一种锂电池正极材料，其制备方法及含有该材料的锂离子电池技术

本申请涉及锂离子电池领域，具体讲，涉及一种锂电池正极材料，其制备方法及含有该材料的锂离子电池。锂电池正极材料为表面包覆有包覆层的三元材料，所述包覆层中含有具有钨青铜结构的化合物，具有钨青铜结构的化合物的分子式为(A1)m1(A2)m2Bm3On，其中：A1选自K、Ba、Sr或Pb，A2选自Li或Na，B选自Nb、Ta或Ti，m1的取值范围为0.5～6，m2的取值范围为0.5～4，m3的取值范围为2～10，n的取值范围为6～30；优选为K6Li4Nb10O30。本申请提出了一种具有钨青铜结构的化合物均匀包覆的三元材料，提高了电芯室温高倍率下的动力学性能。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及锂离子电池领域，具体讲，涉及一种锂电池正极材料，其制备方法及含有该材料的锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池相对于传统的铅酸电池、镍氢电池等二次电池有着能量密度高、输出电压高、自放电低、无记忆效应和环境友好等优点而得到了广泛的应用与开发。动力和储能锂离子电池关键材料的性能是电池性能的最终决定性因素，正极材料的研究一直是科学工作者关注的热点。在室温下高倍率下充电过程中，正极极片所承担的过电位较大，同时伴随着明显的温度升高等问题，这些问题影响了室温下快充电芯的循环使用寿命。从现有技术看，混用硬碳阳极电芯降低了首次库伦效率，降低了单体电芯的容量与能量密度。目前技术中针对正极简单结构Zr、Ti化合物的表面包覆，虽然可以稳定了正极材料表面结构，但无法兼顾对离子输运的性能要求。针对现有技术的缺陷，特提出本申请。
技术实现思路
本申请的首要专利技术目的在于提出一种锂电池正极材料。本申请的第二专利技术目的在于提出该锂离子电池正极材料的制备方法。本申请的第三专利技术目的在于提出含有该锂离子正极材料的锂离子电池。为了完成本申请的目的，采用的技术方案为：本申请涉及一种锂电池正极材料，所述锂电池正极材料为表面包覆有包覆层的三元材料，所述包覆层中含有具有钨青铜结构的化合物，所述化合物的分子式为(A1)m1(A2)m2Bm3On，其中：A1选自K、Ba、Sr或Pb，A2选自Li或Na，B选自Nb、Ta或Ti，m1的取值范围为0.5～6，m2的取值范围为0.5～4，m3的取值范围为2～10，n的取值范围为6～30；优选为K6Li4Nb10O30。优选的，所述化合物的晶胞参数为：a＝b＝1.256nm，c＝0.402nm，α＝β＝γ＝90°。优选的，所述三元材料的分子式为LiNixCoyMn(1-x-y)O2层状氧化物，其中0<x<1，0<y<1。本申请还涉及该正极材料的制备方法，至少包括以下步骤：将具有钨青铜结构的化合物与所述三元材料混合后在380～450℃下进行烧结3～5小时，得到具有钨青铜结构的化合物包覆的三元材料。优选的，具有钨青铜结构的化合物与三元材料的摩尔比为0.5～1.5：100，有钨青铜结构的化合物的粒径为0.5～30μm。本申请还涉及一种锂离子电池，锂离子电池中包含有本申请的锂电池正极材料。本申请还涉及一种铌酸锂钾的制备方法，至少包括以下步骤：将原料混合并研磨，在750～900℃温度条件下烧结即得；所述原料包括摩尔比为1.9～2.05：2.9～3.05：5的碳酸盐、草酸盐和五氧化二铌；所述铌酸锂钾具有钨青铜结构；优选的，所述碳酸盐选自Li2CO3、K2CO3中的至少一种，所述草酸盐选自Li2C2O4、K2C2O4中的至少一种。优选的，将所述原料加入到溶剂中进行研磨后烘干，研磨后过400目筛，得到的原料的粒径为0.5～30μm。优选的，将烧结得到的铌酸锂钾进行研磨后烘干，研磨后得到的铌酸锂钾的粒径为0.5～30μm。优选的，研磨为球磨，所述溶剂为水、有机溶剂中的至少一种，有机溶剂选自醇类、醚类、酮类、酯类、烃类有机溶剂中的至少一种。本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：本申请提出了一种具有高倍率下的动力学性能的正极材料，还提供了其制备方法，制备出具有钨青铜结构的化合物均匀包覆的三元材料，改善了高倍率充放电的室温循环寿命，同时提高了高倍率充放电下的容量保持率。本申请的制备工艺适用于所有三元正极材料，简单易行，制造成本低，便于大规模工业化生产。附图说明图1为本申请铌酸锂钾的制备流程图；图2为K6Li4Nb10O30的X-射线衍射图谱。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。