一种正极材料及包含其的电池、用电装置的制作方法

本申请涉及电池，特别是涉及一种正极材料及包含其的电池和用电装置。

背景技术：

1、锂离子电池现已被广泛应用于纯电动汽车、混合电动汽车以及智能电网等领域。随着锂离子电池大规模应用，本领域对其能量密度、倍率性能和安全性能等也提出了更高的要求。随着人们对锂离子能量密度需求的提升，层状正极材料从最早的低镍材料逐渐发展为如今的高镍和富锂锰基等高克容量材料。但是，高镍和富锂锰基等材料由于锂镍混排等因素，其结构稳定性较差，严重影响电芯的循环性能。

2、因此，本领域仍然需要开发一种新的用于正极的活性材料，其具有改善的稳定性以抑制锂镍混排，并且具有高克容量以及良好的循环性能。

技术实现思路

1、本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的在于提供一种正极活性材料，其可以在高的克容量下具有改善的稳定性，有效地抑制锂镍混排，从而解决现有技术中正极材料稳定性差导致电芯循环性能受到不利影响的技术问题。

2、为了达到上述目的，本申请第一方面提供一种多阳离子正极材料，其中所述正极材料的通式为lialxnibcocmndm(1-b-c-d)oenf或mli2mno3·(1-m)lialxnibcocmndm(1-b-c-d)oenf，其中l离子为半径大于li离子半径的阳离子，m包括mg、zr、al、b、ta、mo、w、nb、sb、la中的至少一种，n包括f、s和p中的至少一种，0＜a＜1，0≤b＜1，0≤c＜1，0≤d＜1，0＜b+c+d≤1，0＜e≤2，0≤f＜2，0＜m＜1，0＜x≤0.8，a+x＝1，e+f＝2，

3、并且满足以下关系式：

4、2.5×10-6≤x/v≤2.5×10-3，其中v为所述多阳离子正极材料的克容量。

5、通过将层状正极材料的部分锂替换成离子半径更大的阳离子，起到支撑层状结构的作用，抑制锂镍混排，提高材料稳定性。另外，通过设定所掺杂的离子半径更大的阳离子的摩尔量与正极材料的克容量之比，可以有效调节包含该正极材料的锂离子电池的循环寿命。

6、在任意实施方案中，0.001＜x≤0.5，优选地0.003＜x≤0.05。在任意实施方案中，在所述多阳离子正极材料中，x和v满足下式：2.5×10-5≤x/v≤2.5×10-4。通过进一步调节x/v的比值，可以进一步改善正极材料的稳定性。

7、在任意实施方案中，所述多阳离子正极材料的克容量v满足120mah/g≤v≤300mah/g。

8、在任意实施方案中，所述l离子的元素包括除锂元素以外的碱金属元素、碱土金属元素、过渡金属元素、主族其他金属元素中的至少一种。在进一步的实施方案中，所述碱金属元素包括na、k、rb、cs中的至少一种；所述碱土金属元素包括mg、ca、sr中的至少一种；所述过渡金属元素包括y；并且所述主族其他金属元素包括bi。在进一步的实施方案中，所述l离子的元素包括na、k、rb、cs中的至少两种；可选地，所述至少两种元素各自的摩尔比例大于0.5％，基于li离子的摩尔量计。

9、在任意实施方案中，在所述多阳离子正极材料中，a满足0.5≤a＜1；可选地，0.8≤a＜1。

10、在任意实施方案中，在所述多阳离子正极材料中，0.05≤b≤0.98，并且0.05≤c≤0.85。

11、本申请第二方面提供一种锂离子电池，其包括正极，其中所述正极包含根据本申请第一方面所述的正极材料。

12、在任意实施方案中，所述锂离子电池包含负极，所述负极的负极活性材料包含石墨、硬碳和软碳中的至少一种。

13、本申请第三方面提供一种用电装置，其包括根据本申请的第二方面所述的锂离子电池。

技术特征：

1.一种多阳离子正极材料，所述正极材料的通式为lialxnibcocmndm(1-b-c-d)oenf或mli2mno3·(1-m)lialxnibcocmndm(1-b-c-d)oenf，其中l离子为半径大于li离子半径的阳离子，m包括mg、zr、al、b、ta、mo、w、nb、sb、la中的至少一种，n包括f、s和p中的至少一种，0＜a＜1，0≤b＜1，0≤c＜1，0≤d＜1，0＜b+c+d≤1，0＜e≤2，0≤f＜2，0＜m＜1，0＜x≤0.8，a+x＝1，e+f＝2，

2.根据权利要求1所述的正极材料，其中0.001＜x≤0.5；可选地0.003＜x≤0.05。

3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其中x和v满足下式：

4.根据权利要求1至3中任一项所述的正极材料，其中所述正极材料的克容量v满足120mah/g≤v≤300mah/g。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的正极材料，其中所述l离子的元素包括除锂元素以外的碱金属元素、碱土金属元素、过渡金属元素、主族其他金属元素中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的正极材料，其中所述碱金属元素包括na、k、rb、cs中的至少一种；所述碱土金属元素包括mg、ca、sr中的至少一种；所述过渡金属元素包括y；并且所述主族其他金属元素包括bi。

7.根据权利要求5或6所述的正极材料，其中所述l离子的元素包括na、k、rb、cs中的至少两种；优选地，所述至少两种元素各自的摩尔比例大于0.5％，基于li离子的摩尔量计。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的正极材料，其中a满足0.5≤a＜1；可选地，0.8≤a＜1。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的正极材料，其中0.05≤b≤0.98，并且0.05≤c≤0.85。

10.一种锂离子电池，其包括正极，所述正极包含根据权利要求1至9中任一项所述的多阳离子正极材料。

11.根据权利要求10所述的锂离子电池，其包含负极，所述负极的负极活性材料包含石墨、硬碳和软碳中的至少一种。

12.一种用电装置，其包括权利要求10或11所述的锂离子电池。

技术总结
本申请涉及一种一种多阳离子正极材料，所述正极材料的通式为LiaLxNibCocMndM(1‑b‑c‑d)OeNf或mLi2MnO3·(1‑m)LiaLxNibCocMndM(1‑b‑c‑d)OeNf，其中L离子为半径大于Li离子半径的阳离子，M包括Mg、Zr、Al、B、Ta、Mo、W、Nb、Sb、La中的至少一种，N包括F、S和P中的至少一种，0＜a＜1，0≤b＜1，0≤c＜1，0≤d＜1，0＜b+c+d≤1，0＜e≤2，0≤f＜2，0＜m＜1，0＜x≤0.8，a+x＝1，e+f＝2，并且满足以下关系式：2.5×10‑6≤x/v≤2.5×10‑3，其中v为所述多阳离子正极材料的克容量。本申请还涉及包含所述正极材料的锂离子电池以及包含所述锂离子电池的用电装置。

技术研发人员：朱嘉哲,傅寒立,李振华,李星,张宇,牛少军,金海族
受保护的技术使用者：宁德时代新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/24