电极材料、用于锂电池的正极材料、锂电池和用电装置

本申请涉及储能，例如涉及一种电极材料、用于锂电池的正极材料、锂电池和用电装置。

背景技术：

1、不断提高正极材料的性能是提升锂电池整体性能的关键因素，相关技术中，富锂过渡金属氧化物(lixtmyo2)型正极材料和富锂阳离子无序岩盐材料，因具备高比能的特点，被选择采用。

2、在实施过程中，应用上述两种材料存在以下问题：

3、结构有序的富锂过渡金属氧化物(lixtmyo2)型正极材料，在循环过程中结构不稳定引起的材料的倍率性能不甚理想、电压衰减现象较为严重等问题。lixtmyo2型正极材料结构不稳定的因素主要体现在以下方面：(1)高容量运行触发过渡金属或锂离子的迁移过程，并带来结构对称性变化或相变。研究发现，lixtmyo2的高容量运行总是伴随着连续的相演变，例如在高容量运行中层状相结构到尖晶石相，层状相结构到岩盐相，以及尖晶石相结构中的立方相到四方相的t1/t2相变。这些复杂的相变过程是导致大多数高容量正极的循环稳定性和倍率性能不理想的主要因素。(2)电化学循环过程中，正极中经常发生不均匀的锂离子脱嵌和非均相电化学反应，导致宏观和微观层面上的结构不平衡，具体表现为某些材料中各向异性体积变化和体积机械应变。这一问题是致使材料机械退化的重要原因，例如二次颗粒破裂。正是这种异质结构动力学决定了纳米级应变的全局产生，显著影响材料的结构稳定性并加剧氧释放。二次颗粒中微裂纹的形成对这类材料的性能产生破坏性影响。这一行为与(1)中所述的材料中过渡金属涉及的相变耦合，加剧了其结构稳定性差的问题。(3)循环过程中lixtmyo2的高比容量与电位高于4.45v时发生的阴离子(主要是氧离子)的氧化还原反应有关。然而，氧的氧化还原在伴随氧气释放时是不可逆的，会导致容量快速衰减。有研究发现，表面氧的氧化会导致o2气体不可逆地从lixtmyo2中逸出，或与电解质发生剧烈反应，从而在表面和次表面区域留下氧空位，并生成导电性差的界面层。这些氧空位促进过渡金属迁移，从而引发相变，导致延长周期期间电压衰减。

4、富锂阳离子无序岩盐材料的应用存在以下问题。(1)富锂阳离子无序岩盐材料中，材料性能与阳离子短程有序结构具有强烈的依赖关系。有研究表明，短程有序结构于控制锂离子传输以及富锂阳离子无序岩盐材料的正极的容量和倍率能力至关重要，对其进行调控可以显著提高富锂阳离子无序岩盐材料的电化学性能，而目前工艺过程对短程有序结构的调控尚处于起步阶段。(2)研究发现，富锂阳离子无序岩盐材料的正极中锂离子迁移经历了八面体-四面体-八面体的过渡态，这一过渡态结构的迁移能垒极度依赖于其周围的局域结构，而其渗流网络的联通更是建立在其基础之上。这一独特的锂离子迁移通道导致材料中锂离子的迁移速率并不理想。

5、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

2、本公开实施例提供了一种电极材料、用于锂电池的正极材料、锂电池和用电装置，提升了无序岩盐材料的电化学性能，利于控制锂离子传输以及提高无序岩盐材料电极的容量和倍率能力。

3、在一些实施例中，提供了一种电极材料，电极材料具有以下化学通式：lixtmyo4-zfz；其中，2.5≤x+y≤4，0≤z≤1，tm包括一种或多种氧化还原活性的过渡金属。

4、在一些实施例中，提供了一种用于锂电池的正极材料，包括：如上述任一实施例所述的电极材料。

5、在一些实施例中，提供了一种锂电池，包括：如上述所述的电极材料；或如上述任一实施例所述的用于锂电池的正极材料。

6、在一些实施例中，提供了一种用电装置，包括：如上述任一项实施例所述的锂电池。

7、本公开实施例提供的电极材料、用于锂电池的正极材料、锂电池和用电装置，可以实现以下技术效果：

8、本公开提供的电极材料中的阳离子的数量少于阴离子的数量，并进一步地形成长程无序而局域有序的复合结构电极材料，通过局域有序单元能够显著提升无序岩盐材料的电化学性能，有利于控制锂离子传输，以及提高得到的电极材料的容量和倍率能力。同时，局域有序单元的引入也能实现锂离子迁移势垒的降低，进而有效连通锂离子从八面体-四面体-八面体迁移的渗流网络，提升锂离子迁移速率达到与高能球磨比拟的效果。

9、以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

技术特征：

1.一种电极材料，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于，tm还包括：

4.根据权利要求3所述的电极材料，其特征在于，

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电极材料，其特征在于，

6.根据权利要求1至4中任一项所述的电极材料，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的电极材料，其特征在于，

8.一种用于锂电池的正极材料，其特征在于，包括：

9.一种锂电池，其特征在于，包括：

10.一种用电装置，其特征在于，包括：

技术总结
本申请涉及电池技术领域，公开一种电极材料、用于锂电池的正极材料、锂电池和用电装置。其中，电极材料具有以下化学通式：Li<subgt;x</subgt;TM<subgt;y</subgt;O<subgt;4‑z</subgt;F<subgt;z</subgt;；其中，2.5≤x+y≤4，0≤z≤1，TM包括一种或多种氧化还原活性的过渡金属。本公开提供的电极材料中的阳离子的数量少于阴离子的数量，并进一步地形成长程无序而局域有序的复合结构电极材料，通过局域有序单元能够显著提升无序岩盐材料的电化学性能，有利于控制锂离子传输，以及提高得到的电极材料的容量和倍率能力。同时，局域有序单元的引入也能实现锂离子迁移势垒的降低，进而有效连通锂离子从八面体‑四面体‑八面体迁移的渗流网络，提升锂离子迁移速率达到与高能球磨处理后比拟的效果。

技术研发人员：伦正言,杨威,张宇晨,陈浩
受保护的技术使用者：中国科学院大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/11