[发明专利]一种正极活性材料及其制备方法、电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种正极活性材料及其制备方法、电池。

背景技术

锂离子电池因具有电压高，能量密度高，使用寿命长，自放电低，无记忆效应，低污染等优点而在便携式手提电子设备，电动汽车等众多领域得到广泛应用。正极活性材料在锂离子电池结构中占据着重要的地位，其性能的优劣直接决定了最终二次电池产品的性能，且它的性能和价格会直接影响到锂离子蓄电池的性能和价格。

常用的正极活性材料有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄以及它们的衍生材料。层状结构LiCoO₂、LiNiO₂或者它们的衍生物已经或者太规模商品化应用，综合性能较好，但其存在价格昂贵、毒性大、热稳定性低、原料基础储量低等缺点。尖晶石结构的LiMn₂O₄成本低，安全性好，但循环性能特别是高湿循环性能受到所谓的Mn溶出影响较差。总体而言，橄榄石结构的磷酸铁锂LiFePO₄正极活性材料已成为国内外的研究热点。

磷酸铁锂作为正极活性材料存在着电子导电率低、离子导扩散系数小等缺点。导致电池的倍率放电性能差。

通过减小颗粒尺寸（达到纳米级）则可以减少Li⁺的扩散路径，从而提高Li⁺的扩散速度。从而提高倍率放电性能。纳米颗粒的锂离子正极材料在倍率性能、低温性能、循环性能上比微米级别的锂离子正极材料更具优势。但是，纳米级的正极活性材料具有较大的比表面积，会导致材料活性增加、吸水增多，导致制作电池极片时（例如拉浆）操作困难。

发明内容

为克服现有技术中的正极活性材料倍率放电性能和加工性能抑制的问题，本发明提供了一种正极活性材料，其具有优异倍率放电性能的同时，吸水少，加工性能优异。

本发明公开的正极活性材料包括内核和包覆于内核外的外壳，所述内核具有如下组成：Li_nV_mM_hT_iR_lO_k，其中，Li、O分别代表锂、氧，V和M均选自第四周期的过渡金属元素，T和R均选自第三周期的非金属元素，n、m、h、i、l、k均大于等于零，所述内核为电中性；所述外壳包括碳以及金属复合物，所述金属复合物为金属氧化物和/或金属盐，所述金属氧化物和金属盐各自独立的具有如下组成：L_x1U_x2A_x3C_x4O_x5，其中，L和U均选自第二周期、第三周期、第四周期、第五周期、镧系、锕系中的金属元素，A和C均选自第二周期、第三周期的非金属元素，x1、x2、x3、x4、x5均大于等于零且(x1+x2)/(x3+x4)=1-4，所述金属复合物为电中性；所述正极活性材料的中值粒径D₅₀为10-20μm，电导率为0.01-0.1S/cm^-1，振实密度为为1.0-1.5g/cm³。

同时，本发明还公开了一种正极活性材料的制备方法，包括：

S1、将正极活性材料前驱体与碳源、包覆金属源混合，球磨，得到混合物；

S2、对混合物进行喷雾造粒，得到待烧结物；

S3、将待烧结物进行烧结，得到正极活性材料；

其中，所述正极活性材料前驱体具有如下组成：Li_nV_mM_hT_iR_lO_k，其中，Li、O分别代表锂、氧，V和M均选自第四周期的过渡金属元素，T和R均选自第三周期的非金属元素，n、m、h、i、l、k均大于等于零，所述正极活性材料前驱体为电中性；

所述碳源选自葡萄糖、蔗糖、乳糖、聚乙二醇、聚乙烯醇、环苯衍生物、明胶、白蛋白、淀粉、导电石墨、乙炔黑、活性碳中的至少两种；