[发明专利]正极活性材料、正极极片及电化学储能装置

说明书

公开一种正极活性材料、正极极片及电化学储能装置。该正极活性材料包括层状结构的锂金属复合氧化物LiNi_xCo_yM_zO₂，其中0.7≤x≤0.9，0.05≤y≤0.2，0.05≤z≤0.2，x+y+z=1，M为Mn、Al中的至少一种；且粒径为300‑1000nm的锂金属复合氧化物颗粒的占总重量的0.1‑8%；粒径为1300‑3550nm的锂金属复合氧化物颗粒占总重量的30‑75%；粒径为4500‑8800nm的锂金属复合氧化物颗粒占总重量的10‑35%。正极活性材料中不同粒度颗粒含量合理分布，有效减少其与电解液的副反应，降低了电化学储能装置产气量，且改善存储性能同时不恶化电化学储能装置其他性能。

技术领域

本发明涉及用于锂离子电池的正极活性材料及包含该正极活性材料的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度高、能量效率高、无记忆效应、自放电率低等优点，已被广泛应用于电子产品、交通工具及航空航天等相关领域。随着新能源汽车产业的迅速发展，人们对于锂离子电池的要求越来越高。锂离子电池的诸多性能发挥很大程度上取决于锂离子电池正极材料的性能。三元正极材料由于具有放电容量高、循环寿命长等特点，在动力电池材料体系中应用越来越高。然而，三元正极材料电芯产气较严重，尤其是高镍的三元材料，随着镍含量的提升，材料结构变得不稳定，在高温和长循环等条件下，更容易出现失氧、起火、爆炸等极端安全事件，特别是目前全球变暖，极端高温天气频发，对锂离子电池的高温存储和高温下循环寿命提出更高的要求。

因此，需要开发正极活性材料，提高电池能量密度和改善高温性能。通过开发锂过渡金属复合氧化物，如NCM和NCA等，设计合理的比例，能够在一定程度上改善材料的稳定性，使材料在发挥更高容量的同时保持更好的稳定性和安全性，然而却对合成、存储、匀浆、涂布等工艺条件提出更为苛刻的要求，不规范的工艺条件容易引起材料在应用过程中的产气和容量下降问题。

发明内容

为克服现有技术的缺陷与不足，本发明的目的在于提供一种正极活性材料、正极极片及电化学储能装置，解决了目前正极活性材料高温存储和循环寿命不佳的问题。

发明人经过大量实验惊讶地发现，通过调整正极活性材料中颗粒的粒径范围及含量，实现不同粒度的正极活性物质含量呈现层级分布，使锂离子电池具有更好的高温存储性能和循环寿命，进一步实现电池的稳定性与安全性。

根据本发明提供的一个方面，提供一种正极活性材料，正极活性材料包括层状结构的锂金属复合氧化物，锂金属复合氧化物的化学式为：LiNi_xCo_yM_zO₂，其中0.7≤x≤0.9，0.05≤y≤0.2，0.05≤z≤0.2，x+y+z=1，M为Mn、Al中的一种；

按照重量占比，正极活性材料分成A、B、C三段粒度分布区间：

(1)区间A：由粒径为300nm-1000nm的锂金属复合氧化物颗粒组成，其占锂金属复合氧化物颗粒总重量的百分比为0.1%-8%；

(2)区间B：由粒径为1300nm-3550nm的锂金属复合氧化物颗粒组成，其占锂金属复合氧化物颗粒总重量的百分比为30%-75%；

(3)区间C：由粒径为4500nm-8800nm的锂金属复合氧化物颗粒组成，其占锂金属复合氧化物颗粒总重量的百分比为10%-35%。

优选地，所述区间A的颗粒占锂金属复合氧化物颗粒总重量的百分比为4%-7%。

优选地，所述区间B的颗粒占锂金属复合氧化物颗粒总重量的百分比为50%-70%。

优选地，所述区间C的颗粒占锂金属复合氧化物颗粒总重量的百分比为14%-25%。