正极活性材料及其制备方法、正极极片、锂离子二次电池和电动汽车技术

本发明专利技术公开了一种正极活性材料及其制备方法、正极极片、锂离子二次电池和电动汽车。正极活性材料包括活性物质颗粒，活性物质颗粒满足化学式Li

【技术实现步骤摘要】
正极活性材料及其制备方法、正极极片、锂离子二次电池和电动汽车
[0001]本专利技术是基于申请号为201910350192.1、申请日为2019年04月28日、申请人为宁德时代新能源科技股份有限公司、专利技术名称为“正极活性材料、正极极片及锂离子二次电池”的专利技术提出的分案申请。


[0002]本专利技术属于电池
，具体涉及一种正极活性材料及其制备方法、正极极片、锂离子二次电池和电动汽车。

技术介绍

[0003]锂离子二次电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。正极活性材料作为锂离子二次电池的重要组成部分，为电池充放电过程提供在正负极往复移动的锂离子，因此正极活性材料对电池性能的发挥至关重要。
[0004]镍钴锰三元材料由于其独特的优势，成为一种有很大潜力的锂离子二次电池正极活性材料。目前镍钴锰三元材料的循环寿命及能量密度是动力电池性能提升的关键技术指标。另外钴对镍钴锰三元材料的成本和性能有较大影响。降低镍钴锰三元材料中的钴含量能够减少稀有资源钴材料的使用，但是会恶化三元材料的循环寿命。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种正极活性材料及其制备方法、正极极片及锂离子二次电池，旨在使正极活性材料具有相对较低的钴含量并兼具较高的循环寿命，并且使采用该正极活性材料的锂离子二次电池具有良好的循环性能及较高的能量密度。
[0006]本专利技术第一方面提供一种正极活性材料，正极活性材料包括活性物质颗粒，活性物质颗粒满足化学式Li
1+x
>(Ni
a
Co
b
Mn
c
)
1-d
M
d
O
2-y
A
y
，其中，M为Zr、Sr、B、Ti、Mg、Sn及Al中的一种或多种，A为S、N、F、Cl、Br及I中的一种或多种，-0.01≤x≤0.2，a≥0.5，0<b≤0.2，0.12≤b/c≤0.9，0.002≤b
×
c/a2≤0.23，a+b+c＝1，0≤d≤0.1，0≤y<0.2；以及正极活性材料的区间粒径分布曲线的半高宽D
FW
为4μm～8μm。
[0007]本专利技术提供的正极活性材料、正极极片及锂离子二次电池中，正极活性材料包括活性物质颗粒Li
1+x
(Ni
a
Co
b
Mn
c
)
1-d
M
d
O
2-y
A
y
，其中的钴含量相对较低，减少了高价格钴材料的使用。同时，化学式中各元素的配比满足上述预定关系，能保证正极活性材料兼具较高的结构稳定性，使得正极活性材料具有较高的循环寿命，从而使得采用该正极活性材料的锂离子二次电池具有良好的循环性能。化学式中各元素的配比还保证了正极活性材料具有较高的锂离子和电子传输性能，由此能进一步提高电池的循环性能。并且，正极活性材料同时还满足区间粒径分布曲线的半高宽D
FW
在预定范围内，保证了采用该正极活性材料的正极极片具有较高的压实密度，从而使得锂离子二次电池具有较高的能量密度。
[0008]在本专利技术的任意实施方式中，0.5≤a≤0.7。
[0009]在本专利技术的任意实施方式中，0<b≤0.15。可选地，0.05≤b≤0.15。
[0010]在本专利技术的任意实施方式中，D
FW
为4.5μm～7.5μm，可选地为5μm～7μm。D
FW
在所给范围内，能进一步提高电池的能量密度。进一步地，电池的循环性能也能得到提高。
[0011]在本专利技术的任意实施方式中，正极活性材料的粒径分布D
n
10及D
v
50满足：D
n
10≥0.2μm，2μm≤D
v
50≤7μm。可选地，D
n
10≥1μm，3μm≤D
v
50≤6μm。正极活性材料的D
n
10及D
v
50满足上述条件，能使电池获得较高的循环性能和能量密度，还能兼具较高的倍率性能和功率性能。
[0012]在本专利技术的任意实施方式中，正极活性材料的区间粒径分布曲线的半高宽D
FW
与正极活性材料的粒径分布D
v
99及D
v
10之间满足：0.4≤D
FW
/(D
v
99-D
v
10)≤1.2。可选地，0.5≤D
FW
/(D
v
99-D
v
10)≤1.0。正极活性材料满足上述条件，能进一步提高电池的循环性能和能量密度，并且提高电池的倍率性能和功率性能。
[0013]在本专利技术的任意实施方式中，正极活性材料的粒径分布D
