[发明专利]正极活性材料、其制备方法及锂离子二次电池

说明书

本发明涉及正极活性材料、其制备方法及锂离子二次电池。本发明的正极活性材料包含锂、硼以及过渡金属元素的复合氧化物，其特征在于，过渡金属元素包含镍元素，镍元素与锂元素的摩尔比在0.55至0.95的范围内；正极活性材料包含由一次颗粒形成的二次颗粒；在二次颗粒中至少50％的一次颗粒呈径向排布；在二次颗粒的最外层中，70％或更多数量的一次颗粒具有至少两个平行的边；在沿二次颗粒的中心的截面上，60％或更多数量的一次颗粒具有至少两个边平行的边。本发明的二次颗粒正极材料及其制备方法既获得高能量密度，又提高其高低温循环性能，并有效改善其抗胀气性能。

技术领域

本发明属于电化学技术领域。更具体地说，本发明涉及正极活性材料及其制备方法。本发明还涉及正极极片和锂离子二次电池。

背景技术

锂离子电池由于具备比容量大、能量密度高、输出功率高、无记忆效应、循环寿命长和环境污染小等优点而被广泛应用于电动汽车以及消费类产品中。

随着应用范围的扩大，尤其是随着智能手机和电动车的普及，对高能量密度锂离子电池的需求日趋加剧。富镍正极材料以其较高的实际可逆容量(通常高达170mAh/g)，受到了广泛地关注。然而，富镍正极材料仍然存在一些关键问题阻碍了该材料的实际应用，如锂镍混排、循环性能差、结构稳定性差(特别在高温下)等。

目前，通常采用掺杂和包覆方法，来提升材料的结构稳定性、降低材料杂锂含量及pH，改善富镍三元电池的循环性能及抗胀气性能。但至今为止，富镍三元电池的高温循环及抗胀气性能仍未得到较好地解决，还存在高温循环性能较差、循环过程中DCR增长较大、胀气较大等问题。

因此，亟需开发一种正极活性材料，其具有改善的高低温循环性能和抗胀气性能，同时具有高的能量密度。

发明概述

本发明的一个目的在于，提供一种具有改善的高低温循环性能的正极活性材料。

本发明的另一个目的在于，提供一种具有改善的抗胀气性能的正极活性材料。

本发明的另外一个目的在于，提供一种具有高能量密度的正极活性材料。

发明人发现，通过采用本发明的技术方案，能够实现一个或多个上述目的。

本发明的第一方面提供一种正极活性材料，包含锂、硼以及过渡金属元素的复合氧化物，其特征在于，所述过渡金属元素包含镍元素，镍元素与锂元素的摩尔比在0.55至0.95的范围内；所述正极活性材料包含由规整的一次颗粒形成的二次颗粒。在优选的实施方式中，在二次颗粒的外层的一次颗粒中，70％或更多数量的一次颗粒为板条状一次颗粒。

本发明的第二方面提供一种正极活性材料的制备方法，其包括步骤：(1)混合活性材料前躯体、含锂化合物、含硼化合物、含M1化合物，进行烧结，以获得具有板条状一次颗粒的正极活性材料基体，其中，元素M1为Zr、Ti、Te、Al、Ca、Si、Sb、Nb、Pb、V、Ge、Se、W、Mo组成中的一种或两种以上，并且所述元素M1掺杂于所述正极活性材料基体的内部；(2)混合所述正极活性材料基体和含M2化合物，进行烧结，以获得得表面涂覆有M2氧化物的正极活性材料，其中元素M2为Mg、Zn、Al、Ce、Ti、Zr组成中的一种或两种以上。

本发明的第三方面提供一种正极极片，其特征在于，包含集流体以及设置于所述集流体的至少一个表面上的正极活性材料层，所述正极活性材料层包含本文中所述的正极活性材料。

本发明的第四方面提供一种锂离子二次电池，包括本文中所述的正极活性材料或正极极片。

发明人发现，采用本发明的技术方案，能够获得改善的高低温循环性能和抗胀气性能，同时具有高的能量密度。尤其是，一次颗粒是规整的一次颗粒，并且呈现出从二次颗粒中心向四周发散的径向排布或放射状排布。