本發(fā)明涉及一種正極材料、電池、電子設(shè)備，涉及電化學(xué)。

背景技術(shù)：

1、隨著手機(jī)、平板等消費電子產(chǎn)品向輕薄化發(fā)展，對電池的能量密度要求也不斷提高，目前用于高能量密度電池的正極材料為鈷酸鋰，然而隨著能量密度的提升，提高鈷酸鋰的充電截止電壓是一條有效途徑，但是，當(dāng)充電電壓≥4.55v(vs.li)時，常規(guī)結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰會發(fā)生不可逆相變，即o3相向h1-3相的不可逆相變，而h1-3相的離子電導(dǎo)和電子電導(dǎo)較差，導(dǎo)致鈷酸鋰的容量衰減，從而影響電池的循環(huán)性能。

2、改善鈷酸鋰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的做法是提高鈷酸鋰中摻雜元素的含量，但是，隨著摻雜元素含量的提高，其克容量的提升并不明顯，例如，鈷酸鋰在4.5v下的克容量發(fā)揮為186mah/g(vs.c/0.2c)，在4.53v下的克容量發(fā)揮為189mah/g(vs.c/0.2c)，其增幅變小，因此，如何對鈷酸鋰結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提高正極材料的克容量和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而提高電池的容量和循環(huán)性能，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種正極材料，用于提高正極材料的克容量和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提高電池的容量和循環(huán)性能。

2、本發(fā)明還提供一種電池和電子設(shè)備，包括上述正極材料。

3、本發(fā)明第一方面提供一種正極材料，所述正極活性材料為lin-xnaxco1-ymeyo2，0.7≤n≤1，0＜x≤0.15，0≤y≤0.15，me選自al、mg、ti、zr、ni、mn、y、la、sr、w、sc、ce、p、nb、v、ta、te的一種或多種；

4、所述正極材料的x射線衍射圖譜中具有對應(yīng)于002晶面的002峰、對應(yīng)于004晶面的004峰、對應(yīng)于101晶面的101峰、對應(yīng)于102晶面的102峰、對應(yīng)于103晶面的103峰；

5、所述101峰和004峰的峰強(qiáng)度比值為m，m≥1.5。

6、本發(fā)明提供一種正極材料，其結(jié)構(gòu)式為lin-xnaxco1-ymeyo2，0.7≤n≤1，0＜x≤0.15，0≤y≤0.15，me選自al、mg、ti、zr、ni、mn、y、la、sr、w、sc、ce、p、nb、v、ta、te的一種或多種，需要說明的是，當(dāng)正極材料在不同脫鋰狀態(tài)下，n值也不同，在包括該正極材料的正極極片化成分選前，正極材料(粉料狀態(tài))中n值為1，在正極極片化成分選后，當(dāng)工作電壓為3.6-4.0v時，n值降低為0.70-1，這主要是由于在電池首次充放電的過程中，一部分的鋰離子用于形成正負(fù)極表面的保護(hù)層，即cei膜與sei膜，造成一部分li+的不可逆損失，因此經(jīng)過化成分選后的正極極片中正極材料的li含量降低；同時，根據(jù)所述正極材料的x射線衍射圖譜可知，其具有對應(yīng)于002晶面的002峰、對應(yīng)于004晶面的004峰、對應(yīng)于101晶面的101峰、對應(yīng)于102晶面的102峰、對應(yīng)于103晶面的103峰，其中對應(yīng)于002晶面的002峰、對應(yīng)于102晶面的102峰以及對應(yīng)于103晶面的103峰，表明本發(fā)明提供的正極材料具有區(qū)別與常規(guī)鈷酸鋰材料的特征峰，具有明顯的層狀結(jié)構(gòu)特征，在充放電過程中可以展現(xiàn)出多個充放電小平臺，在相同的充放電截止電壓和充放電倍率條件下，具有更高的克容量和較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，此外，當(dāng)101峰和004峰的峰強(qiáng)度比值m越大時，有助于進(jìn)一步提高正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而更有利于鋰離子的脫嵌，否則正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變差，可能存在反應(yīng)不完全、結(jié)晶性不好等狀態(tài)導(dǎo)致電化學(xué)性能較差，因此，本發(fā)明提供的正極材料有助于提高電池的容量和循環(huán)性能，從而滿足電池薄型化的需求。

