[发明专利]一种正极活性物质及其制备方法和在锂离子二次电池中的用途

说明书

本发明提供了一种正极活性物质及其制备方法和在锂离子二次电池中的用途，通过在锂离子二次电池中引入高电压钴酸锂正极活性物质可以有效的提升电池的循环性能，同时，随着锂离子二次电池循环的进行，高电压钴酸锂正极活性物质的DSC放热峰出峰温度向更低温度偏移，但是偏移程度更小。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高电压钴酸锂正极活性物质及其制备方法和在锂离子二次电池中的用途。

背景技术

锂离子电池自从商业化以来，由于它的比能量高、循环性能好，被广泛用于笔记本、手机等数码领域。但是，随着人类对电子设备需求的不断提高，对锂离子二次电池的能量密度也随之提出了更高的要求，电池的能量密度与电池的体积、放电电压平台以及放电容量有很大的关系，同时也与材料的压实有很大关系，因此提升电池的放电电压平台成为提升电池能量密度有效手段之一。然而，当锂离子电池充电到4.2V以上时，正极活性物质LiCoO₂中的锂离子脱出后形成Li_1-xCoO₂(0≤x≤0.5)，继续充电，当充电电压提高至4.4V以上后，LiCoO₂中会有更多的锂离子脱出，进而六方晶系向单斜晶系的转变，而转变后的单斜晶系的LiCoO₂将不再具有可逆的锂离子脱嵌能力，同时，当电池体系达到4.4V及以上后，正极活性物质与电解液的副反应也会逐渐加剧，因此，目前商业应用的钴酸锂活性材料的可逆容量远小于其理论容量(274mAh/g)。

发明内容

研究发现，为了从正极活性物质的角度提升电池整体的能量密度，就势必需要提升电池在更高电压下的结构稳定性和循环稳定性，对于正极活性物质来说，进行一定的包覆掺杂改性就可以有效的提升正极活性物质在高电压体系下的结构稳定性和循环稳定性。本发明涉及一种高电压钴酸锂正极活性物质及其制备方法和在锂离子二次电池中的用途，通过调控钴酸锂正极活性物质的结构和组成，可以在高电压体系下有效提升电池的结构稳定性和循环稳定性。同时我们对比了常规的正极活性物质和本发明的正极活性物质在循环前后的DSC，测试结果表明，在2.5V-4.45V(对石墨电极，不包含4.45V)的循环后，常规的正极活性物质在循环前后的DSC的放热峰出峰位置明显前移，这表明，随着循环的进行，常规的正极活性物质的结构稳定性明显降低，而本发明的正极活性物质在循环前后的DSC的放热峰的出峰位置移动幅度较常规的正极活性物质的小，表明通过本发明的改性手段，正极活性物质的循环稳定性和结构稳定性有所提升。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种正极活性物质，所述正极活性物质包括至少一种核材料和至少一种壳材料，所述至少一种壳材料包覆在所述至少一种核材料表面形成至少一种具有核壳结构的颗粒；

所述至少一种核材料的组成相同或不同，彼此独立地选自Li_xMe_1-yM_yO₂，其中，Me＝Co_1-a-bAl_aZ_b，M为Al、Mg、Ti、Zr、Co、Ni、Mn、Y、La、Sr、W、Sc中的一种或多种，Z为Mg、Ti、Zr、Co、Ni、Mn中的一种或多种；0.95≤x≤1.05，0≤y≤0.1，0≤a≤0.2，0≤b≤0.1；

所述至少一种壳材料的组成相同或不同，彼此独立地选自金属氟化物、金属氧化物、金属硼酸盐化合物、金属磷酸盐化合物中的一种或多种。

具体的，所述正极活性物质包括至少一种核材料和至少一种壳材料，所述至少一种壳材料包覆在所述至少一种核材料表面形成至少一种具有核壳结构的颗粒；即形成的正极活性物质可以定义为An×Bn，其中An代表至少一种核材料，所述Bn代表至少一种壳材料。