[發明專利]正極活性材料及電化學裝置

有效

• 申請號: 202011243565.4
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112331841B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 吳霞
• 申請（專利權）人: 寧德新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京匯思誠業知識產權代理有限公司 11444
• 代理人: 錢嫻靜

本申請提供了正極活性材料及電化學裝置，所述正極活性材料具有P6₃mc晶體結構，所述正極活性材料為包含Co和R元素以及可選地包含M元素的鋰過渡金屬復合氧化物，其中，M元素包括Al、Mg、Ti、Mn、Fe、Ni、Zn、Cu、Nb、Cr、Y或Zr中的至少一種，R元素包括F、Cl中的至少一種，所述R元素的摩爾含量為n_R，所述Co和M元素的摩爾含量之和為n_Co+M，所述n_R與所述n_Co+M的比值為0δ≤0.01。本申請的正極活性材料，晶體結構穩定性高，從而改善電化學裝置的循環性能和熱穩定性。

技術領域

本申請涉及正極材料技術領域，具體地講，涉及正極活性材料及電化學裝置。

背景技術

鋰離子電池因其能量密度高、循環性能好、環保、安全且無記憶效應等優點，被廣泛的應用于便攜式電子產品、電動交通、國防航空、能源儲備等領域。為了滿足社會發展的需求，尋求具有更高能量密度和功率密度的鋰離子電池是亟待解決的問題，這就要求所用正極材料具有更高比容量和更高電壓平臺。

為了獲取更高比能量，正極活性材料正朝著高電壓方向發展，目前的正極活性材料隨著電壓的升高，Li⁺大量脫出，材料的晶體結構將發生一系列不可逆的相變(O3到H1-3，H1-3到O1)，使得材料循環性能和安全性能大大降低。并且，在高電壓下界面副反應加劇，例如LiCoO₂材料的Co金屬溶出嚴重，而高電壓電解液技術難以配套，常規電解液在高電壓下分解加速、失效加快，因而容量衰減十分嚴重。為了提高材料的晶相結構穩定性，可以通過金屬陽離子摻雜來推遲不可逆相變，但該方法在高于4.6V電壓后對結構的穩定效果并不明顯。此外，摻雜量增多，理論容量損失會增大。

因此，急需尋求一種具有高比容量、高電壓平臺、結構可逆性好且在高電壓下界面穩定的正極活性材料。

發明內容

鑒于此，本申請提出了正極活性材料及電化學裝置，該材料具有P6₃mc晶體結構，晶體結構穩定，且具有HCP氧結構，高電壓下氧活性低，能提高鋰離子電池的容量、循環穩定性。

第一方面，本申請提供一種正極活性材料，所述正極活性材料具有P6₃mc晶體結構，所述正極活性材料為包含Co和R元素以及可選地包含M元素的鋰過渡金屬復合氧化物，其中，M元素包括Al、Mg、Ti、Mn、Fe、Ni、Zn、Cu、Nb、Cr、Y或Zr中的至少一種，R元素包括F、Cl中的至少一種，所述R元素的摩爾含量為n_R，所述Co和M元素的摩爾含量之和為n_Co+M，所述n_R與所述n_Co+M的比值為0δ≤0.01。

第二方面，本申請提供一種電化學裝置，包括正極活性材料層，所述正極活性材料層包括根據本申請第一方面的正極活性材料，所述正極活性材料層的壓實密度為3.0g/cm³～4.4g/cm³，優選為4.12g/cm³～4.22g/cm³。

相對于現有技術，本申請至少具有以下有益效果：

本申請提供的正極活性材料具有P6₃mc晶體結構，晶體結構穩定性高，降低顆粒破碎、晶體結構損壞的概率，從而改善電化學裝置的循環性能和熱穩定性。

本申請的正極活性材料采用陰陽離子共摻雜，陽離子選用Co元素與M元素，陰離子選用R元素，其中，M與O形成M-O鍵，通過M-O鍵和陰離子R拉低氧的能帶結構，能夠減少Co與氧的能帶重疊，減緩晶格釋放氧，可以穩定住正極活性材料中的氧，使得正極活性材料具有較高的比容量和電壓平臺，還有利于減少高電壓下正極活性材料的界面副反應，提高界面穩定性。

因此，本申請的電化學裝置也具有高比容量、高電壓平臺且在高電壓下界面穩定，能夠提高循環穩定性。