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。正极活性材料包括含镍的锂复合氧化物，含镍的锂复合氧化物的分子式为Li

【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]本申请是基于申请号为201910845573.7，申请日为2019年09月02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

[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，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。
[0004]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

[0005]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。
[0006]本专利技术实施例一方面提供一种正极活性材料，正极活性材料包括含镍的锂复合氧化物，含镍的锂复合氧化物的分子式为Li
1+a
[Ni
x
Co
y
Mn
z
M
b
]O2，分子式中，M为过渡金属位掺杂元素，0.5≤x<1，0≤y<0.3，0≤z<0.3，
‑
0.1≤a<0.2，0<b<0.3，x+y+z+b＝1；正极活性材料具有层状晶体结构，属于空间群；正极活性材料在78％脱锂态时，至少部分掺杂元素M的化合价为+3价以上、且正极活性材料的表面氧平均价态V
O
为
‑
2.0≤V
O
≤
‑
1.5。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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：
[0010]本专利技术实施例提供的正极活性材料包括具有特定化学组成及结构的含镍的锂复合氧化物，使得正极活性材料具有较高的充放电电压和比容量特性，采用该正极活性材料的锂离子二次电池能够表现出较高的容量性能和能量密度。正极活性材料还包括掺杂元素M，正极活性材料在78％脱锂态时，至少部分掺杂元素M的化合价为+3价以上。通过M元素掺杂改性使得正极活性材料在78％脱锂态的表面氧价态Vo与基态氧化合价(
‑
2价)相差在较
小的范围内，能够显著提高正极活性材料的结构稳定性、并减少表面副反应，从而显著提高电池的高温循环性能。因此，采用本专利技术实施例的正极活性材料，使得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
[0011]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。
[0012]图1为实施例1的正极活性材料二次颗粒的掺杂元素分布图像，其是采用日本电子(JEOL)公司的IB
‑
09010CP型截面抛光仪(Cross Section Polisher，CP)制备截面，采用牛津仪器X
‑
Max型能谱仪(Energy Dispersive Spectroscopy，EDS)测试获得；图中亮点表示掺杂元素，掺杂元素在颗粒中均匀分布。
[0013]图2为实施例1～25及对比例1～4的正极活性材料二次颗粒中掺杂元素的质量浓度偏差测试的取点位置示意图。
[0014]图3为实施例1的正极活性材料在78％脱锂态的Sb 3d轨道的X射线光电子能谱分析(X
‑
ray photoelectron spectroscopy，XPS)谱图。
[0015]图4为实施例1的正极活性材料在78％脱锂态的O1s轨道的XPS谱图。
具体实施方式
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]正极活性材料
[0021]首先说明本专利技术实施例第一方面的一种正极活性材料。正极活性材料包括含镍的锂复合氧化物，含镍的锂复合氧化物的分子式为Li
1+a
[Ni
x
Co
y
Mn
z
M
b
]O2，其中，M为过渡金属位掺杂元素，0.5≤x<1，0≤y<0.3，0≤z<0.3，
‑
0.1≤a<0.2，0<b<0.3，x+y+z+b＝1；正极活性材
料具有层状晶体结构，属于空间群；正极活性材料在78％脱锂态时，至少部分掺杂元素M的化合价为+3价以上、且正极活性材料的表面氧平均价态V
O
为
‑
2.0≤V
O
≤
‑
1.5。
[0022]在本文中，“78％脱锂态”是指电池在充电过程中，从正极活性材料中脱出的锂的摩尔含量占理论锂含量为78％时的状态。二次电池在实际使用过程中，一般会设定一个“满充状态”，并对应设置一个“充电截止电压”，以保证电池的安全使用。“满充本文档来自技高网...

【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含镍的锂复合氧化物，所述含镍的锂复合氧化物的分子式为Li
1+a
[Ni
x
Co
y
Mn
z
M
b
]O2，所述分子式中，M为过渡金属位掺杂元素，0.5≤x<1，0≤y<0.3，0≤z<0.3，
‑
0.1≤a<0.2，0<b<0.3，x+y+z+b＝1；所述正极活性材料具有层状晶体结构，属于R3m空间群；所述正极活性材料在78％脱锂态时，至少部分所述掺杂元素M的化合价为+3价以上、且所述正极活性材料的表面氧平均价态V
O
为
‑
2.0≤V
O
≤
‑
1.5；所述正极活性材料的真实掺杂浓度ω为2300μg/cm3≤ω≤49100μg/cm3。2.根据权利要求1所述的正极活性材料，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，所述二次颗粒中任意一点的所述掺杂元素M的质量浓度偏差为20％以下。3.根据权利要求1或2所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料在78％脱锂态的体相结构氧缺陷形成能ΔE
O
‑
vac
满足：ΔE
O
‑
vac
≥0.5eV，优选的ΔE
O
‑
vac
≥0.7eV。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，所述正极活性材料在78％脱锂态时，所述掺杂元素M具有两个以上不同的价态，且处于最高价态的所述掺杂元素M的化合价为+4价、+5价、+6价、+7价及+8价中的一种或多种；...

【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：