一种正极活性材料、含有其的正极片及电池制造技术

本发明专利技术提供一种正极活性材料、含有其的正极片及电池。该正极活性材料呈颗粒状，颗粒包括表面和体相，颗粒的横截面从最外层向中心方向0～500nm的区域为表面，其余区域为体相；颗粒的表面的晶胞参数C轴的轴长H1与颗粒的体相的晶胞参数C轴的轴长H2满足：H2

【技术实现步骤摘要】
一种正极活性材料、含有其的正极片及电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种正极活性材料、含有其的正极片及电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池因具有工作电压高、循环使用寿命长、无记忆效应、自放电小、环境友好等优点，已被广泛应用于各种便携式电子产品和电动汽车中。锂离子电池主要由正极片、负极片、隔膜和电解液四个部分组成，其中，正极活性材料是正极片的重要组成部分之一，对锂离子电池的电化学性能和安全性能起着至关重要的作用。
[0003]在锂离子电池的充电过程中，锂离子从正极脱出并嵌入到负极之中，放电的过程则恰好相反。最理想的情况应该是充电时从正极脱出并嵌入到负极的锂离子，在放电过程中从负极全部脱出并均匀地嵌入到正极之中。但是，在锂离子电池的实际充放电过程中，由于界面副反应和极化等问题的存在，无法做到全部锂离子回到正极或者锂离子均匀地嵌入正极活性材料之中，会存在正极活性材料脱嵌锂不均匀的情况，锂离子呈现出的浓度梯度分布会导致正极活性材料颗粒内部的应力分布不均匀，正极活性材料在锂离子嵌入和脱出过程中会引起正极活性材料晶格的膨胀和收缩进而引起正极活性材料的体积变化，并且，随着微应力应变在正极活性材料晶粒中发生积累，正极活性材料颗粒内部会产生微裂纹，电解液会进入正极活性材料内部并对其进行侵蚀，破坏正极活性材料的结构，导致锂离子电池的电化学性能下降。

