二次电池、用电装置及正极活性材料的制作方法

本技术涉及电池，尤其涉及一种二次电池、用电装置及正极活性材料。

背景技术：

1、近年来，随着二次电池的应用范围越来越广泛，二次电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、航空航天等多个领域。由于二次电池取得了极大的发展，因此对其能量密度、循环性能和存储性能等也提出了更高的要求。

2、二次电池的性能与正极活性材料密切相关，其中，高镍正极活性材料被认为是满足高能量密度要求的最佳选择，但是，随着正极活性材料中镍含量的提高，其热稳定性变差。因此，如何提升高镍正极活性材料的热稳定性，进而提升二次电池的性能是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了达到上述目的，本技术提供了一种二次电池、用电装置及正极活性材料。该二次电池采用具有高热稳定性的正极活性材料，二次电池具有提升的存储性能和循环性能。

2、本技术的第一方面提供一种二次电池，包括：正极极片、负极极片、设置于所述正极极片和所述负极极片之间的隔离膜和包括有机溶剂和锂盐的电解液，所述正极极片包括正极集流体和位于所述正极集流体至少一个表面上的正极膜层，所述正极膜层包括正极活性材料，所述正极活性材料包括锂过渡金属氧化物，所述锂过渡金属氧化物包括镍元素和钴元素，并且包括锰元素和铝元素中的至少一种，在所述锂过渡金属氧化物中，相对于除锂之外的全部金属元素，所述镍元素的摩尔含量为85mol％以上，在将所述正极活性材料以升温速率10℃/min升温得到的微分热重曲线中，热失重变化率的峰值的绝对值小于7％/min。本技术中通过使热失重变化率的峰值的绝对值小于7％/min，能够抑制热失重率突降，改善超高镍(ni含量85mol％以上)正极活性材料的热稳定性，减少产气的发生，进而提高电池的存储性能和循环性能。在一些实施方式中，相对于除锂之外的全部金属元素，所述镍元素的摩尔含量为90mol％以上。镍元素的摩尔百分量在上述范围，使得正极活性材料具有高能量密度。

3、在一些实施方式中，所述热失重变化率的峰值的绝对值小于或等于6.1％/min。通过使正极活性材料的热失重变化率的峰值在上述范围，使得该正极活性材料的热稳定性进一步提高。

4、在一些实施方式中，所述热失重变化率的峰值的绝对值小于或等于5.6％/min。通过使正极活性材料的热失重变化率的峰值在上述范围，使得该正极活性材料的热稳定性进一步提高。

5、在一些实施方式中，在热重分析中，将所述正极活性材料在从0℃升温至600℃的过程中的总失重占所述正极活性材料的重量的百分比设为m1，将从220℃升温至360℃的失重占所述正极活性材料的重量的百分比设为m2，所述m1与所述m2满足如下关系：40％≤m2/m1≤75％。使从220℃升温至360℃的失重在总失重中的占比(m2/m1)在上述范围，正极活性材料在220℃至360℃温度区间内的热失重少，有利于减少该温度区间累积的热量，改善正极活性材料的热稳定性。

6、在一些实施方式中，所述m2为0.5％-12％。使m2在上述范围，正极活性材料在220℃至360℃温度区间内的热失重少，有利于减少该温度区间累积的热量，改善正极活性材料的热稳定性。

7、在一些实施方式中，所述m1为1％-18％。使m1在上述范围，正极活性材料在0℃至600℃温度区间内的热失重少，有利于改善正极活性材料的热稳定性。

8、在一些实施方式中，在热重分析中，所述正极活性材料的600℃下的失重率大于1％且为18％以下。在一些实施方式中，在热重分析中，所述正极活性材料的600℃下的失重率为10％至18％。由此，能够进一步改善正极活性材料的热稳定性。

9、在一些实施方式中，在热重分析中，所述正极活性材料的300℃下的失重率为10％至12％。由此，能够进一步改善正极活性材料的热稳定性。

10、在一些实施方式中，在热重分析中，所述正极活性材料的200℃下的失重率为0.01％至0.5％。由此，能够进一步改善正极活性材料的热稳定性。

11、在一些实施方式中，所述微分热重曲线是在氮气气氛下从0℃升温至600℃测试得到的。

12、在一些实施方式中，在所述微分热重曲线中，在200℃至280℃范围内出现所述热失重变化率的峰值。

13、在一些实施方式中，在所述微分热重曲线中，在220℃至240℃范围内出现热失重变化率的峰值。

14、在一些实施方式中，在所述微分热重曲线中，所述热失重变化率的峰的峰面积为12.0％至17.0％。

15、在一些实施方式中，在所述微分热重曲线中，所述热失重变化率的峰的半峰宽为5℃至25℃。

16、在一些实施方式中，针对所述正极活性材料热重分析中释放的氧气，进行质谱分析得到的质谱曲线中，质谱峰的峰值小于或等于5×10-10a。质谱峰的峰值在上述范围，表明正极活性材料释放的氧气量少，正极活性材料的热稳定性进一步得到提高。