7、在一種具體實施方式中，所述002峰對應(yīng)的衍射角2θ＝18.6°±0.5°，所述102峰對應(yīng)的衍射角2θ＝41.7°±0.5°，所述103峰對應(yīng)的衍射角2θ＝47.1°±0.5°。

8、所述正極材料的粒度為6-18μm，粒度為正極材料顆粒的大小，可以根據(jù)馬爾文激光粒度儀測試得到。

9、經(jīng)測試，正極材料0.1c的克容量≥196mah/g(3.0-4.5v，vs.li)，且在3.0-4.5v電壓下，在0.1c的倍率下進(jìn)行充放電時，其得到的放電克容量定義為c0?mah/g，從放電開始到4.4v時的放電克容量為c1?mah/g，3.8v-3.7v電壓范圍內(nèi)的克容量為c2?mah/g，且c1/c0≥9％，c2/c0≥25％。

10、本發(fā)明還提供上述正極材料的制備方法，具體包括：步驟1、制備得到至少含co、na元素的化合物naxcoo2，0.68＜x＜0.74；步驟2、將含co、na的化合物naxcoo2與含鋰元素的化合物分散在去離子水中，進(jìn)行離子交換反應(yīng)，將第一化合物中的部分na離子置換成li離子，得到正極材料。

11、在一種具體實施方式中，正極材料的制備具體包括如下步驟：

12、步驟1-1、將含鈷元素的化合物、含鈉元素的化合物按所需的化學(xué)計量比稱重后，使用高速混料設(shè)備、砂磨設(shè)備、球磨設(shè)備、犁刀混料設(shè)備、斜式混料設(shè)備中的一種混合設(shè)備充分混合均勻，得到混合物料，在混合過程中，可加入水、酒精或者其它溶劑介質(zhì)，并在混合均勻后烘干即可。

13、其中，含鈷元素的化合物可以為氫氧化鈷、四氧化三鈷、摻雜型四氧化三鈷、氧化亞鈷、羥基氧化鈷、硝酸鈷、硫酸鈷中的一種或多種；含鈉元素的化合物可以為含鈉的氧化物、碳酸鈉、硝酸鈉、氫氧化鈉、碳酸氫鈉、硫酸鈉中的一種或多種；

14、此外，還可以加入含摻雜元素me的化合物，所述摻雜元素me包括al、mg、ti、zr、ni、mn、y、la、sr、w、sc、ce、p、nb、v、ta、te中的一種或多種，具體可以為堿式碳酸鎂、氫氧化鎂、氧化鋯、氧化鋁、氧化釔、氧化鑭等含有摻雜元素的化合物；

15、進(jìn)一步地，含鈷的化合物、含鈉的化合物以及含me的化合物按照na：co：me＝x：(1-y)：y，0.68＜x＜0.74，0≤y≤0.15，混合時間至少為4h，使化合物充分混合均勻，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過sem電鏡來觀察化合物的混合狀態(tài)。

16、步驟1-2、將步驟1-1制備得到的混合物料裝入坩堝后，放入馬弗爐、隧道爐、輥道窯爐、管式爐等高溫?zé)Y(jié)設(shè)備中，在空氣或者氧氣氣氛下進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，得到第一化合物naxco1-ymeyo2，0.68＜x＜0.74，0≤y≤0.15。

17、進(jìn)一步地，所述燒結(jié)的溫度為700-900℃，時間為8-50h。

18、步驟2、將步驟1-2合成得到的第一化合物與含鋰元素的化合物按照所需的比例混合并分散在去離子水中進(jìn)行離子交換反應(yīng)，通過鈉離子和鋰離子在水溶液中的自由遷移擴(kuò)散作用，將第一化合物中大部分na離子置換成li離子，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)產(chǎn)物洗滌、烘干后得到正極材料；

19、含鋰元素的化合物可以為碳酸鋰、氯化鋰、溴化鋰、碘化鋰、硝酸鋰、氫氧化鋰、氟化鋰中的一種或多種，必要時可以加入一些含碳的化合物或者快離子導(dǎo)體化合物等，用于改善正極材料的導(dǎo)電性。

20、含鋰化合物與第一化合物的質(zhì)量比≥1，進(jìn)一步為1-3；溶劑與第一化合物的質(zhì)量比≥5，進(jìn)一步為20-150。

21、所使用的反應(yīng)設(shè)備包含帶有密閉功能和攪拌能力的密閉容器設(shè)備，如濕法包覆反應(yīng)設(shè)備，共沉淀反應(yīng)設(shè)備等；反應(yīng)過程中的攪拌速度為10-200rpm，反應(yīng)溫度為70-125℃，反應(yīng)時間≥5h，進(jìn)一步地，反應(yīng)時間為10-15h；

