正极活性材料、正极片及锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种正极活性材料、正极片及锂离子电池。本发明专利技术的正极活性材料包括至少含有锂元素和镍元素的锂复合氧化物，所述镍元素和所述锂元素的摩尔比为(0.5～0.96):1；通过dQ/dV曲线确定H2+H3相变的峰值电压V1，所述正极活性材料在V1电压下的热分解温度为T1；所述正极活性材料的截止电压为V2，所述正极活性材料在V2电压下的热分解温度为T2，其中，0℃≤T1

【技术实现步骤摘要】
正极活性材料、正极片及锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，涉及一种正极活性材料、正极片及锂离子电池。

技术介绍

[0002]近年来，锂离子电池由于具有良好的电化学性能而被广泛应用于各个领域，如手机、电脑、电动工具、电动车等。锂离子电池的安全性能决定了包括该锂离子电池的设备和装置的安全性和可靠性。
[0003]锂离子电池的安全问题主要是各种因素导致的热失控问题。常见的过渡金属氧化物正极活性材料通常具有良好的电化学性能，但是其中绝大多数在高温下会分解释放出氧，锂离子电池中的电解液和隔膜等部件后遇到氧都容易燃烧，导致锂离子电池出现热失控的现象。
[0004]因此开发出一种能够使锂离子电池具有良好安全性能的正极活性材料具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种正极活性材料，通过控制材料在不同相变电压下与充电截止电压下的热分解温度差值，使正极活性材料具有良好的结构稳定性，在充放电的过程中兼具良好的循环性能和热安全性能，不易出现热失控的现象。
[0006]本专利技术还提供一种正极片和锂离子电池，由于包括上述正极活性材料，因此也具有良好的循环性能和热安全性能，不易出现热失控的现象。
[0007]本专利技术第一方面提供一种正极活性材料，所述正极活性材料包括至少含有锂元素和镍元素的锂复合氧化物，所述镍元素和所述锂元素的摩尔比为(0.5～0.96):1；
[0008]通过dQ/dV曲线确定H2+H3相变的峰值电压为V1，所述正极活性材料在V1电压下的热分解温度为T1；所述正极活性材料的充电截止电压为V2，所述正极活性材料在V2电压下的热分解温度为T2，其中，0℃≤T1
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T2≤30℃。
[0009]具有以上组成的锂镍复合氧化物在充电过程中，随着锂离子含量的变化，主要经历的相变阶段依次有：菱面体相H1、单斜晶相M、新的菱面体相H2、新的菱面体相H3，最后的相变过程是不可逆的。镍锂复合氧化物在充电过程中的嵌入脱出过程发生的相变所产生的材料结构变化会影响材料长期循环的稳定性。而专利技术人研究发现，锂镍复合氧化物正极活性材料在不同相变电压条件下的热分解温度差值越小，正极材料的结构稳定性越好，尤其是V1和V2电压下都是对应与H2和H3的混合相结构，且H3相是最不稳定的结构，如果是增多了H3相，热分解温度差值越小，说明正极材料越难释放氧，材料的结构稳定性越高。当控制正极活性材料在H2+H3相变的峰值电压V1电压下的热分解温度T1与正极活性材料在充电截止电压V2电压下的热分解温度T2的关系满足0℃≤T1
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T2≤30℃，正极活性材料具有良好的结构稳定性，在充放电过程中保持有良好的循环性能且不易发生热失控的现象。
[0010]需要说明的是，锂镍复合氧化物中镍元素的含量不同，充电截止电压也会有所不
同，将镍元素的摩尔占比定义为x，当0.5≤x＜0.7时，充电截止电压为4.4V；当0.7≤x＜0.8时，充电截止电压为4.35V；当0.8≤x≤0.96时，充电截止电压为4.25V。
[0011]优选的，0℃≤T1
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T2≤20℃，进一步优选的，0℃≤T1
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T2≤15℃。
[0012]进一步的，在充电过程中正极活性材料在H2相转变至M相的峰值电压下与正极活性材料在充电截止电压下的热分解温度差值，与正极活性材料在H1相转变至M相的峰值电压下与正极活性材料在充电截止电压下的热分解温度差值也对正极活性材料的结构稳定性有重要影响。
[0013]在一种具体的实施方式中，通过所述dQ/dV曲线确定所述正极活性材料在H2+M相变的峰值电压为V3，所述正极活性材料在所述V3电压下的热分解温度为T3，其中，当控制0℃≤T3
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T2≤40℃，优选的，0℃≤T3
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T2≤30℃，进一步优选的，0℃≤T3
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T2≤25℃时，正极活性材料具有更为优异的结构稳定性，电池的热安全性能更好。
