[发明专利]一种正极材料及包括该正极材料的电池

说明书

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电池。所述正极材料包括掺杂的钴酸锂和包覆在所述钴酸锂表面的碳包覆的铌钨氧化物。本发明通过元素的掺杂和碳包覆的铌钨氧化物的表面包覆，使得钴酸锂材料在3.0～4.55V的高工作电压、5C倍率充放电条件下具有较高的倍率性能；在3.0～4.6V的工作电压，0.5C倍率下循环50圈仍具有优异的容量保持率。

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电池。

背景技术

近二十年来，在消费类锂离子电池中，钴酸锂是应用最成功的正极材料。但是，随着能量密度的日渐提升，钴酸锂的工作电压也越来越高，从最开始的4.2V、4.35V、4.4V，到现在的4.45V和4.48V，将来到4.5V、4.53V和4.55V，甚至可以到4.58V、4.6V或更高。伴随着工作电压的越来越高，随着而来的问题和挑战也需要亟待解决：1、不可逆相变；2、与电解液的表面副反应；3、过渡金属溶解；4、晶格氧参与电荷转移。

针对上述问题，锂离子电池负极材料开发了一系列可快速充放电负极材料，但能实现快速充放电且稳定循环的正极材料少之又少，尤其是在高电压下。

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电池。所述正极材料在高工作电压(3.0V～4.55V或3.0V～4.6V)、高倍率(5C以上)充放电条件下具有较高的容量、倍率和循环稳定性。

为了实现以上发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种正极材料，所述正极材料包括掺杂的钴酸锂和包覆在所述钴酸锂表面的碳包覆的铌钨氧化物。

根据本发明的实施方式，所述正极材料具有核壳结构，掺杂的钴酸锂为核芯材料，碳包覆的铌钨氧化物为壳层材料。所述正极材料中，壳层对核芯的包覆可以是完全包覆，也可以是部分包覆。

根据本发明的实施方式，所述碳包覆的铌钨氧化物具有核壳结构，铌钨氧化物为核芯材料，碳为壳层材料。所述碳包覆的铌钨氧化物中，壳层对核芯的包覆可以是完全包覆，也可以是部分包覆。

根据本发明的实施方式，所述碳包覆的铌钨氧化物具有快离子导体的性能。

根据本发明的实施方式，所述铌钨氧化物的化学式为Nb₁₂WO₃₃，即所述铌钨氧化物中Nb、W和O的摩尔比为12:1:33。满足所述化学式的铌钨氧化物经过碳包覆改性后再包覆到掺杂的钴酸锂表面，制备得到的正极材料具有更高的容量、倍率和循环稳定性，同时还具有更高的压实密度。

根据本发明的实施方式，所述碳为无定型碳。

根据本发明的实施方式，所述碳的质量占碳包覆的铌钨氧化物总质量的0.5wt％～5wt％，例如为0.5wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％或5wt％。

根据本发明的实施方式，所述碳包覆的铌钨氧化物的质量占正极材料总质量的0.1wt％～0.5wt％，例如为0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％或0.5wt％。

根据本发明的实施方式，所述碳包覆的铌钨氧化物的中值粒径D₅₀为200nm～400nm。具有纳米尺度的碳包覆的铌钨氧化物更容易包覆到掺杂的钴酸锂表面，且包覆效果更好，更容易获得具有较高的容量、倍率和循环稳定性的正极材料。

根据本发明的实施方式，所述碳包覆的铌钨氧化物中，碳形成的包覆层的厚度为10～50nm，例如为10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm或50nm。