22、烘干所使用到的設(shè)備如鼓風(fēng)烘箱、真空干燥烘箱、回轉(zhuǎn)窯、盤式干燥機(jī)等，烘干溫度為80-180℃，烘干時間≥10h。

23、本發(fā)明第二方面提供一種電池，所述電池包括正極片，所述正極片包括正極集流體和設(shè)置在正極集流體至少一個表面的正極活性層，所述正極活性層包括上述任一所述的正極材料。

24、本發(fā)明提供一種電池，具體將上述正極材料制備得到正極片，并搭配負(fù)極片、隔膜和電解液組裝得到，具體地：正極片包括正極集流體和設(shè)置在正極集流體表面的正極活性層，正極活性層包括上述正極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，其中，所述粘結(jié)劑選自聚偏氟乙烯(pvdf)、聚四氟乙烯(ptfe)、聚丙烯酸鋰(paali)中的一種或多種，所述導(dǎo)電劑選自導(dǎo)電炭黑、乙炔黑、科琴黑、導(dǎo)電石墨、導(dǎo)電碳纖維、碳納米管、單壁碳納米管、多臂碳納米管、碳纖維中一種或多種，正極活性層中正極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量比為(70-99)：(0.5-15)：(0.5-15)，進(jìn)一步地，正極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量比為(80-98)：(1-10)：(1-10)。

25、正極片的制備過程中，將上述正極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑按照一定的比例混合后分散在溶劑中得到正極活性層漿料，并涂布在正極集流體表面，得到正極片，正極集流體可以為鋁箔。

26、負(fù)極片包括負(fù)極集流體和設(shè)置在負(fù)極集流體表面的負(fù)極活性層，負(fù)極活性層包括負(fù)極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，負(fù)極材料選自人造石墨、天然石墨、硬炭、中間相碳微球、鈦酸鋰、硅碳、氧化亞硅中的一種或多種，導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的種類與正極活性層相同，負(fù)極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量比為(70-99)：(0.5-15)：(0.5-15)，進(jìn)一步地，負(fù)極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量比為(80-98)：(1-10)：(1-10)。

27、負(fù)極片的制備過程中，將上述負(fù)極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑按照一定的比例混合后分散在溶劑中得到負(fù)極活性層漿料，并涂布在負(fù)極集流體表面，得到負(fù)極片，負(fù)極集流體可以為銅箔。

28、隔膜為本領(lǐng)域常規(guī)材料，例如以聚丙烯為基材的材料，或在此基礎(chǔ)上單面或雙面涂覆陶瓷的涂膠隔膜。

29、電解液為本領(lǐng)域常規(guī)材料，包括有機(jī)溶劑、鋰鹽和添加劑，有機(jī)溶劑包括碳酸乙烯酯(ec)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸丙烯酯(pc)、氟代碳酸乙烯酯(fec)，添加劑具有如下式所示的結(jié)構(gòu)，其質(zhì)量為電解液總質(zhì)量的0.1-10％。

30、

31、本發(fā)明提供的正極材料適用于高電壓電池，所述電池的工作電壓具體為3.0-4.5v。

32、本技術(shù)第三方面還提供一種電子設(shè)備，包括本發(fā)明第二方面提供的電池。所述電池可以用作所述電子設(shè)備的電源或能量存儲單元。所述設(shè)備可以但不限于是移動設(shè)備(例如手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等)、電動車輛(例如純電動車、混合動力電動車、插電式混合動力電動車、電動自行車、電動踏板車、電動高爾夫球車、電動卡車等)等。

33、對于手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等移動設(shè)備，通常要求輕薄化，可以采用鋰離子電池作為電源。

34、本發(fā)明的實施，至少具有以下優(yōu)勢：

35、1、本發(fā)明提供的正極材料具有特殊的相結(jié)構(gòu)，在充放電過程中可以展現(xiàn)出多個充放電小平臺，在相同的充放電截止電壓和充放電倍率條件下，具有更高的克容量和較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，有助于提高電池的容量和循環(huán)性能，從而滿足電池薄型化的需求。

36、2、本發(fā)明提供的電池具有較好的容量和循環(huán)性能。