[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，所述正极材料为在富锂锰基正极材料的二次颗粒表面包覆纳米铌钨氧化物(Nb₁₂WO₃₃)快离子导体；所述电池具有循环性能和倍率性能优异的特点。本发明的正极材料的合成工艺简单，不需要额外的改性操作，可直接在前驱体混锂烧结过程中同步改性，制备的改性正极材料纯度高，可实现大规模工业生产。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种铌钨氧化物包覆富锂锰基的改性的正极材料及包括该正极材料的正极片和电池。

背景技术

锂离子电池由于其电化学性能优良、环境友好等优点广泛应用于新能源领域各个方面，如3C数码、动力电源和储能系统。正极材料作为其中最重要的能量存储和转换物质，决定了锂离子电池的能量密度。随着动力电池领域对锂离子电池正极材料能量密度要求的提高，现有的商业化的正极材料难以满足日益增长的需求。且由于锂资源成本的不断提高，正极材料“增能降本”的难度也随之增加。

富锂锰基正极材料由于其较高的容量(250mAh/g)和能量密度(860Wh/kg)，以及较低的原料成本等优点受到广泛的青睐。但其在大规模应用上仍存在一些亟待解决的问题：(1)首次循环库伦效率低，造成可逆锂数量的损失；(2)循环性能较差，电压和容量衰减严重；(3)倍率性能差。因此，提出针对上述任一问题的解决方案都具有较高的实际意义和应用价值。

目前改善富锂锰基正极材料性能的手段主要是元素掺杂(如Mg、Al、Zr等金属元素和B、F等非金属元素)和表面包覆(如磷酸盐、氧化物、导电碳等)，主要目的是提升富锂锰基正极材料晶体结构的稳定性和减少富锂锰基正极材料表面与电解液的接触，这些方法起到了一定的作用，但往往改性效果单一且流程较为复杂、成本高。

发明内容

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，所述正极材料为在富锂锰基正极材料的二次颗粒表面包覆纳米铌钨氧化物(Nb₁₂WO₃₃)；所述电池具有循环性能和倍率性能优异的特点。本发明的正极材料的合成工艺简单，不需要额外的改性操作，可直接在富锂锰基正极材料前驱体、铌钨氧化物和锂源混合烧结过程中同步改性，制备的正极材料纯度高，可实现大规模工业生产。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种正极材料，所述正极材料为若干化学式为xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂的富锂锰基一次颗粒形成的二次颗粒，且二次颗粒的表面具有化学式为Nb₁₂WO₃₃的铌钨氧化物形成的包覆区域；其中，0x1，M为Mn和如下至少一种元素的组合：Ni、Co、Al、Mg、Zr、Ti、Nb、W、P、B。

根据本发明的实施方案，0x1，例如x为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9。

根据本发明的实施方案，所述若干为一个以上。

根据本发明的实施方案，所述正极材料为若干化学式为xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂的富锂锰基一次颗粒团聚形成的球形或椭球形的二次颗粒，且二次颗粒的表面具有化学式为Nb₁₂WO₃₃的铌钨氧化物形成的包覆区域。

根据本发明的实施方案，若干化学式为xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂的富锂锰基一次颗粒形成的二次颗粒的中值粒径为6μm～15μm，例如为6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm或15μm。