本發(fā)明涉及鋰離子電池，特別涉及正極材料、鋰離子電池及其用電裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著電動汽車的普及，人們對電動汽車續(xù)航里程及安全性能提出更高要求，電池作為電動汽車核心零部件，對續(xù)航里程和安全性能扮演重要角色，因此開發(fā)高能量密度、高安全性的電池已經(jīng)成為行業(yè)趨勢。

2、現(xiàn)有的技術(shù)中，例如中國專利申請cn107819154a提供的高能量密度鋰離子動力電池，涉及一種高能量密度鋰離子動力電池，電池正極選用linixcoymnz材料或者鎳鈷鋁三元正極材料linixcoyalzo2，其中0.7≤x≤0.9，0.05＜y＜0.15，x+y+z＝1，負極選用導電碳源包覆的碳化硅或siox，最終制備的到的單體電池能量密度達到280wh/kg，一定程度提高了電動汽車續(xù)航里程。該電池采用的正極材料中，電池循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性能略差。主要原因是：(1)ni含量占比在0.7-0.9，屬于為高鎳正極材料；在充放電過程中，ni4+和ni3+、ni2+會相互不斷轉(zhuǎn)變；由于ni2+的體積與li+相似，在放電時也會占據(jù)li+晶格中的位置，發(fā)生陽離子混排現(xiàn)象，而ni含量的增加提升了這種現(xiàn)象發(fā)生的概率，導致電池循環(huán)性能差；(2)ni鎳含量越多，材料發(fā)生相變的起始溫度越低，氧氣的釋放量越大，使得電池材料的熱穩(wěn)定性變差，熱失控危害增加，最終導致電池安全性能差；(3)ni鎳含量越多，總堿量越高，意味著顆粒表面鋰殘渣越多，非常容易吸收空氣中的二氧化碳和水，在顆粒表面生成碳酸鋰和氫氧化鋰層，消耗材料中的li，導致容量衰減，因此對電池生產(chǎn)過程中環(huán)境水分要求越高，增加制造成本；(4)ni鎳含量越多，消耗li生成碳酸鋰會阻礙li的擴散，影響電池性能，并且在高電位下容易分解產(chǎn)出二氧化碳，造成電池鼓包漏液；生成的氫氧化鋰會與六氟磷酸鋰反應，消耗電解液中的li+產(chǎn)生氫氟酸，破壞sei膜并腐蝕電池內(nèi)部的金屬零件，同樣造成電池漏液；(5)采用導電碳源包覆的硅碳或硅氧負極，在勻漿過程中與水反應會產(chǎn)生大量氣泡，在涂布過程中也會持續(xù)反應產(chǎn)氣，造成涂布卷料漏箔缺陷導致報廢。

3、一些研究中考慮降低鋰離子電池的正極材料中ni的含量，如中國專利申請cn115172719a提供的高電壓單晶三元正極材料(中鎳高電壓正極材料)，降低了ni含量(中等鎳含量)，同時提高了使用上限電壓，從而保證了與高鎳含量的正極材料一樣的容量。但該專利未對其進行包覆摻雜分析，無法預知電導率和熱穩(wěn)定性如何。

4、因此，如何制備一種兼顧高能量密度、良好的循環(huán)性能和高安全性能的鋰離子電池是目前行業(yè)內(nèi)亟待解決的難題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種正極材料、鋰離子電池及用電裝置，能解決能量密度、循環(huán)性能、安全性能無法兼顧的問題，具體通過以下技術(shù)實現(xiàn)。

2、一種正極材料，包括正極集流體以及涂覆在所述正極集流體表面的正極漿料，所述正極漿料的原料包括正極活性物質(zhì)；所述正極活性物質(zhì)包括外部至少包覆有磷鎢酸鋰(liwpo4)的lini0.6co0.2al0.1mn0.1o2材料。

3、本發(fā)明提供的正極材料以liniacobalcmndo2高電壓正極材料(a+b+c+d＝1，例如lini0.6co0.2al0.1mn0.1o2)為基體，ni元素能提高容量，co元素能提高電子電導率，al元素和mn元素能穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。該正極材料的關鍵技術(shù)點在于，還在lini0.6co0.2al0.1mn0.1o2基體的外部包覆了磷鎢酸鋰(liwpo4)。該磷鎢酸鋰包覆層中含w元素和p元素，原子外層多余電子能增強與li+的結(jié)合作用，提高li+的電導率；還能有效緩解正極材料和電解液之間的反應，抑制不可逆相變和過渡金屬溶出；磷鎢酸鋰的熱穩(wěn)定性良好，使正極材料的熱穩(wěn)定性相對提高；磷鎢酸鋰的導電性相對略差，可增加電芯出現(xiàn)內(nèi)短路時的接觸阻抗。

4、優(yōu)選地，所述正極活性物質(zhì)中l(wèi)iwpo4的包覆量為所述正極活性物質(zhì)總質(zhì)量的0.1-1.0％。

5、優(yōu)選地，所述lini0.6co0.2al0.1mn0.1o2的制備方法包括：將鎳鈷錳前驅(qū)體nixcoymnz(oh)2、碳酸鋰li2co3、al(oh)3經(jīng)過高溫燒結(jié)，得到lini0.6co0.2al0.1mn0.1o2；其中碳酸鋰過量5％-10％。

