正极活性材料、正极极片及锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术公开了一种正极活性材料、正极极片及锂离子二次电池，正极活性材料包括由一次颗粒聚集而成的二次颗粒，一次颗粒为锂过渡金属氧化物，锂过渡金属氧化物的过渡金属位包括镍及掺杂元素；以及一次颗粒的杨氏模量E为175GPa≤E≤220GPa。采用本发明专利技术提供的正极活性材料，能够使锂离子二次电池同时兼顾较高的能量密度及高温循环性能。能量密度及高温循环性能。能量密度及高温循环性能。

【技术实现步骤摘要】
正极活性材料、正极极片及锂离子二次电池


[0001]本专利技术属于二次电池
，尤其涉及一种正极活性材料、正极极片及锂离子二次电池。

技术介绍

[0002]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，是当前被广泛应用的清洁能源。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。
[0003]锂镍基正极活性材料具有较高的理论容量，采用锂镍基正极活性材料的锂离子二次电池可期望获得较高的能量密度，但是研究发现该种锂离子二次电池的高温循环性能较差。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供一种正极活性材料、正极极片及锂离子二次电池，旨在使锂离子二次电池同时兼顾较高的能量密度及高温循环性能。
[0005]本专利技术实施例第一方面提供一种正极活性材料，正极活性材料包括由一次颗粒聚集而成的二次颗粒，一次颗粒为锂过渡金属氧化物，锂过渡金属氧化物的过渡金属位包括镍及掺杂元素；以及一次颗粒的杨氏模量E为175GPa≤E≤220GPa。
[0006]本专利技术实施例第二方面提供一种正极极片，正极极片包括正极集流体以及设置于正极集流体上的正极活性物质层，正极活性物质层包括根据本专利技术第一方面的正极活性材料。
[0007]本专利技术实施例第三方面提供一种锂离子二次电池，锂离子二次电池包括根据本专利技术第二方面的正极极片。
[0008]相对于现有技术，本专利技术实施例至少具有以下有益效果：
[0009]本专利技术实施例提供的正极活性材料，其包括由一次颗粒聚集而成的二次颗粒，一次颗粒包括锂过渡金属氧化物，锂过渡金属氧化物的过渡金属位包括镍，表现出较高的充放电电压和比容量特性，使得锂离子二次电池具有较高的能量密度。锂过渡金属氧化物的过渡金属位还包括掺杂元素，通过过渡金属位掺杂改性使得一次颗粒的杨氏模量E为175GPa≤E≤220GPa。这提高了正极活性材料的抗变形能力，防止一次颗粒及二次颗粒在受压过程中发生破裂，同时使一次颗粒具有适当的韧性，有效防止一次颗粒在受到外界压力时发生脆性破裂，并且正极活性材料能够较好地适应锂离子的嵌入和脱出，从而提高正极活性材料的结构稳定性及高温循环稳定性，使锂离子二次电池的高温循环性能得到提升。采用本专利技术实施例提供的正极活性材料，能够使锂离子二次电池同时兼顾较高的能量密度及高温循环性能。
附图说明
[0010]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。
[0011]图1为实施例1的二次颗粒截面的掺杂元素分布图像，采用截面抛光仪(Cross Section Polisher，CP)制备截面，采用能谱仪(Energy Dispersive Spectroscopy，EDS)获得掺杂元素分布图像，其中亮点表示掺杂元素，掺杂元素在颗粒中均匀分布。
[0012]图2为实施例1～26及对比例1～2的二次颗粒中任意一点掺杂元素的质量浓度偏差测试位置示意图。
具体实施方式
[0013]为了使本专利技术的专利技术目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本专利技术，并非为了限定本专利技术。
[0014]为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
[0015]在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中的“多种”的含义是两种以上，“一个或多个”中的“多个”的含义是两个以上。
[0016]本专利技术的上述
技术实现思路
并不意欲描述本专利技术中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。
[0017]正极活性材料
[0018]本专利技术实施例第一方面提供一种正极活性材料，正极活性材料包括由一次颗粒聚集而成的二次颗粒，一次颗粒包括锂过渡金属氧化物，锂过渡金属氧化物的过渡金属位包括镍及掺杂元素；以及一次颗粒的杨氏模量E为175GPa≤E≤220GPa。
