一种正极材料及包含该正极材料的电池制造技术

本发明专利技术提供了一种正极材料及包含该正极材料的电池。所述正极材料的化学式为Li

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料及包含该正极材料的电池


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种正极材料及包含该正极材料的电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于能量密度较高、循环性能好等优点，被广泛应用于各种便携式电子产品、交通工具以及储能设备等领域中。在3C领域，应用最广泛的是具有R
‑
3m相结构的LiCoO2，因其具有较高的压实密度、较好的倍率性能和循环性能。目前为了满足日渐增长的高能量密度的需求，商业化的LiCoO2正朝着高电压(>4.5V vs.Li
+
/Li)方向发展。然而，当电压继续升高时，LiCoO2会发生严重的相变，如在4.55V附近的O3到H1
‑
3相变，以及更高电压下的H1
‑
3到O1相变，这种不可逆相变使得正极材料在高电压下的结构变得及其不稳定，晶体结构发生剧烈的c轴收缩，引起材料颗粒的破裂甚至破碎，从而导致循环失效。
[0003]为了抑制相变，研究者试图通过掺杂和包覆对其进行改善，但是掺杂和包覆量越多，往往会造成更多的容量损失，导致提容不提压的现象出现，并且高电压材料下对电解液也提出了更高的要求，高电压往往会导致电解液的氧化分解，副反应加剧；同时，电压过高还会造成材料表面的尖晶石相变，过渡金属溶出，从而导致电池的电化学性能急剧恶化。因此，目前迫切需要一种高容量、高倍率、在高电压下具有良好结构稳定性的正极材料。

技术实现思路

[0004]为了改善现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种正极材料及包含该正极材料的电池。所述正极材料在≤4.65V的充电截止电压下具有较高的容量、极高的倍率性能以及良好的循环性能，可以避免继续提升充电截止电压对电解液带来的氧化分解的风险，提高全电池的循环寿命。
[0005]本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：
[0006]一种正极材料，所述正极材料的化学式为Li
a
‑
x
Na
x
Co1‑
z1
‑
z2
M
1z1
M
2z2
O2，其中0<x≤0.1，0.8≤a≤1，0≤z1≤0.07，0≤z2≤0.07，0.001≤z1+z2≤0.07，M1为Al、Mg、Mn、Ni中的至少一种，M2为Ti、Zr、B、P、Y、La、Te、Nb、W中的至少一种；
[0007]所述正极材料满足：m1>m2；
[0008]其中，m1为所述正极材料在充放电前Li/Na的摩尔含量比；m2为所述正极材料按照0.1C倍率放电至3.0V后Li/Na的摩尔含量比。
[0009]根据本专利技术的实施方式，所述正极材料的Li/Na的摩尔含量比为a
‑
x/x。
[0010]根据本专利技术的实施方式，m2为所述正极材料组装成锂离子电池后按照0.1C倍率放电至3.0V，拆解电池，测试放电后的正极材料的Li/Na的摩尔含量比。
[0011]根据本专利技术的实施方式，x为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08或0.09。
[0012]根据本专利技术的实施方式，a为0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89、0.90、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95、0.96、0.97、0.98或0.99。
[0013]根据本专利技术的实施方式，z1+z2为0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06。
[0014]根据本专利技术的实施方式，所述正极材料中值粒径为3～20μm。所述正极材料选择这样的中值粒径可以避免锂离子迁移路径较长而导致增大电池内阻胀气的风险。
[0015]根据本专利技术的实施方式，所述正极材料的比表面积为0.1～1.0m2/g。所述正极材料的比表面积过小时，会造成倍率性能不佳，而当正极材料的比表面积过大时，造成采用该正极材料的电池的电解液消耗增加。本专利技术的正极材料能够获得较好的倍率性能，且能避免电池在充放电过程中对电解液的过度消耗。
[0016]根据本专利技术的实施方式，所述正极材料的形貌为多晶或者单晶。
[0017]根据本专利技术的实施方式，所述正极材料的晶相结构为P63mc相结构。
[0018]根据本专利技术的实施方式，所述正极材料具有较高的容量、极高的倍率性能，以及良好的循环性能。具体地，所述极高的倍率性能是指其在高倍率下仍具有较高的容量，可以通过高倍率下容量与低倍率下容量的比值来进行描述，循环性能好可以通过多次循环后的容量与初始容量的比值即容量保持率来体现。
[0019]根据本专利技术的实施方式，所述正极材料的每个重复单元中具有两层过渡金属氧层与锂氧层交替排布的层状结构(即按照过渡金属氧层1
‑
锂氧层1
‑
过渡金属氧层2
‑
锂氧层2的方式进行周期性排布的层状结构)，且过渡金属原子和锂原子分别占据八面体位点。常规的钴酸锂的每个重复单元中具有三层过渡金属氧层与锂氧层交替排布的层状结构(即按照过渡金属氧层1
‑
锂氧层1
‑
过渡金属氧层2
‑
锂氧层2
‑
过渡金属氧层3
‑
锂氧层3的方式进行周期性排布的层状结构)。
[0020]根据本专利技术的实施方式，所述正极材料的锂氧八面体和钴氧八面体一侧共边，一侧共面；正是因为所述正极材料中存在锂氧八面体和钴氧八面体的共面，钴氧层与锂氧层之间的斥力更大，因此O
‑
Li
‑
O层间距会更大，Li
+
扩散的通道更顺畅，因此所述正极材料的倍率性能会更好，且所述正极材料的结构使其获得更好的电子导电性；该结构特性的正极材料在充放电过程中会发生一系列的相变，这些相变使得所述正极材料在相同电压下可以脱出更多的Li
+
获得更多容量，因此容量高于常规钴酸锂；因为这些相变均为可逆相变，在充电和放电过程中完全可逆，因此所述正极材料的循环性能优异。
[0021]根据本专利技术的实施方式，所述正极材料的制备原料包括含钠化合物，所述含钠化合物选自Na2CO3、NaOH和Na2C2O4中的至少一种。
[0022]根据本专利技术的实施方式，所述含钠化合物中的Na与含有M1金属掺杂的四氧化三钴前驱体中的Co的摩尔比为0.69～0.78:1。
[0023]根据本专利技术的实施方式，所述正极材料的制备原料包括含钠化合物和含有M1金属掺杂的四氧化三钴前驱体以及含有M2元素的添加剂，经过烧结后会进一步形成含钠的前驱体Na
m
Co1‑
z1
‑
z2
M
1z1
M
2z2
O2，因为钠离子的尺寸较锂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料的化学式为Li
a
‑
x
Na
x
Co1‑
z1
‑
z2
M
1z1
M
2z2
O2，其中0<x≤0.1，0.8≤a≤1，0≤z1≤0.07，0≤z2≤0.07，0.001≤z1+z2≤0.07，M1为Al、Mg、Mn、Ni中的至少一种，M2为Ti、Zr、B、P、Y、La、Te、Nb、W中的至少一种；所述正极材料满足：m1>m2；其中，m1为所述正极材料在充放电前Li/Na的摩尔含量比；m2为所述正极材料按照0.1C倍率放电至3.0V后Li/Na的摩尔含量比。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料中值粒径为3～20μm。3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的比表面积为0.1～1.0m2/g。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的晶相结构为P63mc相结构。5.根据权利要求1
‑
3任一项所述的正极材料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾家江，李素丽，叶孔强，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：