正极活性材料、其制备方法、正极极片及锂离子二次电池技术

本发明专利技术公开一种正极活性材料、其制备方法、正极极片及锂离子二次电池。正极活性材料包括本体颗粒和包覆在本体颗粒外表面的包覆层，本体颗粒包括锂镍钴锰氧化物，包覆层包括M1元素的氧化物；本体颗粒掺杂有M2元素和M3元素，且本体颗粒中的M2元素均匀分布，本体颗粒中的M3元素由本体颗粒外表面至核心方向具有减小的浓度梯度；M1元素及M3元素各自独立地选自Mg、Al、Ca、Ba、Ti、Zr、Zn及B中的一种或多种，M2元素包括Si、Ti、Cr、Mo、V、Ge、Se、Zr、Nb、Ru、Rh、Pd、Sb、Te、Ce及W中的一种或多种。采用本发明专利技术的正极活性材料，能使锂离子二次电池兼具较高的能量密度、高温循环性能及高温存储性能。高温循环性能及高温存储性能。高温循环性能及高温存储性能。

【技术实现步骤摘要】
正极活性材料、其制备方法、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、其制备方法、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]锂镍钴锰氧化物具有较高的理论容量，采用锂镍钴锰氧化物作为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，但是该种锂离子二次电池在实际应用中的高温循环性能和抗产气性能较差。

