[发明专利]正极活性材料、其制备方法、电化学装置和电子设备

说明书

本发明提供了一种正极活性材料、其制备方法、电化学装置和电子设备，所述正极活性材料包括三元材料内核和包覆在所述三元材料内核表面的钛化合物，所述三元材料内核中包括锆元素和锶元素；以所述正极活性材料中金属元素的总质量为基准，所述正极活性材料中锆元素的总含量为1400ppm至2200ppm，所述正极活性材料中锶元素的总含量为200ppm至800ppm，所述钛化合物中钛元素的含量为500ppm至1000ppm。本发明的正极活性材料的结晶度和界面稳定性良好，具有较高的克容量、库伦效率和循环稳定性。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种正极活性材料、其制备方法、电化学装置和电子设备。

背景技术

三元层状材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂因其具有较高的理论比容量(274mAh/g)，以及高的反应平台电压(3.0V至4.4V)和优秀的反应动力学，而被广泛应用于高能量密度的动力电池体系。为兼顾材料本身的安全性能，往往会把三元材料中的的Ni含量，即x值控制在0.7以下。同时，考虑到在原材料中，Co作为一种稀有矿物资源而日益供不应求，因此，原材料中Co含量，即y值，一般需要控制在0.2以下。

三元材料中，容量的发挥主要由Ni的含量决定，Ni的降低会导致材料容量发挥降低，从而进一步降低电池整体的能量密度。Co含量的降低会影响材料整体导电性，提高锂离子在晶格中的扩散势垒，从而带来严重的反应动力学迟滞问题，最终影响电池的容量发挥。因此，在降低三元材料中Ni含量和Co含量的同时，兼顾材料的能量密度、动力学性能和循环性能，是三元材料亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种正极活性材料、其制备方法、电化学装置和电子设备。本发明对三元材料进行掺杂和包覆改性，得到三元材料内核中掺杂有特定含量锆元素和锶元素，同时内核外包覆有合适含量钛化合物的正极活性材料，将正极活性材料的结晶性和界面稳定性控制在最优范围内，从而得到容量和循环性能均较优异的产品。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种正极活性材料，所述正极活性材料包括三元材料内核和包覆在所述三元材料内核表面的钛化合物，所述三元材料内核中包括锆元素和锶元素；

以所述正极活性材料中金属元素的总质量为基准，所述正极活性材料中锆元素的总含量为1400ppm至2200ppm，所述正极活性材料中锶元素的总含量为200ppm至800ppm，所述钛化合物中钛元素的含量为500ppm至1000ppm。

本发明中，所述正极活性材料中锆元素的总含量为1400ppm至2200ppm，例如可以是1400ppm、1500ppm、1600ppm、1700ppm、1800ppm、1900ppm、2000ppm、2100ppm或2200ppm等；所述正极活性材料中锶元素的总含量为200ppm至800ppm，例如可以是200ppm、300ppm、400ppm、500ppm、600ppm、700ppm或800ppm等；所述钛化合物中钛元素的含量为500ppm至1000ppm，例如可以是500ppm、600ppm、700ppm、800ppm、900ppm或1000ppm等。

本发明的正极活性材料包括三元材料内核和包覆在其表面的钛化合物，三元材料内核中掺杂有特定含量的锶元素和锆元素，内核外同时包覆有特定含量的钛元素，锶元素、锆元素和钛元素以合适的比例分布在正极活性材料中，能够提高材料的结晶性和界面稳定性，使材料具有较高的容量和较好的循环稳定性。