一种高电压正极材料及含有该正极材料的电池制造技术

本发明专利技术提供一种高电压正极材料及含有该正极材料的电池，所述正极材料的化学式为Li

【技术实现步骤摘要】
一种高电压正极材料及含有该正极材料的电池


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种高电压正极材料及其制备方法和含有该正极材料的电池。

技术介绍

[0002]随着科学技术的快速发展，为了抢占市场先机，3C电子产品的更新迭代越来越频繁，也越来越快。在这更新迭代中，对3C电子产品的重要组件——电池也提出了更高能量密度和更好循环性能等要求。
[0003]相对于锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂和磷酸铁锂等电池用正极材料，钴酸锂(LiCoO2)具有最高的理论密度值(5.1g/cm3)，因此其在实际应用中表现出来的振实密度和压实密度的优势非常大。虽然充电电压可以伴随着能量密度的提高而提高，但是当充电电压提高到一定程度(≥4.5V)后，正极材料LiCoO2会因为高脱锂量带来结构表层和内部相变等问题，使得电池的不可逆容量增加和循环性能下降。
[0004]因此，开发一种在高电压下具有高比容量和优异循环性能，以及能够缓解在高脱锂态下材料结构表层和内部相变等问题的正极材料势在必行。

技术实现思路

[0005]为了改善现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种高电压正极材料及其制备方法和含有该正极材料的电池，所述高电压正极材料在3.0～4.50V工作电压下具有高比容量，在3.0～4.55V工作电压下具有优异的循环稳定性，本专利技术的正极材料可以解决现有的钴酸锂正极材料在高电压下由于高脱锂导致材料结构表层和内部相变等问题带来的比容量和循环性能衰退等问题。
[0006]本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：
[0007]本专利技术提供了一种正极材料，其特征在于，所述正极材料的化学式如式(1)所示：
[0008]Li
1+x
Co1‑
y1
‑
y2
‑
z
Al
y1
Me
y2
M
z
B
n
O2式(1)
[0009]其中，
‑
0.05≤x≤0.1；Me包括金属元素In、Y、Mg、Sr、Ti、Zr、Ni、Mn、W中的一种或多种，y1和y2均不为0且满足0<y1+y2≤0.03；M包括元素Si、Ge、Se、Sb、Te、As中的一种或多种，0<z≤0.01；B为元素硼，0<n<0.03。
[0010]根据本专利技术，所述正极材料为含表面修饰的掺杂型正极材料，即所述正极材料为元素B修饰的金属元素Al、金属元素Me和元素M掺杂的钴酸锂正极材料。
[0011]根据本专利技术，所述金属元素Al、金属元素Me和元素M取代钴酸锂晶格中氧离子和钴离子组成的骨架层中的钴离子。
[0012]根据本专利技术，所述元素B以下述至少一种方式存在：
[0013]1)在钴酸锂表面形成修饰层；
[0014]2)取代钴酸锂晶格中氧离子和钴离子组成的骨架层中的钴离子；
[0015]3)取代钴酸锂晶格中氧离子和钴离子组成的骨架层两侧的锂离子层中的锂离子；
[0016]4)填充于O
‑
Li的间隙，并与三个氧离子构成四面体结构；
[0017]5)填充于O
‑
Co的间隙，并与三个钴离子构成四面体结构。
[0018]根据本专利技术，所述正极材料的形貌结构包括单晶、类单晶和多晶中的至少一种。
[0019]根据本专利技术，所述正极材料的粒径D
50
为10μm～22μm。
[0020]根据本专利技术，所述正极材料为大颗粒的单晶形貌的正极材料和小颗粒的类单晶形貌或多晶形貌的正极材料的级配物。
[0021]根据本专利技术，所述单晶形貌的正极材料和类单晶形貌或多晶形貌的正极材料的质量比为(2～5):1。
[0022]根据本专利技术，所述单晶形貌的正极材料的粒径D
50
为10μm～20μm。
[0023]根据本专利技术，所述类单晶形貌或多晶形貌的正极材料的粒径D
50
为2μm～8μm。
[0024]本专利技术提供了一种正极片，所述正极片包括上述的正极材料。
