一种正极活性材料、含有其的正极片及电池的制作方法

本发明涉及锂离子电池，具体涉及一种正极活性材料、含有其的正极片及电池。

背景技术：

1、锂离子电池因具有工作电压高、循环使用寿命长、无记忆效应、自放电小、环境友好等优点，已被广泛应用于各种便携式电子产品和电动汽车中。锂离子电池主要由正极片、负极片、隔膜和电解液四个部分组成，其中，正极活性材料是正极片的重要组成部分之一，对锂离子电池的电化学性能和安全性能起着至关重要的作用。

2、在锂离子电池的充电过程中，锂离子从正极脱出并嵌入到负极之中，放电的过程则恰好相反。最理想的情况应该是充电时从正极脱出并嵌入到负极的锂离子，在放电过程中从负极全部脱出并均匀地嵌入到正极之中。但是，在锂离子电池的实际充放电过程中，由于界面副反应和极化等问题的存在，无法做到全部锂离子回到正极或者锂离子均匀地嵌入正极活性材料之中，会存在正极活性材料脱嵌锂不均匀的情况，锂离子呈现出的浓度梯度分布会导致正极活性材料颗粒内部的应力分布不均匀，正极活性材料在锂离子嵌入和脱出过程中会引起正极活性材料晶格的膨胀和收缩进而引起正极活性材料的体积变化，并且，随着微应力应变在正极活性材料晶粒中发生积累，正极活性材料颗粒内部会产生微裂纹，电解液会进入正极活性材料内部并对其进行侵蚀，破坏正极活性材料的结构，导致锂离子电池的电化学性能下降。

技术实现思路

1、为了改善由于正极活性材料脱嵌锂不均匀而导致的正极活性材料颗粒内部的应力分布不均匀的情况，提高正极活性材料的结构稳定性和电化学性能，本发明提供一种正极活性材料、含有其的正极片及电池。

2、根据本发明的第一个方面，提供一种正极活性材料，该正极活性材料呈颗粒状，颗粒包括表面和体相，颗粒的横截面从最外层向中心方向0～500nm的区域为表面，其余区域为体相；颗粒的表面的晶胞参数c轴的轴长定义为h1，颗粒的体相的晶胞参数c轴的轴长定义为h2，h1、h2满足：h2-h1≤0.4nm。

3、本发明提供的正极活性材料呈颗粒状，正极活性材料颗粒表面的晶胞参数c轴的轴长h1与体相的晶胞参数c轴的轴长h2满足h2-h1≤0.4nm这一关系式，正极活性材料颗粒的晶体各向异性程度较小，使得正极活性材料在脱嵌锂时表面的荷电状态（soc）趋于均匀，能够平衡正极活性材料不同区域间的晶格参数，缓解微应力应变的积累，同时保证正极活性材料的结构均匀性，减少正极活性材料的局部应力造成的极化和不可逆相变的发生，从而提高正极活性材料的结构稳定性和电化学性能。若正极活性材料颗粒表面的晶胞参数c轴的轴长h1与体相的晶胞参数c轴的轴长h2不满足h2-h1≤0.4nm这一关系式，一方面，会导致单个颗粒表面和体相脱嵌锂不均匀，从而出现正极活性材料的表面和体相之间存在晶格严重失配的现象，进而微应力应变会在正极活性材料晶粒中发生积累，造成微裂纹的产生，降低正极活性材料的结构稳定性，另一方面，将导致正极表面的荷电状态（soc）不均匀，正极活性材料颗粒中会存在贫li区，由于电荷补偿效应，靠近li空位的ni2+将被氧化为ni4+，而ni和o也有电荷补偿效应，会出现o空位，降低了ni2+的迁移势垒，使ni2+更容易向li层迁移，这会形成岩盐相区，引起不可逆相变，从而引起正极活性材料在循环过程中电化学性能的急剧恶化。

4、根据本发明的第二个方面，提供一种正极片，该正极片包括上述正极活性材料。

5、将本发明提供的正极活性材料应用于正极片中，能够提高正极片的结构稳定性，同时赋予电极片良好的电化学性能。

6、根据本发明的第三个方面，提供一种电池，该电池包括上述正极活性材料。

7、将本发明提供的正极活性材料应用于电池中，赋予电池良好的电化学性能。

技术特征：

1.一种正极活性材料，其特征在于：所述正极活性材料呈颗粒状，所述颗粒包括表面和体相，所述颗粒的横截面从最外层向中心方向0～500nm的区域为表面，其余区域为体相；

2.如权利要求1所述正极活性材料，其特征在于：所述颗粒的表面的脱锂量定义为a，所述颗粒的体相的脱锂量定义为b，所述a、所述b满足：a-b≤0.15。

3.如权利要求1所述正极活性材料，其特征在于：所述正极活性材料的粒径d50为1～6μm。

4.如权利要求3所述正极活性材料，其特征在于：所述正极活性材料的粒径d50为2～4μm。

5.如权利要求1所述正极活性材料，其特征在于：所述正极活性材料的比表面积为0.3～1.3m2/g。

6.如权利要求5所述正极活性材料，其特征在于：所述正极活性材料的比表面积为0.5～0.8m2/g。

7.如权利要求1所述正极活性材料，其特征在于：所述正极活性材料包括镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍钴锰铝酸锂中的至少一种。

8.如权利要求7所述正极活性材料，其特征在于：所述正极活性材料包括单晶镍钴锰酸锂、单晶镍钴铝酸锂、单晶镍钴锰铝酸锂、多晶镍钴锰酸锂、多晶镍钴铝酸锂、多晶镍钴锰铝酸锂中的至少一种。

9.一种正极片，其特征在于：包括权利要求1～8任意一项所述正极活性材料。

10.一种电池，其特征在于：包括权利要求1～8任意一项所述正极活性材料。

技术总结
本发明提供一种正极活性材料、含有其的正极片及电池。该正极活性材料呈颗粒状，颗粒包括表面和体相，颗粒的横截面从最外层向中心方向0～500nm的区域为表面，其余区域为体相；颗粒的表面的晶胞参数C轴的轴长H1与颗粒的体相的晶胞参数C轴的轴长H2满足：H2‑H1≤0.4nm。本发明提供的正极活性材料颗粒的晶体各向异性程度较小，使得正极活性材料在脱嵌锂时表面的荷电状态（SOC）趋于均匀，能够平衡正极活性材料不同区域间的晶格参数，缓解微应力应变的积累，同时保证正极活性材料的结构均匀性，减少正极活性材料的局部应力造成的极化和不可逆相变的发生，从而提高正极活性材料的结构稳定性和电化学性能。

技术研发人员：王哲,张潇阳,李奎,单旭意,李康
受保护的技术使用者：中创新航科技集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12