一种正极材料及包括该正极材料的正极片和电池制造技术

本发明专利技术提供了一种正极材料及包括该正极材料的正极片和电池，所述正极材料具有特殊的明显区别于常规钴酸锂材料的相结构，所述正极材料在充放电过程中可以展现出多个充放电小平台，跟常规的高电压钴酸锂材料相比，本发明专利技术提供的正极材料在电化学性能方面表现出的优势是在相同的充放电截止电压和充放电倍率条件下，该正极材料具有更高的克容量发挥和循环性能。具体地，跟未掺杂的属于P63mc空间群，具有O2相堆积结构化合物相比，由于钾元素的作用，本发明专利技术的化合物具有更高的克容量和更优的循环性能。循环性能。循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料及包括该正极材料的正极片和电池


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种正极材料及包括该正极材料的正极片和电池。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池技术的发展和进步，对其容量提出了越来越高的要求。在锂离子电池的组成中，正极材料容量的高低，对锂离子电池的容量起着至关重要的作用。为了提高锂离子电池的容量，一个重要的途径就是提高其充放电电压，但是随着电压的提高，正极材料会面临晶体结构不稳定、容量快速衰减和循环性能大幅降低等一系列不好的变化。因此，开发出一种具有高比容量、高电压平台、循环性能好且在高电压下界面稳定的锂离子电池正极材料一个非常关键的任务。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种正极材料及包括该正极材料的正极片和电池，所述正极材料属于P63mc空间群，具有O2相堆积结构。所述正极材料在高电压下具有高比容量、良好的界面稳定性以及循环稳定性，使用该正极材料能够提高电池的克容量、循环性能、倍率性能和能量密度。
[0004]本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：
[0005]一种正极材料，所述正极材料为包括Li元素、Na元素、K元素、Co元素以及可选地包括A元素和/或M元素的锂过渡金属氧化物，所述A元素选自B和P中的至少一种，所述M元素选自Al、Mg、Ti、Mn、Te、Ni、W、Nb、Zr、La和Y中的至少一种。
[0006]根据本专利技术的实施方式，单位摩尔正极材料中K元素的摩尔量为z，单位摩尔正极材料中Co元素的摩尔量为1
‑
a
‑
b，单位摩尔正极材料中M元素的摩尔量为b，所述z和1
‑
a的比值为0<z/1
‑
a<0.05。
[0007]根据本专利技术的实施方式，所述可选地为可以选择，也可以不选择。
[0008]根据本专利技术的实施方式，单位摩尔正极材料中K元素的摩尔量z为0<z<0.05，例如z为0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.010、0.012、0.015、0.018、0.020、0.022、0.024、0.025、0.026、0.028、0.030、0.032、0.034、0.035、0.036、0.038、0.04、0.042、0.043、0.045、0.046、0.048或0.049。
[0009]根据本专利技术的实施方式，单位摩尔正极材料中A元素的摩尔量a为0≤a<0.05，例如a为0、0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.010、0.012、0.015、0.018、0.020、0.022、0.024、0.025、0.026、0.028、0.030、0.032、0.034、0.035、0.036、0.038、0.04、0.042、0.043、0.045、0.046、0.048或0.049。
[0010]根据本专利技术的实施方式，单位摩尔正极材料中M元素的摩尔量b为0≤b<0.1，例如b为0、0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.010、0.012、0.015、0.018、0.020、0.022、0.024、0.025、0.026、0.028、0.030、0.032、0.034、0.035、0.04、0.045、0.05、
0.055、0.06、0.065、0.07、0.075、0.08、0.085、0.09或0.095。
[0011]根据本专利技术的实施方式，单位摩尔正极材料中Na元素的摩尔量y为0<y<0.03，例如y为0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.010、0.012、0.015、0.018、0.020、0.022、0.024、0.025、0.026或0.028。
[0012]根据本专利技术的实施方式，所述正极材料的化学式为：
[0013]Li
n
‑
y
‑
z
Na
y
K
z
Co1‑
a
‑
b
A
a
M
b
O2，其中，0.7≤n≤1.02，0<y<0.03，0<z<0.05，0≤a<0.05，0≤b<0.1，且0<z/1
‑
a<0.05，A、M的定义如上所述。
[0014]根据本专利技术的实施方式，所述正极材料的化学式中的n在不同脱锂状态下其值不一样，包括所述正极材料的正极片在分选前，粉料状态的正极材料中n的值为0.95～1.02；包括所述正极材料的正极片在分选(电压范围在3.6～4.0V)后，正极材料中n的值为0.70～1.0。这主要是由于在电池首次充放电的过程中，一部分的锂离子用于形成正负极表面的保护层，即CEI膜与SEI膜，造成不可逆的一部分Li
+
的损失，因此经过化成分选后的正极片中正极材料中的Li含量明显比分选前的粉料状态的正极材料中的Li含量低。
[0015]根据本专利技术的实施方式，所述正极材料具有O2相堆积结构，属于P63mc空间群。
[0016]根据本专利技术的实施方式，所述正极材料具有多晶形貌或具有单晶形貌。
[0017]根据本专利技术的实施方式，所述正极材料的中值粒径为12μm～20μm，例如为13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm或20μm。
[0018]根据本专利技术的实施方式，通过控制掺杂元素K的掺杂量可以提高充放电过程中电化学动力学性能和倍率性能，并减小极化现象，使电池具有较高的克容量、库伦效率、倍率性能和循环性能。
[0019]根据本专利技术的实施方式，所述A元素选自B和P中的至少一种，优选为B。B元素和P元素具有助熔作用，使正极材料的形貌为大粒径的单晶或多晶球形形貌，特别地，所述A元素选自B元素时，所述正极材料的形貌为单晶形貌。此外，B元素可以使得正极材料的结构更加稳定，能够稳定充放电过程中正极材料与电解液之间的界面，有利于改善电池的循环性能。同时，B和P元素可以显著地增加正极材料的克容量和压实密度，有利于提高电池的能量密度和倍率性能。
[0020]根据本专利技术的实施方式，通过控制Na元素的掺杂量可以对正极材料的层状结构起到支撑作用，有利于锂离子的脱嵌。
[0021]根据本专利技术的实施方式，M元素为替代部分Co元素，通过控制M元素的掺杂量可以稳定钴层的架构，改善正极材料整体结构的稳定性。
[0022]根据本专利技术的实施方式，通过X射线衍射测试，所述正极材料至少包括002晶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料为包括Li元素、Na元素、K元素、Co元素以及可选地包括A元素和/或M元素的锂过渡金属氧化物，所述A元素选自B和P中的至少一种，所述M元素选自Al、Mg、Ti、Mn、Te、Ni、W、Nb、Zr、La和Y中的至少一种。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，单位摩尔正极材料中K元素的摩尔量为z，单位摩尔正极材料中Co元素的摩尔量为1
‑
a
‑
b，单位摩尔正极材料中M元素的摩尔量为b，所述z和1
‑
a的比值为0<z/1
‑
a<0.05。3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，单位摩尔正极材料中K元素的摩尔量z为0<z<0.05；单位摩尔正极材料中A元素的摩尔量a为0≤a<0.05；单位摩尔正极材料中M元素的摩尔量b为0≤b<0.1；单位摩尔正极材料中Na元素的摩尔量y为0<y<0.03。4.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的化学式为：Li
n
‑
y
‑
z
Na
y
K
z
Co1‑
a
‑
b
A
a
M
b
O2，其中，0.95≤n≤1.02，0<y<0.03，0<z<0.05，0≤a<0.05，0≤b<0.1，且0&...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾家江，夏定国，李素丽，
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：