一种改性正极材料和含有该改性正极材料的电池的制作方法

本发明属于电池，具体涉及一种改性正极材料和含有该改性正极材料的电池。

背景技术：

1、目前，商业化的钴酸锂正极材料是一种较好的高电压正极材料，具有o3相结构的钴酸锂，其属于r-3m空间群，其在实际应用中已经取得了很大的成功。但是，随着对能量密度要求越来越高的情况下，o3相结构的钴酸锂的开发，面临很大的压力。具有o2相结构的钴酸锂期待着与已经产业化的属于r-3m空间群并具有o3相结构的钴酸锂相比，具有同样优异的结构稳定性和循环性能。目前按照离子交换合成出来的o2相钴酸锂材料虽然容量和倍率较高。

2、研究发现，和o3相结构的钴酸锂相比，具有o2相结构的钴酸锂具有更高的克容量和倍率，是下一代正极材料的潜在候选。

技术实现思路

1、为了改善上述现有技术的不足，本发明提供一种改性正极材料和含有该改性正极材料的电池，所述改性正极材料同时具备o2相结构钴酸锂和o3相结构钴酸锂的结构特征，所述改性正极材料具备高容量、高倍率和高循环性能的特点。

2、本发明目的是通过如下技术方案实现的：

3、一种改性正极材料，所述改性正极材料为改性钴酸锂正极材料，经过x射线衍射测试后，所述改性正极材料(003)特征峰的角度大于o2相结构钴酸锂(002)特征峰的角度，小于o3相结构钴酸锂(003)特征峰的角度；所述改性正极材料(003)特征峰的半峰宽大于o2相结构钴酸锂(002)特征峰的半峰宽，大于o3相结构钴酸锂(003)特征峰的半峰宽。

4、根据本发明的实施方式，(003)特征峰为改性正极材料中最典型、最主要的特征峰。本技术的发明人出人意料地发现，通过调控改性正极材料(003)特征峰的角度和半峰宽，使其满足：所述改性正极材料(003)特征峰的角度大于o2相结构钴酸锂(002)特征峰的角度，小于o3相结构钴酸锂(003)特征峰的角度；所述改性正极材料(003)特征峰的峰宽大于o2相结构钴酸锂(002)特征峰的半峰宽，大于o3相结构钴酸锂(003)特征峰的半峰宽，可以获得同时具有高容量、高倍率和高循环性能的改性正极材料。

5、根据本发明的实施方式，所述结构特征包括晶面特征，即所述改性正极材料同时具备o2相结构钴酸锂的晶面特征和o3相结构钴酸锂的晶面特征。

6、根据本发明的实施方式，特征衍射峰的半峰宽的计算公式为：将x射线衍射测试的数据导入jade软件中进行拟合，即可以得到半峰宽的数据。

7、根据本发明的实施方式，所述o3相结构钴酸锂(003)特征峰的角度为18.5°～19°。

8、根据本发明的实施方式，所述o3相结构钴酸锂(003)特征峰的半峰宽为0.10～0.15。

9、根据本发明的实施方式，所述o2相结构钴酸锂(002)特征峰的角度为18.0°～18.6°。

10、根据本发明的实施方式，所述o2相结构钴酸锂(002)特征峰的半峰宽为0.15～0.30。

11、根据本发明的实施方式，所述改性正极材料(003)特征峰的半峰宽为0.3～0.4。

12、根据本发明的实施方式，经过x射线衍射测试，所述改性正极材料具备o2相结构钴酸锂(100)特征峰的角度和半峰宽，以及o3相结构钴酸锂其他特征峰(除(003)特征峰以外的特征峰)的角度和半峰宽。

13、根据本发明的实施方式，所述o2相结构钴酸锂(100)特征峰的角度为36.5°～37°，所述o2相结构钴酸锂(100)特征峰的半峰宽为0.15～0.20。

14、根据本发明的实施方式，经过x射线衍射精修后，所述改性正极材料中含有o2相结构和o3相结构，其中，o3相结构在整个相结构中所占的比例为50～95％，更优选，70～90％，例如为70％、75％、80％、85％、90％。o2相结构在整个相结构中所占的比例为5～50％，更优选，10～30％，例如为10％、15％、20％、25％、30％。

