[发明专利]正极活性材料及电化学装置

说明书

本申请提供了正极活性材料及电化学装置，所述正极活性材料具有P6₃mc晶体结构，所述正极活性材料为包含Co和R元素以及可选地包含M元素的锂过渡金属复合氧化物，其中，M元素包括Al、Mg、Ti、Mn、Fe、Ni、Zn、Cu、Nb、Cr、Y或Zr中的至少一种，R元素包括F、Cl中的至少一种，所述R元素的摩尔含量为n_R，所述Co和M元素的摩尔含量之和为n_Co+M，所述n_R与所述n_Co+M的比值为0δ≤0.01。本申请的正极活性材料，晶体结构稳定性高，从而改善电化学装置的循环性能和热稳定性。

技术领域

本申请涉及正极材料技术领域，具体地讲，涉及正极活性材料及电化学装置。

背景技术

锂离子电池因其能量密度高、循环性能好、环保、安全且无记忆效应等优点，被广泛的应用于便携式电子产品、电动交通、国防航空、能源储备等领域。为了满足社会发展的需求，寻求具有更高能量密度和功率密度的锂离子电池是亟待解决的问题，这就要求所用正极材料具有更高比容量和更高电压平台。

为了获取更高比能量，正极活性材料正朝着高电压方向发展，目前的正极活性材料随着电压的升高，Li⁺大量脱出，材料的晶体结构将发生一系列不可逆的相变(O3到H1-3，H1-3到O1)，使得材料循环性能和安全性能大大降低。并且，在高电压下界面副反应加剧，例如LiCoO₂材料的Co金属溶出严重，而高电压电解液技术难以配套，常规电解液在高电压下分解加速、失效加快，因而容量衰减十分严重。为了提高材料的晶相结构稳定性，可以通过金属阳离子掺杂来推迟不可逆相变，但该方法在高于4.6V电压后对结构的稳定效果并不明显。此外，掺杂量增多，理论容量损失会增大。

因此，急需寻求一种具有高比容量、高电压平台、结构可逆性好且在高电压下界面稳定的正极活性材料。

发明内容

鉴于此，本申请提出了正极活性材料及电化学装置，该材料具有P6₃mc晶体结构，晶体结构稳定，且具有HCP氧结构，高电压下氧活性低，能提高锂离子电池的容量、循环稳定性。

第一方面，本申请提供一种正极活性材料，所述正极活性材料具有P6₃mc晶体结构，所述正极活性材料为包含Co和R元素以及可选地包含M元素的锂过渡金属复合氧化物，其中，M元素包括Al、Mg、Ti、Mn、Fe、Ni、Zn、Cu、Nb、Cr、Y或Zr中的至少一种，R元素包括F、Cl中的至少一种，所述R元素的摩尔含量为n_R，所述Co和M元素的摩尔含量之和为n_Co+M，所述n_R与所述n_Co+M的比值为0δ≤0.01。

第二方面，本申请提供一种电化学装置，包括正极活性材料层，所述正极活性材料层包括根据本申请第一方面的正极活性材料，所述正极活性材料层的压实密度为3.0g/cm³～4.4g/cm³，优选为4.12g/cm³～4.22g/cm³。

相对于现有技术，本申请至少具有以下有益效果：

本申请提供的正极活性材料具有P6₃mc晶体结构，晶体结构稳定性高，降低颗粒破碎、晶体结构损坏的概率，从而改善电化学装置的循环性能和热稳定性。

本申请的正极活性材料采用阴阳离子共掺杂，阳离子选用Co元素与M元素，阴离子选用R元素，其中，M与O形成M-O键，通过M-O键和阴离子R拉低氧的能带结构，能够减少Co与氧的能带重叠，减缓晶格释放氧，可以稳定住正极活性材料中的氧，使得正极活性材料具有较高的比容量和电压平台，还有利于减少高电压下正极活性材料的界面副反应，提高界面稳定性。

因此，本申请的电化学装置也具有高比容量、高电压平台且在高电压下界面稳定，能够提高循环稳定性。