技术实现思路

[0004]为了改善由于正极活性材料脱嵌锂不均匀而导致的正极活性材料颗粒内部的应力分布不均匀的情况，提高正极活性材料的结构稳定性和电化学性能，本专利技术提供一种正极活性材料、含有其的正极片及电池。
[0005]根据本专利技术的第一个方面，提供一种正极活性材料，该正极活性材料呈颗粒状，颗粒包括表面和体相，颗粒的横截面从最外层向中心方向0～500nm的区域为表面，其余区域为体相；颗粒的表面的晶胞参数C轴的轴长定义为H1，颗粒的体相的晶胞参数C轴的轴长定义为H2，H1、H2满足：H2
‑
H1≤0.4nm。
[0006]本专利技术提供的正极活性材料呈颗粒状，正极活性材料颗粒表面的晶胞参数C轴的轴长H1与体相的晶胞参数C轴的轴长H2满足H2
‑
H1≤0.4nm这一关系式，正极活性材料颗粒的晶体各向异性程度较小，使得正极活性材料在脱嵌锂时表面的荷电状态（SOC）趋于均匀，能够平衡正极活性材料不同区域间的晶格参数，缓解微应力应变的积累，同时保证正极活性材料的结构均匀性，减少正极活性材料的局部应力造成的极化和不可逆相变的发生，从而提高正极活性材料的结构稳定性和电化学性能。若正极活性材料颗粒表面的晶胞参数C轴的轴长H1与体相的晶胞参数C轴的轴长H2不满足H2
‑
H1≤0.4nm这一关系式，一方面，会导致单个颗粒表面和体相脱嵌锂不均匀，从而出现正极活性材料的表面和体相之间存在晶格
严重失配的现象，进而微应力应变会在正极活性材料晶粒中发生积累，造成微裂纹的产生，降低正极活性材料的结构稳定性，另一方面，将导致正极表面的荷电状态（SOC）不均匀，正极活性材料颗粒中会存在贫Li区，由于电荷补偿效应，靠近Li空位的Ni
2+
将被氧化为Ni
4+
，而Ni和O也有电荷补偿效应，会出现O空位，降低了Ni
2+
的迁移势垒，使Ni
2+
更容易向Li层迁移，这会形成岩盐相区，引起不可逆相变，从而引起正极活性材料在循环过程中电化学性能的急剧恶化。
[0007]根据本专利技术的第二个方面，提供一种正极片，该正极片包括上述正极活性材料。
[0008]将本专利技术提供的正极活性材料应用于正极片中，能够提高正极片的结构稳定性，同时赋予电极片良好的电化学性能。
[0009]根据本专利技术的第三个方面，提供一种电池，该电池包括上述正极活性材料。
[0010]将本专利技术提供的正极活性材料应用于电池中，赋予电池良好的电化学性能。
具体实施方式
[0011]为了改善由于正极活性材料脱嵌锂不均匀而导致的正极活性材料颗粒内部的应力分布不均匀的情况，提高正极活性材料的结构稳定性和电化学性能，本专利技术提供一种正极活性材料、含有其的正极片及电池。
[0012]根据本专利技术的第一个方面，提供一种正极活性材料，该正极活性材料呈颗粒状，颗粒包括表面和体相，颗粒的横截面从最外层向中心方向0～500nm的区域为表面，其余区域为体相；颗粒的表面的晶胞参数C轴的轴长定义为H1，颗粒的体相的晶胞参数C轴的轴长定义为H2，H1、H2满足：H2
‑
H1≤0.4nm。
[0013]本专利技术提供的正极活性材料呈颗粒状，正极活性材料颗粒表面的晶胞参数C轴的轴长H1与体相的晶胞参数C轴的轴长H2满足H2
‑
H1≤0.4nm这一关系式，正极活性材料颗粒的晶体各向异性程度较小，使得正极活性材料在脱嵌锂时表面的荷电状态（SOC）趋于均匀，能够平衡正极活性材料不同区域间的晶格参数，缓解微应力应变的积累，同时保证正极活性材料的结构均匀性，减少正极活性材料的局部应力造成的极化和不可逆相变的发生，从而提高正极活性材料的结构稳定性和电化学性能。若正极活性材料颗粒表面的晶胞参数C轴的轴长H1与体相的晶胞参数C轴的轴长H2不满足H2
‑
H1≤0.4nm这一关系式，一方面，会导致单个颗粒表面和体相脱嵌锂不均匀，从而出现正极活性材料的表面和体相之间会存在晶格严重失配的现象，进而微应力应变会在正极活性材料晶粒中发生积累，造成微裂纹的产生，降低正极活性材料的结构稳定性，另一方面，将导致正极表面的荷电状态（SOC）不均匀，正极活性材料颗粒中会存在贫Li区，由于电荷补偿效应，靠近Li空位的Ni
2+
将被氧化为Ni
4+
，而Ni和O也有电荷补偿效应，会出现O空位，降低了Ni
2+
的迁移势垒，使Ni
2+
更容易向Li层迁移，这会形成岩盐相区，引起不可逆相变，从而引起正极活性材料在循环过程中电化学性能的急剧恶化。
[0014]优选地，颗粒的表面的脱锂量定义为A，颗粒的体相的脱锂量定义为B，A、B满足：A
‑
B≤0.15。
[0015]本方案所涉及的正极活性材料中，表面的脱锂量A与体相的脱锂量B满足A
‑
B≤0.15这一关系式，可使得正极活性材料颗粒脱嵌锂时表面的荷电状态（SOC）趋于均匀，平衡正极活性材料不同区域间的晶格参数，缓解微应力应变的积累，同时保证正极活性材料结
构的均匀性和稳定性，减少不可逆相变的发生，提升正极活性材料的电化学性能，且正极活性材料表面和体相的脱锂量差值越小，脱嵌锂时表面SOC越均匀，正极活性材料的电化学性能越优异。
[0016]优选地，正极活性材料的粒径D50为1～6μm。
[0017]本方案所涉及的正极活性材料的粒径D50在1～6μm范围之内，可缩短Li
+
的传输路径，降低本文档来自技高网...

【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：所述正极活性材料呈颗粒状，所述颗粒包括表面和体相，所述颗粒的横截面从最外层向中心方向0～500nm的区域为表面，其余区域为体相；所述颗粒的表面的晶胞参数C轴的轴长定义为H1，所述颗粒的体相的晶胞参数C轴的轴长定义为H2，所述H1、所述H2满足：H2
‑
H1≤0.4nm。2.如权利要求1所述正极活性材料，其特征在于：所述颗粒的表面的脱锂量定义为A，所述颗粒的体相的脱锂量定义为B，所述A、所述B满足：A
‑
B≤0.15。3.如权利要求1所述正极活性材料，其特征在于：所述正极活性材料的粒径D50为1～6μm。4.如权利要求3所述正极活性材料，其特征在于：所述正极活性材料的粒径D...

【专利技术属性】
技术研发人员：王哲，张潇阳，李奎，单旭意，李康，
申请(专利权)人：中创新航科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：