[发明专利]正极材料及包含该材料的电化学装置和电子装置

说明书

本申请涉及一种正极材料及包含该正极材料的电化学装置和电子装置。本申请的正极材料包括：基体以及位于所述基体表面的第一包覆层；其中，基于所述第一包覆层中除Li以外的金属元素的摩尔量，所述第一包覆层中Co元素的摩尔百分含量为W1，基于所述基体中除Li以外的金属元素的摩尔量，所述基体中Co元素的摩尔百分含量为W2，满足：W1W2；所述第一包覆层包括具有尖晶石相结构的第一区域。

技术领域

本申请涉及储能领域，具体涉及一种正极材料以及包含该正极材料的电化学装置和电子装置。

背景技术

近年来电动工具、无人机装备市场的快速发展对功率型锂离子电池的功率密度、低温性能、大倍率放电温升、高温循环寿命等性能不断提出更高的要求，同时兼顾上述性能是目前行业亟需解决的关键问题。

研究表明，提升锂离子电池的功率密度、改善锂离子电池的低温性能和大倍率放电温升的关键在于降低电池内阻（包括欧姆阻抗、电化学极化阻抗和浓差极化阻抗），提升化学体系动力学性能。从正极材料角度而言，提升动力学性能最有效的措施是降低材料颗粒一次晶粒或二次晶粒大小，增大材料比表面积，降低固相扩散以及电荷转移阻抗。但是，上述措施在提升动力学性能的同时会严重恶化材料高电压下的高温循环寿命，导致使用上限电压降低，能量密度也降低。而改善正极材料高电压下循环寿命的有效措施包括增大材料颗粒一次晶粒粒径、降低材料比表面积、材料体相及表面掺杂以及表面金属氧化物包覆，但这些措施会恶化材料动力学性能，降低材料首次充放电效率及可逆放电容量。因此，现有技术中动力学性能与高温循环寿命的提升难以兼顾。

发明内容

本申请通过提供一种正极材料以试图解决至少一种存在于相关领域中的问题。例如，本申请的目的之一是在提升正极材料高电压下高温循环寿命的同时，兼顾正极材料的低温性能。本申请提供的正极材料可以提高锂离子电池低温使用过程中的低温波谷电压，降低大倍率放电时的温升，并改善大倍率充放电下的高温循环寿命。

根据本申请的一个方面，本申请提供了一种正极材料，其包括：基体以及位于所述基体表面的第一包覆层；其中，基于所述第一包覆层中除Li以外的金属元素的摩尔量，所述第一包覆层中Co元素的摩尔百分含量为W1，基于所述基体中除Li以外的金属元素的摩尔量，所述基体中Co元素的摩尔百分含量为W2，满足：W1W2；所述第一包覆层包括具有尖晶石相结构的第一区域。

在一些实施例中，所述第一包覆层还包括具有岩盐相结构的第二区域。

一方面，基体表面的第一包覆层是Co富集层，第一包覆层富Co掺杂，能够提高锂离子电导率，降低材料界面电荷转移阻抗，改善材料低温性能，降低大倍率放电下的温升，同时，基体表面的第一包覆层富Co，还可以降低材料表面残余锂杂质，改善其高温循环稳定性；另一方面，正极材料基体表面上的第一包覆层同时含有尖晶石相结构和岩盐相结构能够进一步提高材料表面稳定性，从而进一步改善其在高电压下的高温循环稳定性。

在一些实施例中，所述第一区域位于所述基体与所述第二区域之间。此时，相对更稳定的具有岩盐相结构的第二区域位于外侧，能够进一步提高正极材料的表面稳定性，从而进一步改善其在高电压下的高温循环稳定性。

在一些实施例中，W1≥1.5W2。在一些实施例中，W1的范围为8%~48%。此时，正极材料能够具有较低的界面电荷转移阻抗，从而改善材料的低温性能。在一些实施例中，W1≥4W2。在一些实施例中，W1的范围为15%~40%。

在一些实施例中，W1≤10W2。

在一些实施例中，所述第一包覆层的厚度范围为3nm至40nm。在一些实施例中，所述第一包覆层的厚度范围为8nm至20nm。

在一些实施例中，所述第一区域的厚度范围为1nm至5nm。

在一些实施例中，所述第二区域的厚度范围为1nm至5nm。