[發明專利]用于電池的正極材料、電池正極、電池以及正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201911412805.6
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111162258A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 駱亦琦;王岑;李喆;陸玉婷;張和寶
• 申請（專利權）人: 安普瑞斯（南京）有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/52;H01M10/0525
• 代理公司: 北京律和信知識產權代理事務所(普通合伙) 11446
• 代理人: 冷文燕;姚志遠

本申請涉及一種用于電池的正極材料，包括：化學式為Li_6+aCo_1?xFe_xO_4?b的材料，其中0x≤0.6，?0.2≤a≤0.2，?0.2≤b≤0.2，中值粒徑D50在5μm至30μm之間。該鋰離子電池用正極材料表現為與Li₆CoO₄一致的單一均相。通過對材料合成過程中引入高比例的鐵元素，顯著的降低了材料的成本。

技術領域

本申請涉及電池技術領域，具體涉及一種用于電池的正極材料、電池正極、電池以及正極材料的制備方法。

背景技術

隨著社會的發展，鋰離子電池受到了人們的廣泛關注并大量應用于消費類、動力類電子領域。而隨著下游產業技術的進步，人們對鋰離子電池的要求越來越高。現如今，市場廣泛應用的鋰離子電池能量密度較低，極大的限制了消費類電子產品及電動汽車的續航。作為鋰離子電池的重要組成部分，正負極材料是提高電池能量密度的關鍵。負極材料之前主要采用的是天然石墨、人造石墨、硬碳、軟碳等類石墨負極材料，其容量已經非常接近其理論容量(372mAh/g)的上限。而近些年負極研究的熱點，硅碳和硅氧材料由于循環過程中較大的膨脹收縮導致材料粉化失活，同時由于膨脹裂導致重復生成SEI而過多消耗鋰離子進而導致其循環性能較差。因此現階段很難僅通過負極大幅度提高電池的能量密度。因此通過正極材料來提高電池的能量密度顯得十分重要。

鋰離子電池的正極材料的發展史基本上就是大半個鋰離子電池的發展史，從最早的鈷酸鋰一枝獨秀，到如今的磷酸鐵鋰、三元NCM以及NCA、尖晶石材料、富鋰錳等材料，鋰電池正極材料的技術也是在不斷地發展。但是，隨著對鋰電池能量密度、循環壽命的要求不斷提高，現有正極材料已經無法同時滿足上述需求。

現有技術中LiCoO₂作為消費電子類常用的正極材料，其理論容量為274mAh/g,由于諸多因素的限制，即使在較高電壓(4.4Vvs.Li/Li⁺)下,LiCoO₂發揮容量也僅約為190mAh/g。在一些公開了的鈷酸鋰正極的制備方法中，采用控制結晶的方法，制成特定的四氧化三鈷材料。使用四氧化三鈷材料制備的鈷酸鋰產品，粉末顆粒大、中、小分布均勻，產品的壓實密度有改善。同時采用非過渡金屬在其表面進行包覆，包覆后的鈷酸鋰正極降低了其與電解液的反應活性，提高了電池的循環性能。但是，鈷酸鋰正極材料可逆容量僅為175mAh/g,其電池的能量密度很難有較大的提高。三元材料(NCM、NCA)通過適當提高過渡金屬元素的摻雜量，一定程度上提升了容量發揮，但是由于理論容量的限制，其能量密度也很難有較大幅的提升，同時還帶來了安全隱患。因此，通過摻雜包覆、提高正極材料的壓實等手段雖然能在一定程度上少量提高電池的能量密度，但是終究是有限的。

發明內容

有鑒于上述背景技術以及現有技術缺陷，本申請從材料本身的晶體結構上、比容量(電子的供給能力)的角度考慮，提供一種用于電池的正極材料。該正極材料具有成本低、高比容量，在鋰離子電池體系中表現出成本低、能量密度高、循環壽命長的優點。

根據本申請一方面，所提供的正極材料包括：化學式為Li_6+aCo_1-xFe_xO_4-b的材料，其中0x≤0.6，-0.2≤a≤0.2，-0.2≤b≤0.2，中值粒徑D50在5μm至30μm之間。

根據本申請一些實施例，所述正極材料的比表面積為0.11m²/g至0.92m²/g之間。

根據本申請一些實施例，所述Li_6+aCo_1-xFe_xO_4-b粒徑分布寬度在1.2-2.4之間。

根據本申請一些實施例，所述正極材料還包括對所述正極材料表面進行包覆的包覆性物質。