[发明专利]正极活性物质、其制备方法及正极极片与锂离子二次电池

说明书

本发明公开了正极活性物质、其制备方法及正极极片与锂离子二次电池。正极活性物质包括活性物质本体颗粒和含N元素氧化物包覆层；活性物质本体颗粒的表面掺杂有M元素以形成掺杂层，M元素的含量为400ppm～3000ppm且M元素的含量由活性物质本体颗粒的外表面至核心方向逐渐减小；包覆层中N元素的含量为100ppm～2000ppm；包覆层中N元素的单位体积平均含量大于掺杂层中M元素的单位体积平均含量；M元素和N元素各自独立地为Mg、Ca、Ce、Ti、Zr、Al、Zn及B中的一种或多种。本发明的正极活性物质能够提高锂离子二次电池的容量、能量密度、循环性能及安全性能。

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种正极活性物质、其制备方法及正极极片与锂离子二次电池。

背景技术

目前，锂离子二次电池由于其高电压平台、高比能量、无记忆效应和环境污染小等优点，被广泛应用于电动汽车以及电子产品中，占据动力电池的核心地位。然而，新能源电动汽车的续航里程短、存在安全隐患是制约其快速发展的重要因素；电子产品因需要频繁充电而给使用者造成不便，还会造成电池容量及使用寿命的衰减。随着科学技术的不断发展和人们生活水平的不断提高，同样对动力电池的能量密度、循环性能及安全性能提出了更高的要求。

现有技术通过对正极活性物质掺杂改性、表面包覆改性，一定程度上提高了锂离子二次电池的循环性能及安全性能，但是效果一般，随着锂离子二次电池反复充电放电，其容量快速降低，尤其在高温下更为严重，并且锂离子二次电池在高温下的安全性能仍然较低。特别是，对正极活性物质进行掺杂改性、表面包覆改性，还会牺牲锂离子二次电池的容量及能量密度。

发明内容

本发明实施例提供一种正极活性物质、其制备方法及正极极片与锂离子二次电池，能够提高锂离子二次电池的容量、能量密度、循环性能及安全性能。

本发明实施例第一方面提供一种正极活性物质，包括活性物质本体颗粒和包覆在活性物质本体颗粒外表面的含N元素氧化物包覆层；其中，活性物质本体颗粒的表面掺杂有M元素，以形成掺杂层，掺杂层中M元素的含量为400ppm～3000ppm，并且M元素的含量由活性物质本体颗粒的外表面至核心方向逐渐减小；包覆层中N元素的含量为100ppm～2000ppm；M元素和N元素各自独立地为Mg、Ca、Ce、Ti、Zr、Al、Zn及B中的一种或多种；M元素的含量与N元素的含量均为在正极活性物质中的含量，且包覆层中N元素的单位体积平均含量大于掺杂层中M元素的单位体积平均含量。

本发明实施例第二方面提供一种正极极片，包括集流体以及设置于集流体的至少一个表面上的正极膜片，正极膜片包括本发明实施例第一方面提供的正极活性物质。

本发明实施例第三方面提供一种锂离子二次电池，包括正极极片、负极极片、隔离膜和电解液，其中正极极片为本发明实施例第二方面提供的正极极片。

本发明实施例第四方面提供一种正极活性物质的制备方法，包括：将过渡金属源与锂源混合并进行烧结处理，得到活性物质基体颗粒；将活性物质基体颗粒与M元素的源混合并进行烧结处理，以使M元素掺杂于颗粒表面形成掺杂层，得到活性物质本体颗粒；将活性物质本体颗粒与N元素的源混合并进行烧结处理，以在活性物质本体颗粒的外表面形成含N元素氧化物包覆层，得到正极活性物质；其中，M元素和N元素各自独立地为Mg、Ca、Ce、Ti、Zr、Al、Zn及B中的一种或多种；掺杂层中M元素的含量为400ppm～3000ppm、且M元素的含量由活性物质本体颗粒的外表面至核心方向逐渐减小，包覆层中N元素的含量为100ppm～2000ppm，M元素的含量与N元素的含量均为在正极活性物质中的含量，且包覆层中N元素的单位体积平均含量大于掺杂层中M元素的单位体积平均含量。

本发明实施例提供的正极活性物质、其制备方法及正极极片与锂离子二次电池，通过将M元素掺杂于活性物质本体颗粒表面，并将N元素的氧化物包覆在活性物质本体颗粒的外表面，同时控制M元素和N元素的种类及含量在预定范围内，显著提高了锂离子二次电池的容量、能量密度、循环性能及安全性能。

附图说明