[0019]在本文中，可以用扫描电子显微镜/扫描探针显微镜联合测试系统(Scanning Electron Microscope/Scanning Probe Microscopy，SEM/SPM)测定一次颗粒的杨氏模量，测定方法如下：
[0020]取正极活性材料粉末，采用气流粉碎机进行粉碎，再用酒精稀释，放到超声振荡器离散，使二次颗粒中的一次颗粒分散，用吸管滴到硅基片上。将此硅基片连同碳化硅基片一同放入到SEM/SPM联合测试仪器中(碳化硅基片的作用是作为硬质基底，来校正测试时悬臂梁的弯曲量，进而可以得到施加的力的大小)，用计算机控制SPM运动系统，使扫描探针针尖接触到一次颗粒后，用压电陶瓷控制步进速率，使一次颗粒挤压针尖进行压痕实验。在针尖
对一次颗粒进行压痕过程中，探针的悬臂梁弯曲，使激光光路发生偏转，经过计算机转化得到相应的压力值，根据压电陶瓷的移动量得到位移量，进而得到力-位移曲线。对测试得到的力-位移曲线进行分析，结合式(1)可以计算得到一次颗粒的折减模量E1：
[0021][0022]其中，e是常数，可以通过用F＝el
1.5
方程拟合力(F)-位移(l)曲线得到；R是针尖的半径。
[0023]进一步通过式(2)计算得到一次颗粒的杨氏模量E：
[0024][0025]其中，E2为针尖的杨氏模量，V1为样品的泊松比，V2为针尖的泊松比。
[0026]本专利技术实施例提供的正极活性材料包括由一次颗粒聚集而成的二次颗粒，一次颗粒包括锂过渡金属氧化物，锂过渡金属氧化物的过渡金属位包括镍，使得正极活性材料表现出较高的充放电电压和比容量特性，从而使得锂离子二次电池具有较高的容量性能及能量密度。
[0027]锂过渡金属氧化物的过渡金属位还包括掺杂元素，通过对锂过渡金属氧化物掺杂改性使得一次颗粒的杨氏模量E为175GPa≤E≤220GPa，保证正极活性材料具有较高的抗变形能力，防止一次颗粒及二次颗粒在受压过程中发生破裂，同时使一次颗粒具有适当的韧性，有效防止一次颗粒在受到外界压力时发生脆性破裂，并且正极活性材料能够较好地适应锂离子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料包括由一次颗粒聚集而成的二次颗粒，所述一次颗粒包括锂过渡金属氧化物，所述锂过渡金属氧化物的过渡金属位包括镍及掺杂元素；以及所述一次颗粒的杨氏模量E为175GPa≤E≤220GPa。2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，所述一次颗粒的杨氏模量E为180GPa≤E≤210GPa，优选为190GPa≤E≤205GPa。3.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，所述二次颗粒中任意一点掺杂元素的质量浓度偏差为20％以下。4.根据权利要求1至3任一项所述的正极活性材料，其特征在于，所述掺杂元素在氧化态时的化合价为+3价以上，优选为+4价、+5价、+6价、+7价及+8价中的一种或多种；优选地，所述掺杂元素选自Si、Ti、V、Cr、Ge、Se、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Sb、Te、Ce及W中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料的真密度ρ
真
为4.6g/cm3≤ρ
真
≤4.9g/cm3。6.根据权利要求4或5所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料的真实掺杂浓度为优选为30007.根据权利要求6所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料中掺杂元素的质量浓度与所述二次颗粒中掺杂元素的平均质量浓度的偏差ε为30％以下，优选为20％以下。8.根据权利要求1至7任一项所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料的平均粒径D
v
50为5μm～20μm，优选为8μm～15μm，进一步优选为9μm～11μm；和/或，所述正极活性材料的比表面积为0.2m2/g～1.5m2/g，优选为0.3m2/g～1m2/g；和/或，所述正极活性材料的振实密度为2.3g/cm...

【专利技术属性】
技术研发人员：钭舒适，胡春华，蒋耀，吴奇，何金华，邓斌，
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：