與所述磷源材料中的磷的摩爾比為1:1。

13、優選的，所述分散設備包括：超聲分散機、機械攪拌分散機、混合分散機中的一種或多種；所述分散處理的時間為12分鐘-2小時。

14、優選的，述干燥設備包括：真空干燥器、箱式干燥器、噴霧干燥器、微波干燥器、紅外干燥器、流化床干燥器、氣流式干燥器的一種或多種；

15、所述干燥處理包括：常壓干燥、減壓干燥、噴霧干燥、微波干燥、紅外干燥中的任一種；所述干燥處理的溫度為40℃-120℃。

16、優選的，所述高溫設備包括：管式爐、箱式爐、回轉爐中的任一種；

17、所述煅燒的具體條件為：煅燒的溫度為450℃-650℃，升溫速率為2℃/min-10℃/min，煅燒的時間為2小時-6小時，煅燒氣氛為干燥空氣、氮氣、氬氣中的任一種。

18、第二方面，本發明實施例提供了一種上述第一方面所述的制備方法制備的正極材料，所述正極材料包括正極活性材料，以及包覆于所述正極活性材料的外表面的vpo5包覆層；

19、所述vpo5包覆層為連續的薄膜，厚度為2nm-5nm；

20、所述正極活性材料包括：鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳、鎳鈷鋁三元材料、富鋰錳基正極材料中的任一種；

21、所述vpo5包覆層的質量占所述正極活性材料的質量百分比為0.1％-5％。

22、第三方面，本發明實施例提供了一種正極極片，所述正極極片包括上述第一方面任一所述的制備方法制備得到的正極材料，或上述第二方面所述正極材料。

23、第四方面，本發明實施例提供了一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括上述第三方面所述的正極極片。

24、本發明實施例提供了一種正極材料及其制備方法和應用，通過將正極活性材料、表面活性劑溶于溶劑中，之后加入釩源材料和磷源材料，干燥處理后進行高溫煅燒，最終得到正極材料；本發明的正極材料的結構是在正極活性材料的表面形成vpo5包覆層，其中，vpo5具有鋰離子快速傳輸的大尺寸通道及電化學行為中零體積變化的優點，不僅能提高電極與電解液的界面穩定性，有效避免電極與電解液直接接觸，減少副反應的發生，抑制過渡金屬離子的溶解，維持材料的結構穩定性，同時，還可以加速鋰離子的擴散，降低表面極化和阻抗，提高了正極材料的倍率及循環性能；將本發明的正極材料應用于鋰離子電池中，可以提高電池的倍率性能和循環穩定性。

25、本發明實施例提供的制備方法，操作簡單，成本低效率高，可適用于規模化生產。

技術特征：

1.一種正極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述正極活性材料包括：鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳、鎳鈷鋁三元材料、富鋰錳基正極材料中的任一種；所述正極活性材料的粒徑為0.5μm-20μm；

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述溶劑為去離子水和無水乙醇混合而成，其中去離子水與無水乙醇的體積比為1：[1-3]；

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述釩源材料包括：五氧化二釩和/或偏釩酸銨；所述磷源材料包括：磷酸、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸銨中的一種或多種；

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述分散設備包括：超聲分散機、機械攪拌分散機、混合分散機中的一種或多種；所述分散處理的時間為12分鐘-2小時。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述干燥設備包括：真空干燥器、箱式干燥器、噴霧干燥器、微波干燥器、紅外干燥器、流化床干燥器、氣流式干燥器的一種或多種；

7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述高溫設備包括：管式爐、箱式爐、回轉爐中的任一種；

8.一種上述權利要求1-7任一所述的制備方法制備的正極材料，其特征在于，所述正極材料包括正極活性材料，以及包覆于所述正極活性材料的外表面的vpo5包覆層；

9.一種正極極片，其特征在于，所述正極極片包括上述權利要求1-7任一所述的制備方法制備得到的正極材料，或上述權利要求8所述正極材料。

10.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池包括上述權利要求9所述的正極極片。

技術總結
本發明公開了一種正極材料及其制備方法和應用,制備方法包括：將正極活性材料、表面活性劑和溶劑置于分散設備中進行分散處理，混合均勻得到第一溶液；將釩源材料和磷源材料加入到上述第一溶液中，繼續分散處理，混合均勻得到第二溶液；將第二溶液置于干燥設備中進行干燥處理，得到前驅體材料；將前驅體材料置于高溫設備中進行煅燒，使上述正極活性材料的顆粒外表面包覆有VPO<subgt;5</subgt;，自然冷卻至室溫，最終得到正極材料；將本發明的正極材料應用于鋰離子電池中，可以有效提高鋰離子電池的循環性能。

技術研發人員：張志浩,楊偉,張宇飛,朱瑞金,陸浩,劉柏男,羅飛
受保護的技術使用者：溧陽天目先導電池材料科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28