6、優(yōu)選地，所述正極活性物質(zhì)的制備方法包括：將lini0.6co0.2al0.1mn0.1o2與鎢酸銨、磷酸銨按質(zhì)量比100:(0.1～2.0):(0.1-2.0)混勻，燒結(jié)、篩分、除磁，得到所述正極活性物質(zhì)的成品。

7、優(yōu)選地，步驟s1中的燒結(jié)溫度為600-900℃；最優(yōu)為800℃。

8、優(yōu)選地，步驟s2中的燒結(jié)溫度為600-900℃，最優(yōu)為650℃。

9、最優(yōu)地，lini0.6co0.2al0.1mn0.1o2與鎢酸銨、磷酸銨的質(zhì)量百分比/用量比例為100:0.8:0.8。

10、優(yōu)選地，所述正極材料的干粉的原料按重量百分比為：正極活性物質(zhì)95-97.5％、正極導電劑1.5-3.5％和正極粘結(jié)劑1-2％。三者的質(zhì)量百分比之和為100％。

11、優(yōu)選地，所述正極導電劑可以選用導電炭黑、碳納米管、碳纖維、石墨烯中的至少一種。

12、優(yōu)選地，所述正極粘結(jié)劑可以選用聚偏氟乙烯、聚酰亞胺等。

13、優(yōu)選地，所述lini0.6co0.2al0.1mn0.1o2材料的表面還包覆有輔助材料，所述輔助材料為al2o3、alf3、tio2中的至少一種。

14、更優(yōu)選地，所述磷鎢酸鋰和輔助材料的質(zhì)量比為1:(0.5-2.0)。

15、進一步優(yōu)選地，所述輔助材料為al2o3，所述磷鎢酸鋰和輔助材料的質(zhì)量比為1:1。

16、需要說明的是，本發(fā)明提供的正極活性物質(zhì)中，在lini0.6co0.2al0.1mn0.1o2材料表面包覆磷鎢酸鋰的基礎上，還可以額外包覆其他一種或多種輔助材料，例如al2o3、alf3、tio2等。利用包覆有這些輔助材料的正極材料，最終制備的鋰離子電池同樣能獲得相同或相似的電化學性能和穩(wěn)定性。

17、優(yōu)選地，所述正極集流體可以選擇為厚度10-14μm的鋁箔。

18、優(yōu)選地，所述正極材料的雙面面密度為3-5g/100cm2，壓實密度為3.40-3.65g/cm3。

19、本發(fā)明還以上述正極材料作為正極極片的制備原料，制備獲得了一種高能量密度鋰離子電池。

20、本發(fā)明公開的所述鋰離子電池還包括負極極片。

21、所述鋰離子電池還包括隔膜、電解液和封裝膜。

22、優(yōu)選地，本發(fā)明提供的高能量密度鋰離子電池中，所述負極極片采用負極材料制成，所述負極材料包括負極集流體以及涂覆在所述負極集流體表面的負極漿料，所述負極漿料包括負極活性物質(zhì)、負極導電劑、負極粘結(jié)劑和負極增稠劑。

23、優(yōu)選地，所述負極漿料按照干粉質(zhì)量分數(shù)為：負極活性物質(zhì)93-97％、負極導電劑0.5-1.5％、負極粘結(jié)劑1.5-3.5％、負極增稠劑0.5-3％。四者的質(zhì)量百分比之和為100％。

24、優(yōu)選地，所述負極導電劑可以選用導電炭黑、碳納米管、碳纖維、石墨烯中的至少一種。

25、優(yōu)選地，所述負極粘結(jié)劑可以選用丁苯橡膠和/或聚丙烯酸酯。

26、優(yōu)選地，所述負極增稠劑為羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉等。

27、本發(fā)明提供的高能量密度鋰離子電池中，負極極片的材料為硅碳/硅氧化合物。

28、優(yōu)選地，所述負極集流體為厚度5-8μm的銅箔；所述負極材料的雙面面密度在1.6-2.0g/100cm2；壓實密度為1.55-1.65g/cm3。

29、可選地，隔膜可以選用為厚度在8-14μm的單層陶瓷隔膜。

30、可選地，電解液可以選用lipf6為溶質(zhì)，ec、emc、dec、pc、dmc中至少一種為溶劑。

31、可選地，電解液還含有氟代碳酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯、聯(lián)苯添加劑等。電解質(zhì)濃度為0.5-2mol/l。

32、可選地，電池可以采用鋁塑膜封裝，工作電壓上限在4.3v-4.5v范圍內(nèi)。

33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

34、1、本發(fā)明提供了一種用于高能量密度鋰離子電池的正極材料，其核心成分正極活性物質(zhì)lini0.6co0.2al0.1mn0.1o2通過相對降低ni的用量，并且在表面包覆liwpo4，顯著提升了電化學性能和熱穩(wěn)定性，延長了鋰電池的循環(huán)壽命。

35、2、采用本發(fā)明提供的正極材料制備的鋰離子電池，能量密度超過300wh/kg，使用電壓上限達到4.3-4.5v，電池熱失控起始溫度和最高溫度相比現(xiàn)有的高鎳正極材料顯著上升，表明安全性能具有很大提升。

36、3、本發(fā)明電池具有能量密度高、循環(huán)性能好、安全性能高、產(chǎn)業(yè)化前景廣闊等特點。