v
99及D
v
10满足：7μm≤D
v
99≤15μm，1μm≤D
v
10≤4μm。可选地，8μm≤D
v
99≤13μm，1.5μm≤D
v
10≤2.5μm。
[0014]在本专利技术的任意实施方式中，正极活性材料包括单分散一次颗粒，所述单分散一次颗粒在所述正极活性材料中的个数占比为50％以上，可选地为60％以上，进一步可选地为70％以上。正极活性材料中含有适量的单分散一次颗粒，能进一步提高电池的循环性能和能量密度。
[0015]在本专利技术的任意实施方式中，正极活性材料还包括由多个一次颗粒聚集而成的二次颗粒；所述二次颗粒在正极活性材料中的个数占比为5％～50％，可选地为10％～30％。正极活性材料中含有适当比例的单分散一次颗粒和二次颗粒，能进一步提高电池的循环性能和能量密度，还有利于提高电池的倍率性能和功率性能。
[0016]在本专利技术的任意实施方式中，二次颗粒的一次颗粒与所述二次颗粒的粒径比为0.03～0.9，可选地为0.06～0.5，进一步可选地为0.1～0.35。采用包含该二次颗粒的正极活性材料，能进一步改善电池的循环性能和能量密度，还有利于提升电池的倍率性能及功率性能。
[0017]在本专利技术的任意实施方式中，正极活性材料的振实密度为1.6g/cm3～2.6g/cm3。正极活性材料的振实密度在上述范围内，有利于电池获得较高的能量密度。
[0018]在本专利技术的任意实施方式中，正极活性材料在3吨压力下的压实密度为3.0g/cm3～3.6g/cm3。正极活性材料的振实密度在上述范围内，有利于电池获得较高的能量密度。进一步地，电池还可获得较高的循环寿命。
[0019]在本专利技术的任意实施方式中，正极活性材料还包括包覆在活性物质颗粒外表面的含X元素氧化物包覆层，所述X元素选自3价元素及4价元素中的一种或多种。采用该正极活性材料，能进一步提升电池的循环性能。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极活性材料，包括活性物质颗粒，所述活性物质颗粒满足化学式Li
1+x
(Ni
a
Co
b
Mn
c
)
1-d
M
d
O
2-y
A
y
，其中M选自Zr、Sr、B、Ti、Mg、Sn及Al中的一种或多种，A选自S、N、F、Cl、Br及I中的一种或多种，-0.01≤x≤0.2，a≥0.5，0<b≤0.2，0.12≤b/c≤0.9，0.002≤b
×
c/a2≤0.23，a+b+c＝1，0≤d≤0.1，0≤y<0.2；以及所述正极活性材料的区间粒径分布曲线的半高宽D
FW
为4μm～8μm。2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，D
FW
为4.5μm～7.5μm，可选地为5μm～7μm。3.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述正极活性材料的粒径分布D
n
10及D
v
50满足：D
n
10≥0.2μm，2μm≤D
v
50≤7μm；可选地，D
n
10≥1μm，3μm≤D
v
50≤6μm。4.根据权利要求1至3所述的正极活性材料，其中，所述正极活性材料的区间粒径分布曲线的半高宽D
FW
与所述正极活性材料的粒径分布D
v
99及D
v
10之间满足：0.4≤D
FW
/(D
v
99-D
v
10)≤1.2；可选地，0.5≤D
FW
/(D
v
99-D
v
10)≤1.0。5.根据权利要求4所述的正极活性材料，其中，所述正极活性材料的粒径分布D
v
99及D
v
10满足：7μm≤D
v
99≤15μm，1μm≤D
v
10≤4μm；可选地，8μm≤D
v
99≤13μm，1.5μm≤D
v
10≤2.5μm。6.根据权利要求1至5任一项所述的正极活性材料，其中，所述正极活性材料包括单分散一次颗粒，所述单分散一次颗粒在所述正极活性材料中的个数占比为50％以上，可选地为60％以上，进一步可选地为70％以上。7.根据权利要求6所述的正极活性材料，其中，所述正极活性材料还包括由多个一次颗粒聚集而成的二次颗粒；所述二次颗粒在所述正极活性材料中的个数占比为5％～50％，可选地为10％～30％。8.根据权利要求7所述的正极活性材料，其中，所述二次颗粒的一次颗粒与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李奇峰，张绮兰，柳娜，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：