[发明专利]改性正极材料及其制备方法和应用

说明书

本申请提供一种改性正极材料及其制备方法，所述正极材料为含镍正极材料，镍元素在正极材料的化学表达式中的原子个数为x，0.6≤x≤1.0，其中，正极材料的表面包覆有氧化镧，正极材料中掺杂有镁元素。本申请还提供了应用该改性正极材料的正极极片、电化学装置和电子设备。本申请通过在正极材料中掺杂镁元素，在正极材料表面包覆氧化镧，使改性正极材料具有较高的结构稳定性，从而表现出较好的循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本申请涉及正极材料技术领域，尤其涉及一种改性正极材料、该改性正极材料的制备方法、包含该改性正极材料的正极极片、及应用该正极极片的电化学装置及电子设备。

背景技术

作为新一代绿色储能器件，可充电锂离子电池因具有能量密度高、循环性能好和无记忆效应等特点被广泛应用于不同领域。随着新能源动力汽车及储能技术产业的快速发展，对开发更高能量密度、更长循环寿命及更高经济效益的锂离子电池提出了更高的要求。其中正极材料作为锂离子电池的关键材料之一，决定着电池的各项性能和成本。

镍钴锰酸锂(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，NCM)是目前最具有商用价值的正极材料之一，但现有的NCM正极材料还存在比容量不够高，以及热稳定性和结构稳定性均较差等问题。

发明内容

鉴于此，为了解决以上缺陷中的至少之一，本申请实施例提供了一种比容量高、且在高温下具有较好的循环稳定性和优异的热稳定性的改性正极材料。

另，本申请实施例还提供了一种以上改性正极材料的制备方法、包含该改性正极材料的正极极片、及应用该正极极片的电化学装置及电子设备。

本申请实施例第一方面提供了一种改性正极材料，所述正极材料为含镍正极材料，镍元素在所述正极材料的化学表达式中的原子个数为x，0.6≤x≤1.0，其中，所述正极材料的表面包覆有氧化镧，所述正极材料中掺杂有镁元素。

通过在正极材料中掺杂镁元素，由于Mg²⁺的半径更接近Li⁺，所以比Ni²⁺更容易占据Li⁺的位置，而且镁不会参与到充放电反应中，只是起到了结构支撑的作用，这样就有效抑制了Li/Ni的混排，稳定了主体材料的结构，进而优化正极材料的层状结构，有效抑制高镍极材料在循环过程中由层状到岩盐相(H2-H3)的有害相转变，因此，改性正极材料具有较高的结构稳定性，从而表现出较好的循环稳定性和倍率性能。另外，通过在正极材料中掺杂镁元素，还可以降低循环过程中主体材料内部应力不均的问题，以减少主体材料内部微裂纹的形成。

通过在正极材料的表面包覆氧化镧，减少了正极材料中的活性材料与电解液之间的界面副反应，降低界面生成钝化层的风险，进而确保离子传输的顺畅，以提高正极材料的比容量；同时，氧化镧可以自发生长在表面能相对较高的晶界和边缘处，可以作为“纳米焊点”将正极材料沿晶界和边缘处进行焊接，以缓解正极材料在循环过程中二次粒子沿晶界的晶间开裂问题。因此，本申请实施例的改性正极材料具有较高的结构稳定性，从而表现出较好的循环稳定性和倍率性能。

结合第一方面，在一些可能的实施例中，由所述正极材料靠近外表面的部分至所述正极材料的中心，所述镁元素的含量依次减小。

通过设计镁元素的含量由正极材料靠近外表面的部分向正极材料的中心依次减小，使镁元素以非均匀的梯度状态进行分布，既可以确保镁元素对正极材料层状结构的优化，提高高镍正极材料结构的稳定，同时可以有效降低镁元素的掺杂量，提高正极材料的纯度，减小因镁元素的掺杂对正极材料的电化学性能的影响。

结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述正极材料和所述镁元素的摩尔为1：(0.005～0.01)。示例性的，镁元素的含量可以为1：0.005、1：0.006、1：0.007、1：0.008、1：0.009或1：0.01等。