本申请涉及一种锂电池正极材料，锂电池正极材料为表面包覆有包覆层的三元材料，包覆层中含有具有钨青铜结构的化合物，包覆层由具有钨青铜结构的化合物制备得到，化合物的分子式为(A1)m1(A2)m2Bm3On，其中：A1选自K、Ba、Sr或Pb，A2选自Li或Na，B选自Nb、Ta或Ti，m1的取值范围为0.5～6，m2的取值范围为0.5～4，m3的取值范围为2～10，n的取值范围为6～30。本申请中具有钨青铜结构的化合物是指单晶中存在十个Nb-O八面体，氧八面体通过氧元素共定点连接构建出6个五边形、四边形晶体空隙(A2、A1位)。即单晶的晶体结构中有4个五边形、2个四边形空隙、一共是6个五边形加四边形空隙。作为本申请正极材料的一种改进，具有钨青铜结构的化合物的分子式中，A2为Li。当具有钨青铜结构的化合物本身具有Li元素，与锂离子正极材料中的三元材料在化学组分上有较好的匹配性。其中，具有钨青铜结构的化合物还可以选自Ba4La2Ti4Nb6O30、Sr4Nd2Ti4Ta6O30、Sr0.5Ba0.5Nb2O6、Sr0.3Ba0.7Nb2O6、Sr0.7Ba0.3Nb2O6、Sr4La2Ti4Nb6O30、Ba5LaTi3Nb7O30、Sr2LaTi2Nb3O15。作为本申请正极材料的一种改进，本申请中具有钨青铜结构的化合物的晶胞参数为：a＝b＝1.256nm，c＝0.402nm，α＝β＝γ＝90°。作为本申请正极材料的一种改进，包覆层的厚度为200nm～1000nm。本申请通过研究发现，具有钨青铜晶体结构的化合物晶体和三元材料层状化合物有较好的匹配度，能提供牢固的包覆特性。并且，具有钨青铜晶体结构的化合物晶体的结构稳定性较好、元素可调度高，晶体结构中有较大的锂离子输运通道，能提供较高的电子电导率和离子电导率。经试验验证，采用本申请的具有钨青铜晶体结构的晶体包覆得到的正极材料，其倍率性能大大高于无钨青铜晶体结构的化合物包覆得到的正极材料。作为本申请正极材料的一种改进，具有钨青铜晶体结构的化合物优选为铌酸锂钾K6Li4Nb10O30，该材料在充电过程中，可随着该锂离子的脱嵌和发生迁移，同时该物质Nb元素含量相对较高，包覆稳定性更高。作为本申请正极材料的一种改进，优选的，三元材料的分子式为LiNixCoyMn(1-x-y)O2层状氧化物，其中0<x<1，0<y<1。作为本申请正极材料的一种改进，优选的，三元材料的粒径为1～20μm。本申请还涉及该正极材料的制备方法，至少包括以下步骤：将具有钨...

【技术保护点】
一种锂电池正极材料，其特征在于，所述锂电池正极材料为表面包覆有包覆层的三元材料，所述包覆层中含有具有钨青铜结构的化合物，所述化合物的分子式为(A1)m1(A2)m2Bm3On，其中：A1选自K、Ba、Sr或Pb，A2选自Li或Na，B选自Nb、Ta或Ti，m1的取值范围为0.5～6，m2的取值范围为0.5～4，m3的取值范围为2～10，n的取值范围为6～30；优选为K6Li4Nb10O30。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池正极材料，其特征在于，所述锂电池正极材料为表面包覆
有包覆层的三元材料，所述包覆层中含有具有钨青铜结构的化合物，
所述化合物的分子式为(A1)m1(A2)m2Bm3On，其中：A1选自K、Ba、Sr
或Pb，A2选自Li或Na，B选自Nb、Ta或Ti，m1的取值范围为0.5～
6，m2的取值范围为0.5～4，m3的取值范围为2～10，n的取值范围
为6～30；优选为K6Li4Nb10O30。
2.根据权利要求1所述的锂电池正极材料，其特征在于，所述化合物的
晶胞参数为：a＝b＝1.256nm，c＝0.402nm，α＝β＝γ＝90°。
3.根据权利要求1所述的锂电池正极材料，其特征在于，所述三元材料
的分子式为LiNixCoyMn(1-x-y)O2层状氧化物，其中0<x<1，0<y<1。
4.一种如权利要求1所述的正极材料的制备方法，其特征在于，至少包
括以下步骤：将具有钨青铜结构的化合物与所述三元材料混合后在
380～450℃下进行烧结3～5小时，得到具有钨青铜结构的化合物包覆
的三元材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，具有钨青铜结构的化
合物与所述三元材料的摩尔比为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：李鲲，郎野，阮丁山，王升威，汪龙，柳娜，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35