[0014]同样的，在一种具体的实施方式中，通过所述dQ/dV曲线确定所述正极活性材料在H1+M相变的峰值电压为V4，所述正极活性材料在所述V4电压下的热分解温度为T4，其中，当控制0℃≤T4
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T2≤50℃，优选的，0℃≤T4
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T2≤40℃，0℃≤T4
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T2≤40℃，进一步优选的，0℃≤T4
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T2≤30℃时，正极活性材料具有更为优异的结构稳定性，电池的热安全性能更好。
[0015]需要说明的是，如果在一个电压条件下，正极活性材料的DSC曲线上具有两个热分解峰，那么该电压下对应的热分解温度以第一个出现的热分解峰的温度为准。
[0016]本专利技术的正极活性材料除锂、镍、氧三种元素外，还可以包括其他金属元素，在一种具体的实施方式中，本专利技术的正极活性材料的分子式为Li
1+a
[Ni
x
Co
y
M
z
M1
b
]O2，其中，0.5≤x＜1，0＜y＜0.3，0＜z＜0.3，0＜a＜0.2，0＜b＜0.2，并且x+y+z+b＝1；M选自Mn和/或Al，M1选自Zr、Mg、Ti、Te、Al、Ca、Sr、Sb、Nb、Pb、V、Ge、Se、W、Mo、Zn、Ce、Y中的至少一种。优选的，M1选自Zr、Mg、Ti、Al、Sr、Nb、W、Mo中的至少一种。其中，M1均为掺杂元素，采用以上元素对正极活性材料进行掺杂能进一步改善材料的结构稳定性和循环性能。
[0017]进一步的，所述正极活性材料还包括包覆层，所述包覆层包括离子导体。离子导体可选自金属锂化物或非金属锂化物，其中，金属锂化物可选自磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂材料(镍的摩尔含量＜60％)、锰酸锂、镍酸锂、钛酸锂、磷酸钛铝锂、钛酸镧锂、钽酸镧锂、磷酸锗铝锂、锂镧锆氧、镧锆铝锂氧、铌掺杂锂镧锆氧、钽掺杂锂镧锆氧中的一种或多种；非金属锂化物选自硼锂化合物、硫锂化合物、磷锂化合物中的一种或多种。根据不同正极活性材料组成的不同，采用以上离子导体对正极活性材料进行表面包覆改性，有利于改善正极活性材料的稳定性、分散性、导电性、循环稳定性等性能。
[0018]本专利技术上述正极活性材料的制备方法不作特殊限定，可以采用本领域常规的制备方法。例如，可以将正极活性材料的氢氧化物前驱体与氢氧化锂混合后进行烧结，即得到正极活性材料。当正极活性材料中含有掺杂元素时，将正极活性材料的氢氧化物前驱体、氢氧化锂与掺杂元素的氧化物或氢氧化物或单质按比例混合后，进行烧结，即得到正极活性材料。当正极活性材料中除掺杂元素外，还包括包覆层时，在将正极活性材料的氢氧化物前驱体、氢氧化锂与掺杂元素的氧化物按比例混合后，完成一次烧结后，再将烧结产物破碎后于包覆剂混合，进行二次烧结，即可得到含有包覆层的正极活性材料。
[0019]本专利技术第二方面提供一种正极片，包括本专利技术第一方面提供的正极活性材料。由于本发本文档来自技高网...

【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至少含有锂元素和镍元素的锂复合氧化物，所述镍元素和所述锂元素的摩尔比为(0.5～0.96)：1；通过dQ/dV曲线确定H2+H3相变的峰值电压V1，所述正极活性材料在V1电压下的热分解温度为T1；所述正极活性材料的充电截止电压为V2，所述正极活性材料在V2电压下的热分解温度为T2，其中，0℃≤T1
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T2≤30℃。2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，0℃≤T1
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T2≤20℃。3.根据权利要求1或2所述的正极活性材料，其特征在于，通过所述dQ/dV曲线确定所述正极活性材料在H2+M相变的峰值电压为V3，所述正极活性材料在所述V3电压下的热分解温度为T3，其中，0℃≤T3
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T2≤40℃。4.根据权利要求3所述的正极活性材料，其特征在于，0℃≤T3
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T2≤30℃。5.根据权利要求1
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4任一项所述的正极活性材料，其特征在于，通过所述dQ/dV曲线确定所述正极活性材料在H1+M相变的峰值电压为V4，所述正极活性材料在所述V4电压下的热分...

【专利技术属性】
技术研发人员：于建，孙辉，黄晓笑，蔡力伟，
申请(专利权)人：宁波容百新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：