[發明專利]正極活性材料、其制備方法、電化學裝置和電子設備

在審

• 申請號: 202210605411.8
• 申請日: 2022-05-30
• 公開（公告）號: CN114927693A
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 莫方杰;朱呈嶺;楊元嬰;閆永思;李昊;楊文龍;孫化雨
• 申請（專利權）人: 遠景動力技術（江蘇）有限公司;遠景睿泰動力技術（上海）有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 劉二艷

本發明提供了一種正極活性材料、其制備方法、電化學裝置和電子設備，所述正極活性材料包括三元材料內核和包覆在所述三元材料內核表面的鈦化合物，所述三元材料內核中包括鋯元素和鍶元素；以所述正極活性材料中金屬元素的總質量為基準，所述正極活性材料中鋯元素的總含量為1400ppm至2200ppm，所述正極活性材料中鍶元素的總含量為200ppm至800ppm，所述鈦化合物中鈦元素的含量為500ppm至1000ppm。本發明的正極活性材料的結晶度和界面穩定性良好，具有較高的克容量、庫倫效率和循環穩定性。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，涉及一種正極活性材料、其制備方法、電化學裝置和電子設備。

背景技術

三元層狀材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂因其具有較高的理論比容量(274mAh/g)，以及高的反應平臺電壓(3.0V至4.4V)和優秀的反應動力學，而被廣泛應用于高能量密度的動力電池體系。為兼顧材料本身的安全性能，往往會把三元材料中的的Ni含量，即x值控制在0.7以下。同時，考慮到在原材料中，Co作為一種稀有礦物資源而日益供不應求，因此，原材料中Co含量，即y值，一般需要控制在0.2以下。

三元材料中，容量的發揮主要由Ni的含量決定，Ni的降低會導致材料容量發揮降低，從而進一步降低電池整體的能量密度。Co含量的降低會影響材料整體導電性，提高鋰離子在晶格中的擴散勢壘，從而帶來嚴重的反應動力學遲滯問題，最終影響電池的容量發揮。因此，在降低三元材料中Ni含量和Co含量的同時，兼顧材料的能量密度、動力學性能和循環性能，是三元材料亟需解決的問題。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種正極活性材料、其制備方法、電化學裝置和電子設備。本發明對三元材料進行摻雜和包覆改性，得到三元材料內核中摻雜有特定含量鋯元素和鍶元素，同時內核外包覆有合適含量鈦化合物的正極活性材料，將正極活性材料的結晶性和界面穩定性控制在最優范圍內，從而得到容量和循環性能均較優異的產品。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種正極活性材料，所述正極活性材料包括三元材料內核和包覆在所述三元材料內核表面的鈦化合物，所述三元材料內核中包括鋯元素和鍶元素；

以所述正極活性材料中金屬元素的總質量為基準，所述正極活性材料中鋯元素的總含量為1400ppm至2200ppm，所述正極活性材料中鍶元素的總含量為200ppm至800ppm，所述鈦化合物中鈦元素的含量為500ppm至1000ppm。

本發明中，所述正極活性材料中鋯元素的總含量為1400ppm至2200ppm，例如可以是1400ppm、1500ppm、1600ppm、1700ppm、1800ppm、1900ppm、2000ppm、2100ppm或2200ppm等；所述正極活性材料中鍶元素的總含量為200ppm至800ppm，例如可以是200ppm、300ppm、400ppm、500ppm、600ppm、700ppm或800ppm等；所述鈦化合物中鈦元素的含量為500ppm至1000ppm，例如可以是500ppm、600ppm、700ppm、800ppm、900ppm或1000ppm等。

本發明的正極活性材料包括三元材料內核和包覆在其表面的鈦化合物，三元材料內核中摻雜有特定含量的鍶元素和鋯元素，內核外同時包覆有特定含量的鈦元素，鍶元素、鋯元素和鈦元素以合適的比例分布在正極活性材料中，能夠提高材料的結晶性和界面穩定性，使材料具有較高的容量和較好的循環穩定性。