[发明专利]正极活性材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本申请提供正极活性材料及其制备方法、锂离子电池，其中，所述正极活性材料的化学通式为Li_aY_bNi_xCo_yM_1‑x‑yO₂，其中，0.95≤a≤1.08，0≤b0.2，0.4≤x0.95，0≤y0.6；M选自Mn、Al、Cu、Zn、Cr中的至少一种；Y选自Na、K、Rb、Cs、Fr中的至少一种；所述Y离子在所述正极活性材料的锂层中的掺杂量是Y离子总掺杂量的80％以上。本申请提供的正极活性材料及其制备方法、锂离子电池，能够实现碱金属离子的定向掺杂，提高碱金属离子在锂层中的掺杂量，从而有效改善正极活性材料的结构稳定性，进而改善材料的循环性能。

技术领域

本申请涉及正极材料技术领域，具体地讲，涉及正极活性材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

三元正极材料由于其高的比容量和能量密度而备受关注，但是在实际的应用中还存在缺陷，由于锂离子与镍离子半径相近，存在阳离子混排现象，锂层中的镍离子浓度越大，锂在层状结构中的脱嵌越难，导致较大的容量衰减。

目前主要是通过离子掺杂来改善材料的结构稳定性以及电化学性能。但是一般的掺杂主要由高温的扩散来完成，元素掺杂在过渡金属层或过渡金属层和锂层，但是现有的掺杂处理无法实现精确掺杂，碱金属离子不能精确掺杂进入锂层内，导致锂层中的碱金属离子掺杂量不足，即碱金属离子无法在锂层中形成支柱结构，从而导致三元正极材料中的Li-Ni阳离子混排，使得材料的晶体结构稳定性下降。因此，如何实现碱金属离子定向掺杂，提高碱金属离子在锂层中的掺杂量，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于此，本申请提出正极活性材料及其制备方法、锂离子电池，能够实现碱金属离子的定向掺杂，提高碱金属离子在锂层中的掺杂量，从而有效改善正极活性材料的结构稳定性，进而改善材料的循环性能。

第一方面，本申请提供一种正极活性材料，所述正极活性材料的化学通式为Li_aY_bNi_xCo_yM_1-x-yO₂，其中，0.95≤a≤1.08，0≤b0.2，0.4≤x0.95，0≤y0.6；M选自Mn、Al、Cu、Zn、Cr中的至少一种；Y选自Na、K、Rb、Cs、Fr中的至少一种；所述Y离子在所述正极活性材料的锂层中的掺杂量是Y离子总掺杂量的80％以上。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述正极活性材料满足以下特征a～c中的至少一种：

a.所述正极活性材料的晶体结构属于空间群R3m；

b.在所述正极活性材料的XRD图谱中，(003)面与(104)面之间的衍射峰强度比I₀₀₃/I₁₀₄满足1.3＜I₀₀₃/I₁₀₄≤1.7；

c.所述正极活性材料的晶格参数c满足以下关系：

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述正极活性材料满足以下特征a～d中的至少一种：

a.所述正极活性材料的平均粒径为5μm至15μm；

b.所述正极活性材料的比表面积为0.6m²/g至1.6m²/g；

c.所述正极活性材料在5kN/cm²加压下的粉体电导率大于0.09S/cm；

d.在所述正极活性材料中，Li-Ni混排度小于2.6％。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述正极活性材料满足以下特征a～b中的至少一种：