[发明专利]一种正极材料及包括该正极材料的正极片和电池

说明书

本发明提供了一种正极材料及包括该正极材料的正极片和电池。本发明通过O3相结构的钴酸锂和O2相结构的钴酸锂进行掺混，出人意料地发现得到的复合钴酸锂正极材料的容量和倍率显著提高的同时还具有优异的循环性能。

技术领域

本发明属于电池技术领域，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。

背景技术

近十年来，随着手机和电脑等便携式移动产品技术的不断发展，钴酸锂正极材料的开发也得到了飞速的发展，其充放电截止电压从最初的4.2V～4.3V正飞速过渡到目前的4.45V～4.48V，最后可能会达到4.5V～4.6V，甚至更高。但是，当充放电截止电压超过4.5V时，钴酸锂正极材料面临一系列不好的相变，导致电池容量衰减较快和循环急速跳水等问题。因此，开发出在高电压下电化学性能稳定的钴酸锂正极材料以及更高能量密度的正极材料是一个非常关键的任务。

发明内容

研究发现，目前应用最广泛的钴酸锂正极材料具有O3相结构且属于R-3m空间群，是所有结构中最稳定的，也是最容易制备的。O2相和O4相作为钴酸锂多种结构的一种，因其结构是亚稳态的，常规的高温固相烧结法很难制备，通常是由含Na层状化合物通过离子交换而制备得到。其中，相对于O3相结构的钴酸锂，O2相结构的钴酸锂的容量和倍率更高，但是其循环跳水严重，而经过掺杂/包覆改性后的O3相结构的钴酸锂材料循环性能很好。

为了改善现有技术的不足，本发明提供一种正极材料及包括该正极材料的正极片和电池。所述正极材料为O2相结构的钴酸锂和O3相结构的钴酸锂的复合物，所述正极材料同时具备O2相结构的钴酸锂的高容量和高倍率，以及O3相结构的钴酸锂的高循环的特点。

为了实现以上发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种正极材料，所述正极材料包括O3相结构的钴酸锂和O2相结构的钴酸锂。

根据本发明的实施方式，所述O3相结构的钴酸锂的质量占所述正极材料总质量的60wt％～95wt％，优选为70wt％～90wt％，例如为60wt％、65wt％、70wt％、75wt％、80wt％、85wt％、90wt％或95wt％，以保证所述正极材料具有循环稳定性和结构稳定性。

根据本发明的实施方式，所述O2相结构的钴酸锂的质量占所述正极材料总质量的5wt％～40wt％，优选为10wt％～30wt％，例如为5wt％、10wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％、35wt％或40wt％，以保证所述正极材料具有高倍率性能和高容量性能。

根据本发明的实施方式，所述O2相结构的钴酸锂为经过Me元素进行体相掺杂处理的O2相结构的钴酸锂，Me为Al、Mg、Ti、Mn中的至少一种，这样的掺杂处理能够确保O2相结构的钴酸锂在更高电压(大于4.5V)下具有结构稳定性和电化学性能。

根据本发明的实施方式，所述O2相结构的钴酸锂的化学式为Li_xNa_yCo_1-zMe_zO₂，其中0.85x1.3，0y≤0.03，0z≤0.05，Me为Al、Mg、Ti、Mn中的至少一种。

示例性地，x为0.9、0.92、0.95、0.96、0.98、1、1.01、1.02、1.05、1.1、1.2或1.25；y为0.01、0.02或0.03；z为0.001、0.002、0.005、0.007、0.01、0.02、0.03、0.04或0.05。