[发明专利]一种正极活性材料、正极极片以及电化学装置

说明书

本申请涉及一种正极活性材料，包括三元材料A和三元材料B，其中，三元材料A的化学式为Li_a1(Ni_x1Co_y1Mn_z1)O₂，其中0.95≤a1≤1.2，0.5＜x1＜1，0＜y1＜1，x1+y1+z1＝1，三元材料A具有多晶结构；三元材料B的化学式为Li_a2(Ni_x2Co_y2Mn_z2)O₂，其中0.95≤a2≤1.2，0x2≤0.5，0＜y2＜1，x2+y2+z2＝1，三元材料B具有单晶结构或类单晶结构。本申请中将低镍单晶材料与高镍多晶材料混合作为正极活性材料，可以有效改善高镍材料的产气问题，以及电池的循环性能。

技术领域

本申请涉及电化学领域，具体地涉及一种正极活性材料，使用该正极活性材料的正极极片，以及电化学装置。

背景技术

随着锂离子电池技术在纯电动乘用车领域的应用推广，人们对纯电动车的续航里程、安全性能的需求也不断升级，因此对锂离子电池中的正极活性物质的要求也不断提高，需要锂离子电池具有更高的克容量、良好的化学稳定性以及长循环寿命等。镍钴锰酸锂三元材料是一类具有高克容量及长循环寿命的正极活性物质，其中镍元素的相对含量越高，形成的三元材料的克容量越高，但将高镍三元材料用于电化学装置，特别是作为二次电池和锂离子电池的正极材料时，一般会存在较为严重的产气、电池直流内阻(DCR)增长过快以及加工性能差的问题。

在电池持续的充电和放电过程，高镍三元材料中强氧化性的Ni元素容易与电解液溶剂和添加剂发生副反应，导致较为严重的产气，导致电芯体积膨胀和内部压力异常增大，严重时可能引发析锂问题。另一方面，产生的气体会吸附在粉体颗粒或极片表面，产生较大的界面阻抗，导致电池内部的直流内阻(DCR)不断增长，可能引发循环跳水的现象。此外，由于高镍三元材料表面的杂锂含量较高，容易与空气中的水发生反应，在普通环境下生产该类材料容易产生凝胶，存在对加工环境要求苛刻的问题。

目前一般从两个方面解决上述问题：其一是在三元材料表面包覆钝化膜，降低正极活性物质与电解液的反应活性，从而实现降低三元材料产气量、避免循环过程中DCR增长过快；其二是降低加工过程中的环境湿度，避免三元材料表面的杂锂吸附空气中的水分，从而避免在制备成极片及组装成锂离子电池的过程中三元材料表面形成凝胶。

但是，包覆钝化膜的方式存在较高的技术难度，这种方式一般是在颗粒表面包覆一层纳米级别的包覆层，包覆层的厚度以及均匀性并不好控制。如果包覆层不够厚，随着充放电循环的进行，颗粒表层的钝化膜包覆层逐渐消耗，最终电解液与正极直接接触，产气加剧引发析锂或跳水；如果包覆层过厚，则本身动力学受到影响，克容量发挥及DCR均非常不理想；即使大部分材料的包覆层在该厚度规格内，目前的工艺也无法保证所有颗粒的包覆层厚度都非常均匀，未包覆的活性物质表面仍然存在强氧化性，同样会引发上述问题。降低环境湿度的方式可以有效改善电芯的产气性能，但是这种方式极大的增加了制造成本，且这种方式并不能有效的直接降低电芯在高温下的存储产气、缓解循环过程中的DCR增长过快，是一种治标不治本的措施。

鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种具有理想性能的正极活性材料、正极极片和锂离子电池，以提高锂离子电池的能量密度、循环性能和安全性能。

为了达到上述目的，在本申请的第一方面，本申请提供了一种正极活性材料，其包括锂镍过渡金属氧化物A以及锂镍过渡金属氧化物B，所述锂镍过渡金属氧化物A具有多晶结构，所述锂镍过渡金属氧化物B具有单晶结构或类单晶结构，

所述正极活性材料的颗粒粒径D10、D50、D90满足式I的关系：

式I 1.8≤(D10+D90)/D50≤3.0