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、其制备方法、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良好的高温循环性能和抗产气性能。
[0005]本专利技术实施例第一方面提供一种正极活性材料，正极活性材料包括本体颗粒和包覆在本体颗粒外表面的包覆层，本体颗粒包括锂镍钴锰氧化物，包覆层包括M1元素的氧化物；本体颗粒掺杂有M2元素和M3元素，且本体颗粒中任意一点的M2元素质量浓度偏差为20％以下，本体颗粒中的M3元素由本体颗粒外表面至核心方向具有减小的浓度梯度；M1元素及M3元素各自独立地选自Mg、Al、Ca、Ba、Ti、Zr、Zn及B中的一种或多种，M2元素包括Si、Ti、Cr、Mo、V、Ge、Se、Zr、Nb、Ru、Rh、Pd、Sb、Te、Ce及W中的一种或多种。
[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]本专利技术实施例第四方面提供一种正极活性材料的制备方法，方法包括：
[0009]基体颗粒的制备，将镍钴锰三元材料前驱体、锂源及M2元素的前驱体混合，并烧结处理，得到均匀掺杂有M2元素的基体颗粒；
[0010]本体颗粒的制备，将基体颗粒与改性元素的前驱体混合，并烧结处理，以使改性元素由基体颗粒外表面至核心方向呈减小的浓度梯度掺杂于基体颗粒，得到本体颗粒，其中，改性元素为M3元素或M3元素和X元素的组合；
[0011]包覆层的制备，将本体颗粒与M1元素的前驱体混合，并烧结处理，以在本体颗粒的外表面形成含M1元素的氧化物包覆层，得到正极活性材料；其中，
[0012]本体颗粒中任意一点的M2元素质量浓度偏差为20％以下；
[0013]M1元素及M3元素各自独立地选自Mg、Al、Ca、Ba、Ti、Zr、Zn及B中的一种或多种，M2元素包括Si、Ti、Cr、Mo、V、Ge、Se、Zr、Nb、Ru、Rh、Pd、Sb、Te、Ce及W中的一种或多种。
[0014]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：
[0015]本专利技术实施例提供的正极活性材料包括锂镍钴锰氧化物，其具有较高的比容量特性。正极活性材料的本体颗粒中均匀掺杂有M2元素，本体颗粒由自身外表面至核心方向呈减小的浓度梯度掺杂有M3元素，在本体颗粒的外表面还包覆有含M1元素氧化物的包覆层，并且M1元素、M2元素和M3元素各自选自特定的元素种类。这能在保证正极活性材料具有较高的容量发挥的同时，有效提高正极活性材料在高温循环及高温存储过程中的结构稳定性，并减少电解液在材料表面的副反应，提高材料的抗产气性能，降低电池产气量。由此，采用本专利技术实施例的正极活性材料，能使锂离子二次电池同时兼顾较高的能量密度、高温循环性能及高温存储性能。
附图说明
[0016]图1为根据本专利技术实施例的一种正极活性材料的包覆及掺杂示意图。
[0017]图2为根据本专利技术实施例的另一种正极活性材料的包覆及掺杂示意图。
[0018]图3为由EDS结合SEM扫描测试得到的正极活性材料颗粒的截面，其中颗粒外表面至外虚线1的范围为由正极活性材料的颗粒外表面至核心方向达到正极活性材料的颗粒粒径1/5处的厚度范围，颗粒外表面至内虚线2的范围为由正极活性材料的颗粒外表面至核心方向达到正极活性材料的颗粒粒径2/3处的厚度范围，且在颗粒截面的任一取向，颗粒外表面至外虚线1的厚度r1为正极活性材料颗粒在该取向的半径R的1/5，颗粒外表面至内虚线2的厚度r2为正极活性材料颗粒在该取向的半径R的2/3。
[0019]图4为实施例1～35及对比例1～9中本体颗粒的M2元素质量浓度偏差测试位置示意图。
具体实施方式
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]正极活性材料
[0025]本专利技术实施例第一方面提供一种正极活性材料，请参照图1，正极活性材料包括本体颗粒和包覆在本体颗粒外表面的包覆层，本体颗粒包括锂镍钴锰氧化物，包覆层包括M1元素的氧化物；本体颗粒掺杂有M2元素和M3元素，且本体颗粒中任意一点的M2元素质量浓度偏差为20％以下，本体颗粒中的M3元素由本体颗粒的外表面至核心方向具有减小的浓度梯度；M1元素及M3元素各自独立地选自Mg、Al、Ca、Ba、Ti、Zr、Zn及B中的一种或多种，M2元素包括Si、Ti、Cr、Mo、V、Ge、Se、Zr、Nb、Ru、Rh、Pd、Sb、Te、Ce及W中的一种或多种。
[0026]本专利技术实施例的正极活性材料包括锂镍钴锰氧化物，锂镍钴锰氧化物具有较高的比容量特性，采用该正极活性材料能够使得锂离子二次电池具有较高的能量密度。优选地，锂镍钴锰氧化物中镍的摩尔含量占过渡金属位元素的总摩尔含量的50％～95％，如50％、60％、65％、70％、75％、80％、8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，包括本体颗粒和包覆在所述本体颗粒外表面的包覆层，所述本体颗粒包括锂镍钴锰氧化物，所述包覆层包括M1元素的氧化物；所述本体颗粒掺杂有M2元素和M3元素，且所述本体颗粒中任意一点的M2元素质量浓度偏差为20％以下，所述本体颗粒中的M3元素由所述本体颗粒的外表面至核心方向具有减小的浓度梯度；所述M1元素及M3元素各自独立地选自Mg、Al、Ca、Ba、Ti、Zr、Zn及B中的一种或多种，所述M2元素包括Si、Ti、Cr、Mo、V、Ge、Se、Zr、Nb、Ru、Rh、Pd、Sb、Te、Ce及W中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，所述M1元素与所述M3元素的含量比为1:1～5:1，优选为1:1～3:1；所述M1元素和M3元素的含量均为在正极活性材料中的以ppm计的含量。3.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，所述本体颗粒中掺杂有0ppm～5000ppm含量的X元素，所述X元素包括F、Cl、Br及S中的一种或多种，所述X元素的含量为在正极活性材料中的含量；所述本体颗粒中X元素的含量为大于0ppm时，所述X元素由所述本体颗粒外表面至核心方向具有减小的浓度梯度。4.根据权利要求3所述的正极活性材料，其特征在于，由所述正极活性材料的颗粒外表面至核心方向达到所述正极活性材料的颗粒粒径1/5处的厚度范围内所含M1元素、M3元素及X元素的质量之和占所述正极活性材料颗粒中M1元素、M3元素及X元素的总质量的50％以上，优选为55％以上；和/或，由所述正极活性材料的颗粒外表面至核心方向达到所述正极活性材料的颗粒粒径2/3处的厚度范围内所含M1元素、M3元素及X元素的质量之和占所述正极活性材料颗粒中M1元素、M3元素及X元素的总质量的90％以上，优选为93％以上。5.根据权利要求1至4任一项所述的正极活性材料，其特征在于，所述M1元素与所述M3元素相同。6.根据权利要求1至5任一项所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料中，所述M1元素的含量为100ppm～3000ppm；所述M2元素的含量为100ppm～5000ppm；所述M3元素的含量为100ppm～3000ppm。7.根据权利要求1至6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体积平均粒径D
v
50为8μm～20μm；和/或，所述包覆层的厚度T为0.001μm～0.5μm，优选地，所述包覆层的厚度T与所述正极活性材料的平均颗粒粒径之间满足：之间满足：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...

【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：