[发明专利]锂二次电池正极活性材料、其制备方法和包含它的锂二次电池

说明书

公开了一种锂二次电池正极活性材料、其制备方法和包含它的锂二次电池，其中所述锂二次电池正极活性材料为含有镍、钴和锰的层状锂金属化合物，并掺杂有铝、锆和硼。

技术领域

本发明涉及一种锂二次电池正极活性材料、其制备方法和包含它的锂二次电池。

背景技术

近年来，随着对IT移动设备和小型电力驱动装置(电动自行车、小型EV等)的需求爆炸性增长以及对里程超过400km的电动汽车的需求增加，在全世界范围内积极地开展对具有高容量、高能量密度的二次电池的研发。为了制备这种高容量电池，需要使用高容量正极材料。

在现有的层状(layered)正极活性材料中，容量最高的材料是LiNiO₂(275mAh/g)，但是在充电和放电期间容易发生结构崩塌，而且氧化数问题所导致的热稳定性较低，因此实际上很难商业化。

为了解决这样的问题，必须用其他稳定的过渡金属(Co、Mn等)取代不稳定的Ni位点，为此开发出了取代有Co和Mn的三元NCM体系。

然而，对于三元NCM体系，当Ni含量的增加时，在结构上变得不稳定，因此可使结构稳定的掺杂材料的应用以及表面涂覆成为重要的技术，但是在高镍正极材料中均匀的掺杂和涂覆并不容易。

作为解决该问题的方法之一提出了制备浓度梯度型正极材料的方法，将正极材料颗粒内核(core)部的Ni浓度保持较高，以实现高容量化，并降低外壳(shell)部的Ni浓度以及增加Co和Mn的含量，以使结构稳定化。

对于如此形成的外壳部一次颗粒，在制成电池之后，经电池的充电和放电过程，表面部分产生裂纹的可能性会增加，这是因为外壳部形状在充电时径向上体积增大，而且随着锂的嵌入/脱嵌过程，基于体积变化的应力会增加。

发明内容

技术问题

本发明可以提供一种正极活性材料，其在前述的核壳结构的正极材料中充放电后外壳部上产生的裂纹减少。当应用根据本发明的正极活性材料时，可以制备出性能进一步得到改善的锂二次电池。

技术方案

本发明的一个实施方案中提供一种锂二次电池正极活性材料，其为含有镍、钴和锰的层状锂金属化合物，并掺杂有铝、锆和硼。

所述锂金属化合物可由下述化学式1表示。

[化学式1]

Li_aNi_xCo_yMn_z(M)_1-(x+y+z)O_b

在所述化学式1中，0.8≤a≤1.3，1.8≤b≤2.2，0.8≤x≤0.92，0＜y≤0.15，0＜z≤0.1，0＜x+y+z＜1，掺杂元素M包含Al、Zr和B。

更具体地，可以同时包含掺杂元素Al、Zr和B。因此，可以达到活性材料的颗粒强度改善效果。

所述正极活性材料包含内核部和所述内核部表面的外壳部，所述内核部和外壳部可由包含所述化学式1中Ni、Co、Mn和M元素的组分组成。

如前所述，这是为了达到结构稳定性的方法。

更具体地，相对于整个正极活性材料直径的100％，所述内核部可为70％至80％。

所述内核部中镍的含量可高于所述外壳部中镍的含量，所述内核部中镍的含量分布可以是均匀的。此外，所述外壳部中镍的含量分布可以具有越靠近活性材料表面越减少的浓度梯度。