[发明专利]一种正极活性材料及包括该正极活性材料的正极片和电池

说明书

本发明涉及一种正极活性材料及包括该正极活性材料的正极片和电池，属于电池技术领域，具体属于准固态电池领域。在极片制备过程中加入有机酸单体可以有效的降低三元材料表面的碱性物质的含量，减少三元材料在电池中的产气，提高极片在电池中的循环稳定性。通过有机酸单体与三元材料反应，使有机酸单体紧密的结合在三元材料表面，在原位固化成准固态电池时参与固化反应从而使三元材料与固态电解质具有更紧密的接触界面，提高电池在循环中的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种正极活性材料及包括该正极活性材料的正极片和电池，属于电池技术领域，具体属于准固态电池领域。

背景技术

层状镍钴锰正极材料(NCM三元材料)是一种极具发展前景的材料，具有成本低、放电容量大、循环性能好等优点。随着人们对电池能量密度需求的不断增加，对正极材料的比能量密度也相应增加，从而促进NCM三元材料中镍含量的不断提升，但是随着NCM三元材料中镍含量的增加带来了一系列问题，其中最直接的问题是镍含量的增加导致NCM三元材料的吸水性增加，最终导致高镍NCM三元材料在存储过程中会与空气中的水和二氧化碳反应，产生M-OH、M-O-OH(M为Ni、Co或Mn)等基团，以及氢氧化锂和碳酸锂等缺陷和杂质，这些基团使材料转变成碱性，在正极浆料配制时使浆料产生絮凝、果冻等状况而报废。另外，这种材料在作为准固态电池正极材料使用时会与电解液反应生成HF，二氧化碳等气体，降低正极材料与准固态电解质的界面接触从而导致电池失效。

目前解决上述问题的方法主要是在三元材料表面包覆Al₂O₃等金属氧化物以及磷酸锂等快离子导体以抑制HF腐蚀，但是这些方法并不能降低材料本身会产生的M-OH、M-O-OH等基团，在准固态电池中同样会有气体的产生。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种正极活性材料及包括该正极活性材料的正极片和电池。所述正极活性材料是在三元材料中引入有机酸单体(如不饱和羧酸单体、不饱和膦酸单体或不饱和磺酸单体)，并通过有机酸单体与三元材料表面的M-OH基团和/或M-O-OH基团反应生成酯基，使有机酸单体与三元材料结合紧密，所述有机酸单体还可以将三元材料表面已经产生的碳酸锂和氢氧化锂转换为有机酸锂，减少电池使用时的产气。

本发明具体提供如下技术方案：

一种正极活性材料，所述正极活性材料包括接枝改性的三元材料，接枝物包括有机酸单体。

根据本发明，所述有机酸单体包括端烯基和酸官能团，所述酸官能团选自羧基-C(＝O)OH、磷酸基-P(＝O)(OH)₂或磺酸基-S(＝O)(＝O)OH。

根据本发明，所述有机酸单体包括至少一种式1所示的化合物：

式1中，R₁为不存在或C_1～10的亚烷基、C_6～14的亚芳基、-CONH-C_1～10的亚烷基；R₂为H或者C_1～6的烷基；R₃为羧基、膦酸基或磺酸基。

根据本发明的实施方式，所述有机酸单体包括下列化合物中的一种或多种：丙烯酸、乙烯基乙酸、乙烯基丙酸、乙烯基丁酸、庚-6-烯酸、乙烯基戊酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、对苯乙烯磺酸、对苯乙烯甲酸、乙烯膦酸。

根据本发明，所述正极活性材料中，接枝物的质量占正极活性材料总质量的质量百分含量为0.2wt％～2wt％。

本发明还提供一种正极片，所述正极片包括上述的正极活性材料。

本发明还提供一种电池，所述电池中包括交联聚合物，所述交联聚合物是上述正极活性材料与含有碳碳双键和/或环氧基的聚合单体的交联聚合物。