[发明专利]一种抗压的正极活性材料及电化学储能装置

说明书

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种抗压的正极活性材料及电化学储能装置。所述正极活性材料包括由一次颗粒组成的二次颗粒，所述二次颗粒的SEM图谱中单位球面积内一次颗粒的个数σ为5个/μm²～30个/μm²，所述二次颗粒的单颗粒抗压强度为60MPa～300MPa，所述正极活性材料的分子式为Li_xNi_yCo_zM_kMe_pO_rA_m，0.95≤x≤1.05，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤k≤1，0≤p≤0.1，1≤r≤2，0≤m≤2，m+r≤2，M选自Mn和/或Al，Me选自Zr、Zn、Cu、Cr、Mg、Fe、V、Ti、Sr、Sb、Y、W、Nb中的一种或多种的组合，A选自N、F、S、Cl中的一种或多种的组合。本发明的正极活性材料的颗粒结构紧实、具有较高的单颗粒抗压强度，使用本发明所述正极活性材料的锂离子电池具有良好的循环性能、较低的体积膨胀率以及良好的动力学性能。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种抗压的正极活性材料及电化学储能装置。

背景技术

随着能源危机以及环境问题的不断升级，开发新型绿色能源已迫在眉睫。锂离子电池具有比能量高、应用温度范围宽、自放电率低、循环寿命长、安全性能好、无污染等优点，现已被应用于各个领域中。锂离子电池作为汽车的能源系统取代传统内燃机车已在世界各地逐步尝试。然而目前常用的磷酸铁锂(LiFePO₄)、低镍三元(LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂)等，由于受到材料本身的性质局限，不能完全满足动力电池对锂离子电池正极活性材料能量密度的需求。提高高镍三元正极材料的镍含量可以提升电池的能量密度，因此，高镍三元正极材料是目前动力电池的主要研究对象之一。但是，随着镍含量的增加，正极活性材料与电解液直接的副反应也明显加剧，循环性能明显恶化，是目前量产商业化的瓶颈之一。

目前在材料层面，解决循环性能主要手段为主元素含量优化、增加掺杂及包覆改性技术。这三种手段均能一定程度的提高循环性能，但仍与市场需求存在差距。多晶的高镍三元材料的由于镍含量高，表面活性强，容易与电解液发生副反应，导致电芯循环性能恶化明显，是目前市场化应用的主要难点之一。通过研究发现，三元正极材料在循环过程中，会存在颗粒开裂的现象，而电芯失效分析发现颗粒开裂是电芯循环性能恶化的主要原因。因此，如何改善循环过程中的颗粒破碎问题对循环性能的提升尤为重要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种结构紧密、抗压性能较好的正极活性材料以及使用该正极活性材料的电化学储能装置，通过使用力学强度优良、导离子性能较好的正极活性材料，提升电池的循环使用寿命、控制循环过程的体积膨胀率、提升电池的动力学性能。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明的一方面提供一种正极活性材料，正极活性材料包括由一次颗粒组成的二次颗粒，二次颗粒的SEM图谱中单位面积内一次颗粒的个数σ为5个/μm²～30个/μm²，正极活性材料的单颗粒抗压强度为60MPa～300MPa，正极活性材料的分子式为Li_xNi_yCo_zM_kMe_pO_rA_m，0.95≤x≤1.05，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤k≤1，0≤p≤0.1，1≤r≤2，0≤m≤2，m+r≤2，M选自Mn和/或Al，Me选自Zr、Zn、Cu、Cr、Mg、Fe、V、Ti、Sr、Sb、Y、W、Nb中的一种或多种的组合，A选自N、F、S、Cl中的一种或多种的组合。

本发明的另一方面提供一种正极材料，包括本发明的正极活性材料，正极活性材料表面设置有外包覆层，所述外包覆层包括包覆元素，所述外包覆层的包覆元素选自Al、Ba、Zn、Ti、Co、W、Y、Si、Sn、B、P中的一种或多种的组合。