[发明专利]正极活性物质及其制备方法、以及包括其的正极和锂离子二次电池

说明书

本发明公开了一种正极活性物质及其制备方法、正极及锂离子二次电池，该正极活性物质由包括以下步骤的方法制备：步骤1、制备包含钴和锂，任选还包括掺杂元素Me的混合物；步骤2、将步骤1所得产物进行热处理，得到正极材料基体；步骤3、对步骤2所述正极材料基体进行包覆处理。本发明采用喷雾包覆的方法对正极材料基体外表面和颗粒孔隙表面进行均匀包覆，通过控制喷雾液固比和喷雾溶液的浓度控制包覆层的厚度，从而得到所需性能的电池，由本发明的正极活性物质制得的锂离子二次电池的放电电压高、循环性能好、安全性高。

技术领域

本发明属于电化学储能器件与新能源材料领域，设计锂离子电池正极材料及其制备方法，具体涉及正极活性物质及其制备方法、以及包括其的正极和锂离子二次电池。

背景技术

近年来，3C产品和智能移动终端产品的“轻薄化”发展，对锂离子电池提出了更高的性能要求。例如，锂离子电池要求能够在更高的电压下充放电以提供更多的电池能量。并且要求锂离子电池在长时间高电压充放电的情况下不产生暴走电流，不会导致电池温度上升，从而抑制电池发火爆炸风险。

钴酸锂正极材料是目前小型高比能量电池最理想的锂二次电池用正极活性物质之一。但钴酸锂正极材料的性能尚不能满足耐高电压、寿命长和安全性高的要求，尤其是在高温环境、快速充放电等容易导致电池电极高度极化的使用工况下，在与电解液接触部分的正极材料发生电化学溶解或结构崩塌，最终导致正极材料失去充放电活性，影响钴酸锂正极材料的循环寿命，进而影响其实际应用。

对钴酸锂正极材料进行表面包覆、物理隔断正极材料与电解液的表面接触是目前提高钴酸锂正极材料寿命的有效手段。目前常用的方法有固相混合包覆法和液相共沉淀包覆法，固相混合包覆法中包覆面不完整导致正极材料部分发生电化学溶解或结构崩塌，使正极材料失去充放电活性；液相共沉淀包覆法需要除去大量液相溶液，工艺复杂、成本高且最终正极材料的性能有降低的风险。

因此，亟需开发一种高电压、高容量和循环性能好的正极活性物质、正极及锂离子二次电池。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种正极活性物质及其制备方法、正极及锂离子二次电池，该正极活性物质由包括以下步骤的方法制备：步骤1、制备包含钴和锂，任选还包括掺杂元素Me的混合物；步骤2、将步骤1所得产物进行热处理，得到正极材料基体；步骤3、对步骤2所述正极材料基体进行包覆处理。本发明采用喷雾包覆的方法对正极材料基体外表面和颗粒孔隙表面进行均匀包覆，通过控制喷雾液固比和喷雾溶液的浓度控制包覆层的厚度，从而得到所需性能的电池，由本发明的正极活性物质制得的锂离子二次电池的放电电压高、循环性能好、安全性高，从而完成本发明。

本发明的目的一方面在于提供一种正极材料活性物质，该正极活性物质由包括以下步骤的方法制备：

步骤1、制备包含钴和锂，任选还包括掺杂元素Me的混合物；

步骤2、将步骤1所得产物进行热处理，得到正极材料基体；

步骤3、对步骤2所述正极材料基体进行包覆处理；

所述包覆处理以下步骤：

步骤(1)、制备含元素M的溶液；

步骤(2)、将含元素M的溶液以喷雾的方式喷洒到正极材料基体上；

步骤(3)、对步骤(2)所得产物进行后处理；

所述掺杂元素Me为金属元素和/或非金属元素中的一种或几种，

所述含元素M的溶液中的M为金属元素和/或非金属元素中的一种或几种。

本发明的第二方面提供一种本发明第一方面所述的正极活性物质的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、制备包含钴和锂，任选还包括掺杂元素Me的混合物；