[发明专利]正极活性材料及其制备方法及电化学储能装置

说明书

本发明提供了一种正极活性材料及其制备方法及电化学储能装置。所述正极活性材料包括内核以及包覆层，所述包覆层包覆于所述内核的表面。所述内核选自分子式为Li_1+a[Ni_xCo_yMn_zM_bM′_c]O_2‑dY_d的三元材料，掺杂元素M、M′、Y各自在所述内核中的分布满足：从所述内核外侧到所述内核中心具有减小的质量浓度梯度，所述包覆层物质为包覆元素M″的氧化物。其中，所述包覆层中的包覆元素M″与所述内核中的掺杂元素M′的质量比为1:(1～5)。本发明的正极活性材料具有高克容量、高结构稳定性以及高热稳定性的特点，且能使电化学储能装置在具有高初始放电克容量的同时兼具优异的循环性能和存储性能。

技术领域

本发明涉及储能装置领域，尤其涉及一种正极活性材料及其制备方法及电化学储能装置。

背景技术

燃油车保有量的逐年剧增，不仅使化石燃料等不可再生能源的消耗与日俱增，同时也加速了环境、大气的污染。电动车被认为是燃油车的较好替代品，因而作为其核心组件的车用动力锂离子电池近年来受到了人们的深入研究，动力锂离子电池的正极活性材料在短短十年左右的时间里完成了从NCM111到NCM523、NCM622，以及到NCM811的快速更新换代。随着正极活性材料中镍含量的大幅度提升，动力锂离子电池的能量密度得到了大幅度提高，但这意味着其中稳定结构的锰、以及促进循环的钴的含量会相应降低，因此使动力锂离子电池的安全性能和循环寿命受到了极大的挑战。为此，各国研究机构对NCM811进行了大量研究以期提高其可应用性。

申请日为2016年8月11日的中国专利申请CN106058230A公布了一种铝掺杂与表面修饰共改性的高镍正极材料的制备方法，包括将高镍正极材料前驱体与铝盐溶胶混合，然后蒸干得到粉体，接着将粉体与锂盐混合烧结，得到高镍正极材料，该方法的优势在于通过湿法包覆提高了高镍正极材料前驱体与铝盐混合的均一性，但随后的蒸干能耗较高，而且通过该方法不能很好地降低高镍正极材料中的杂质锂含量，因而不利于改善电池的抗胀气性能。

申请日为2017年1月19日的中国专利申请CN107611384A公布了一种高性能浓度梯度高镍材料、其制备方法及在锂离子电池的用途，该方法首先制备镍含量由外而内逐渐增加的高镍前驱体，再与锂盐进行烧结得到高镍正极材料，该高镍正极材料具有较高的振实密度，但其没有改善高镍正极材料最关心的高温循环及胀气性能问题。

申请日为2016年12月22日的中国专利申请CN106602021A公布了一种包覆型锂离子电池正极材料及其制备方法，该方法是将金属盐溶于去离子水中，再加入正极物料进行搅拌、干燥、煅烧，提供一种可以在高镍正极材料表面形成均匀包覆层的包覆型锂离子电池正极材料及其制备方法，合成出的材料杂锂含量较低，但其循环性能一般，50次循环后，容量从190mAh/g左右下降至140mAh/g左右，容量衰减较快。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种正极活性材料及其制备方法及电化学储能装置，所述正极活性材料具有高克容量、高结构稳定性以及高热稳定性的特点，能使电化学储能装置在具有高初始放电克容量的同时兼具优异的循环性能和存储性能。