15、根据本发明的实施方式，所述x射线衍射精修的方法为本领域已知的方法。

16、根据本发明的实施方式，所述改性正极材料的化学式为lixnaycozmno2，其中，0.85<x<1.3，0<y≤0.03，0.001<n<0.02，且z+n＝1，m为al、mg、ti中的至少一种。示例性地，x为0.9、0.92、0.95、0.96、0.98、1、1.01、1.02、1.05、1.1、1.2或1.25；y为0.01、0.02或0.03；n为0.001、0.002、0.005、0.007、0.01或0.02。

17、根据本发明的实施方式，所述改性正极材料的中值粒径为5μm～30μm。

18、本发明还提供上述改性正极材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

19、将o2相结构的钴酸锂在空气氛围中进行烧结，制备得到所述改性正极材料。

20、根据本发明的实施方式，所述烧结的温度为250℃～850℃，更优选350℃～750℃，例如可以为350℃、450℃、550℃、650℃或750℃。

21、根据本发明的实施方式，所述烧结的时间为0.5h～5h，更优选1h～2h，可以为1h、2h、3h、4h或5h。

22、根据本发明的实施方式，所述烧结的升温速率为3～10℃/min，更优选5～7℃/min，可以为5℃/min、6℃/min、7℃/min。

23、根据本发明的实施方式，所述o2相结构的钴酸锂可以通过如下方法制备：

24、(1)将四氧化三钴、碳酸钠和含m元素的金属氧化物，按化学计量比进行称料、混合、烧结，得到含钠氧化物；

25、(2)将上述含钠氧化物和氢氧化锂按照重量比1:(1.0～2.0)混合，并按1:(10～40)的重量比加入去离子水，在反应釜中进行离子交换，交换温度为80～150℃，交换时间为24h～48h；

26、(3)交换完成后用去离子水多次洗涤，除去残留的氢氧化锂，真空烘箱中干燥，得到所述o2相结构的钴酸锂。

27、根据本发明的实施方式，步骤(1)中，所述m元素为al、mg、ti的至少一种，化学计量比n(na)：n(co)：n(m)＝(0.64～0.75)：(1)：(0.001～0.02)。

28、根据本发明的实施方式，步骤(1)中，所述烧结温度为700～900℃，烧结时间为12～20h。

29、本发明还提供一种正极片，所述正极片包括上述改性正极材料。

30、根据本发明的实施方式，所述正极片包括正极集流体和设置在正极集流体至少一侧表面的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括上述的正极材料。

31、根据本发明的实施方式，所述正极活性物质层还包括导电剂和粘结剂。

32、根据本发明的实施方式，所述正极活性物质层中各组分的质量百分含量为：70-99wt％的正极材料、0.5-15wt％的导电剂、0.5-15wt％的粘结剂。

33、优选地，所述正极活性物质层中各组分的质量百分含量为：80-98wt％的正极材料、1-10wt％的导电剂、1-10wt％的粘结剂。

34、还优选地，所述正极活性物质层中各组分的质量百分含量为：90-96wt％的正极材料、2-5wt％的导电剂、2-5wt％的粘结剂。

35、本发明还提供一种电池，所述电池包括上述的正极材料，或者所述电池包括上述的正极片。

36、根据本发明的实施方式，所述电池的充电截止电压大于等于4.5v。

37、本发明的有益效果：

38、由于具有o2相结构的钴酸锂是一种热力学不稳定的材料，在高温下会逐渐变成热力学稳定的o3相结构的钴酸锂。本发明通过退火处理(将o2相结构的钴酸锂在空气氛围中进行烧结)，控制退火的温度和时间，可以定向对o2相结构的钴酸锂进行改性，改性后的钴酸锂正极材料同时具备高克容量、高倍率性能，以及高循环性能。