[0025]本专利技术提供了一种电池，所述电池包括上述的正极材料，或包括上述的正极片。
[0026]本专利技术的有益效果：
[0027]1、本专利技术的正极材料是通过调控掺杂元素的种类、掺杂元素的掺杂量、以及掺杂元素的位置，发挥不同掺杂元素的优点，使得正极材料的综合性能大幅提升，其中金属元素Al和Me和元素M通过掺杂在钴酸锂中的钴位，用来维持正极材料结构的稳定性和提高正极材料的容量；元素B通过表面修饰和/或掺杂在钴酸锂中的不同位置，用来提高正极材料的循环稳定性和首次库伦效率；
[0028]2、本专利技术根据掺杂元素掺杂量的多少，通过不同的方法进行掺杂混入，其中掺杂量大的金属元素Al和Me在制备四氧化三钴时进行掺入，避免了干法烧结过程中掺入时难以掺入晶格和掺杂不均匀等问题；掺杂量小的元素M由于更容易掺入晶格中，可以通过干法烧结的形式掺入，避免了湿法制备复杂的问题；
[0029]3、本专利技术通过调整前驱体大小、控制烧结温度和时间，制备大粒度单晶形貌的钴酸锂和小粒度类单晶或多晶形貌的钴酸锂，并定向通过分级，进行大小粒度搭配，进行二烧，充分发挥不同形貌的钴酸锂优点，制备出兼顾压实、容量、循环和首次库伦效率的正极材料；
[0030]4、本专利技术通过掺杂元素B，充分发挥B的小离子半径和与O之间的强结合能等特性，可以掺杂在钴酸锂的体相和表面，稳定氧骨架和表面稳定性，一方面可以有效提高材料的放电特性，提高首次库伦效率，另一方面也改善了正极材料在高电压下的循环性能；
[0031]5、本专利技术提供的正极材料的制备方法，工艺简单，可操作性强，易于规模化生产。
附图说明
[0032]图1是本专利技术实施例1、实施例2、实施例6和对比例1的正极材料在3.0～4.55V电压下的循环保持率曲线(扣式电池)；
[0033]图2是本专利技术实施例1的正极材料的SEM图。
具体实施方式
[0034][正极材料][0035]如前所述，本专利技术提供了一种正极材料，所述正极材料的化学式如式(1)所示：
[0036]Li
1+x
Co1‑
y1
‑
y2
‑
z
Al
y1
Me
y2
M
z
B
n
O2ꢀꢀꢀꢀꢀ
式(1)
[0037]其中，
‑
0.05≤x≤0.1；Me包括金属元素In、Y、Mg、Sr、Ti、Zr、Ni、Mn、W中的一种或多种，y1和y2均不为0且满足0<y1+y2≤0.03；M包括元素Si、Ge、Se、Sb、Te、As中的一种或多种，0<z≤0.01；B为元素硼，0<n<0.03。
[0038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如式(1)所示：Li
1+x
Co1‑
y1
‑
y2
‑
z
Al
y1
Me
y2
M
z
B
n
O2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(1)其中，
‑
0.05≤x≤0.1；Me包括金属元素In、Y、Mg、Sr、Ti、Zr、Ni、Mn、W中的一种或多种，y1和y2均不为0且满足0<y1+y2≤0.03；M包括元素Si、Ge、Se、Sb、Te、As中的一种或多种，0<z≤0.01；0<n<0.03。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料为含表面修饰的掺杂型正极材料，即所述正极材料为元素B修饰的金属元素Al、金属元素Me和元素M掺杂的钴酸锂正极材料。3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述金属元素Al、金属元素Me和元素M取代钴酸锂晶格中氧离子和钴离子组成的骨架层中的钴离子。4.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述元素B以下述至少一种方式存在：1)在钴酸锂表面形成修饰层；2)取代钴酸锂晶格中氧离子和钴离子组成的骨架层中的钴离子；3)取代钴酸锂晶格中氧离子和钴离子组...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾家江，李素丽，李俊义，
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：