[发明专利]一种正极活性材料、正极极片、锂离子电池及其应用

说明书

本申请属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种正极活性材料，并进一步公开其制备的正极极片及锂离子电池及其应用。本申请所述正极活性材料，包含锂镍钴锰氧化物，通过优化掺杂元素和掺杂均匀性，使材料在充放电过程中的晶胞参数变化较小，有效提高了材料的结构稳定性及材料发生相转变的温度，可改善二次电池的电化学性能。采用本申请所述正极活性材料的锂离子电池具有克容量较高、动力学较好和循环性能较优的性能优势。

技术领域

本申请属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种正极活性材料，并进一步公开其制备的正极极片、锂离子电池及其应用。

背景技术

锂离子电池由于具有比能量高、功率性能好、自放电低和循环寿命长等优点，已被广泛应用于各个领域。研究显示，正极材料的特性对电池的的能量密度、安全、寿命等性能具有决定性作用，提高正极材料的性能是调节电池性能的重要手段。为进一步推动锂离子电池行业发展，需开发更具性价比的正极材料，从而提高锂离子电池的能量密度，锂离子电池行业发展具有积极意义。

发明内容

为此，本申请所要解决的技术问题在于提供一种正极活性材料，所述正极活性材料通过优化掺杂元素和掺杂均匀性，使正极活性材料在充放电过程中的晶胞参数变化较小，提高正极活性材料晶体结构稳定性，且通过掺杂可调控晶体生长，合成尺寸适中和结晶性较好的正极活性材料，含有本申请的正极活性材料的锂离子电池具有克容量较高、动力学较好和循环性能较优的性能优势。

本申请所要解决的第二个技术问题在于提供上述三元正极活性材料的制备方法。

本申请所要解决的第三个技术问题在于提供基于上述三元正极活性材料制备的锂离子电池。

为解决上述技术问题，本申请所述的一种正极活性材料，所述材料包含锂镍钴锰氧化物；所述正极活性材料包含元素M，所述元素M包括Zr、W、Y、Sr、Al、Ti、Mo、La、Nb、Ce、In、V、B、Cu、Cr、Ba、Mg、Na或Si元素中的至少一种；

所述正极活性材料在脱锂百分比为9％至90％时，所述正极活性材料满足如下关系：晶胞体积V的最大变化率ΔV_max≤7.2％；

其中，ΔV_max＝V_max-V_min，所述V的计算公式如下：

V＝abcsin120°，或者，V＝a²csin120°；

其中，a、b、c分别为所述正极活性材料六方晶系的晶胞边长。

具体的，所述正极活性材料在脱锂百分比为9％至90％时，所述正极活性材料的晶胞边长a的最大变化率Δa_max≤2.2％，所述晶胞边长c的最大变化率Δc_max≤2.9％；

其中，Δa_max和Δc_max通过原位XRD法进行测试及计算得到。

根据本申请的一些实施例，，所述正极活性材料包含如Li_1+m[Ni_xCo_yMn_zM_p]O₂所示的锂镍钴锰氧化物；

其中，-0.2≤m0.2，0.3≤x1，0y0.4，0z0.4，0≤p0.1，x+y+z+p＝1；

所述元素M包括Zr、W、Y、Sr、Al、Ti、Mo、La、Nb、Ce、In、V、B、Cu、Cr、Ba、Mg、Na或Si元素中的至少一种。

具体的，所述正极活性材料中，单个所述元素M的质量浓度偏差η≤20％，其中，η＝(M_max-M_min)/M_mean；