[发明专利]锂离子电池正极材料及制备方法、锂离子电池及电子设备

说明书

本申请公开了锂离子电池正极材料及制备方法、锂离子电池及电子设备，该正极材料为同时具有阳离子无序材料和快离子导体材料包覆的正极材料，其借助阳离子无序材料稳定的氧晶格骨架和致密结构，抑制正极材料基体析氧，并将正极材料基体与电解液隔离，从而缓解氧与电解液接触而产生副反应。并且，由于在高电压作用下，阳离子无序材料中锂离子会发生脱嵌，因此阳离子无序材料还可以提供更多的活性锂离子，从而提高正极材料的克容量。而当阳离子无序材料在多次循环后产生较大阻抗和极化效应时，快离子导体材料则可以改善阻抗极化效应，保证正极材料的离子电导能力。

技术领域

本申请涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料及制备方法。

背景技术

图1为示例性的锂离子电池结构示意图。可以看到，该锂离子电池包括正极、负极、电解液、隔膜以及相应的回路等。正/负极材料可以脱嵌锂离子实现能量的存储和释放，电解液是锂离子在正/负极之间传输的载体，不导电的隔膜可透过锂离子但将正/负极隔开防止短路。在该体系中，正极材料作为锂离子的提供来源，其容量高低直接决定了体系的能量密度高低。

传统的正极材料，如钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料等，其能量密度已经逐渐不能满新兴电子类设备对于电池能量密度的需求。对于正极材料而言，通过提高其充电截止电压和/或克容量，可以提高放电容量和放电电压，从而提高电池的能量密度。然而，由于传统正极材料结构的不稳定性，提高其充电截止电压会引发严重的析氧及电解液界面发生副反应等问题，最终造成循环性能差、高温存储性能差、安全性能差等问题。

发明内容

本申请提供一种锂离子电池正极材料及制备方法、锂离子电池和电子设备，以解决传统正极材料在高电压工作场景下因析氧及电解液界面副反应等问题造成锂离子电池性能差的问题。

第一方面，本申请提供一种锂离子电池正极材料，正极材料包括正极材料基体、包覆在正极材料基体表面的阳离子无序材料层及快离子导体材料层；阳离子无序材料的通式为：

Li_1+xMeO_yF_z

其中，0.1≤x≤1，z≥0，Me为Ni、Co、Mn、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ru、Sn、Sb、La中的至少一种。

本申请实施例提供的锂离子电池正极材料，可以借助阳离子无序材料稳定的氧晶格骨架和致密结构，抑制正极材料基体析氧，并将正极材料基体与电解液隔离，从而缓解氧与电解液接触而产生副反应。并且，由于在高电压作用下，阳离子无序材料中锂离子会发生脱嵌，因此阳离子无序材料还可以提供更多的活性锂离子，提高正极材料的克容量。而当阳离子无序材料在多次循环后产生较大阻抗和极化效应时，快离子导体材料则可以改善阻抗极化效应，保证正极材料的离子电导能力。

在第一方面可选择的实现方式中，阳离子无序材料为Li_1.211Mo_0.467Cr_0.3O₂，Li₂Mn_2/3Nb_1/3O₂F，Li₂Mn_1/2Ti_1/2O₂F，Li_1.68Mn_1.6O_3.7F_0.3，Li_1.68Mn_1.6O_3.4F_0.6中的至少一种。

在第一方面可选择的实现方式中，快离子导体材料为氧化物型固态电解质或者硫化物型固态电解质。氧化物型固态电解质或者硫化物型固态电解质不但可以改善阻抗极化效应，以保证正极材料的离子电导能力，其在高电压作用下仍能保持稳定的物理化学性能，不易分解。