17、在一些实施方式中，在所述质谱曲线中，在200℃至280℃范围内，出现所述质谱峰的峰值。通过使质谱峰的峰值满足上述条件，在高温条件(例如，200℃-300℃)下，正极活性材料产生氧气的量少，有利于正极活性材料的热稳定性进一步提高。

18、在一些实施方式中，在所述质谱曲线中，所述质谱峰的峰值位于220℃至240℃范围内，出现所述质谱峰的峰值。通过使质谱峰的峰值满足上述条件，有利于正极活性材料的热稳定性进一步提高。

19、在一些实施方式中，所述质谱峰的面积为1.2×10-9a·℃至50×10-9a·℃。通过使质谱峰的峰面积满足上述条件，在高温条件(例如，200℃-300℃)下，正极活性材料产生氧气的量少，有利于正极活性材料的热稳定性进一步提高。

20、在一些实施方式中，所述质谱峰的半峰宽为10℃至20℃。通过使质谱峰的半峰宽满足上述条件，在高温条件(例如，200℃-300℃)下，正极活性材料产生氧气的量少，有利于正极活性材料的热稳定性进一步提高。

21、在一些实施方式中，在所述正极活性材料的x射线衍射图谱中，003面的峰强度i(003)与104面的峰强度i(104)的比值为1.2-1.7。通过使i(003)/i(104)在上述范围，正极活性材料中的锂过渡金属氧化物具有较好的层状结构，有利于正极活性材料热稳定性的提高。

22、在一些实施方式中，所述锂过渡金属氧化物还包括掺杂元素，所述掺杂元素包括mg、na、zr、y、al、ca、w、nb、ta、sr、ti中的至少一种。通过引入上述掺杂元素，有利于进一步提高正极活性材料热稳定性。

23、在一些实施方式中，相对于所述锂过渡金属氧化物，所述掺杂元素的含量为3000ppm以下。通过将掺杂元素的含量控制在上述范围，有利于提高电池的克容量和循环性能。

24、在一些实施方式中，所述锂过渡金属氧化物包括lianibcocmndm1(1-b-c-d)on和/或lienifcogalhm2(1-f-g-h)on，lianibcocmndm1(1-b-c-d)on中，0.5≤a≤1.2，0.85≤b≤0.99，0≤c≤0.1，0≤d≤0.05，1.9≤n≤2.2，m1包括mg、na、zr、y、al、ca、w、nb、ta、sr、ti中的一种或多种的组合，lienifcogalhm2(1-f-g-h)on中，0.5≤e≤1.2，0.85≤f≤0.99，0≤g≤0.1，0≤h≤0.05，1.9≤n≤2.2，m2包括mg、na、zr、y、ca、w、nb、ta、sr、ti中的一种或多种的组合。

25、在一些实施方式中，所述正极活性材料满足如下条件中的至少一者：(1)所述正极活性材料的体积平均粒径dv50为8.5μm至12μm；(2)所述正极活性材料的比表面积bet为0.35m2/g至0.65m2/g；(3)所述正极活性材料在3000n的压力下的粉体压实密度3.0g/cm3至3.5g/cm3；(4)所述正极活性材料的振实密度为2.9g/cm3至3.5g/cm3；(5)所述正极活性材料的脱锂克容量为210mah/g至225mah/g。

26、在一些实施方式中，所述正极活性材料包括基体和设置在所述基体的至少部分表面的包覆层；所述基体包括所述锂过渡金属氧化物。包覆层包覆在锂过渡金属氧化物的表面，能够减少锂过渡金属氧化物与电解液之间的副反应，进而提升正极活性材料的热稳定性。

27、在一些实施方式中，所述包覆层包括外层和设置在所述外层与所述基体之间的内层；所述内层包括p、al、ca、ti元素中的至少一种元素；所述外层包括y元素、al元素中的至少一种元素。通过设置内外两层包覆层，能够提升包覆层的结构稳定性，降低电解液与锂过渡金属氧化物发生副反应的概率，由此可以进一步提升正极活性材料的热稳定性。

28、在一些实施方式中，所述内层包括p元素，所述外层包括y元素和al元素。含有磷元素(磷酸盐)的包覆可以改善正极活性材料表面的导离子能力同时减少与电解液的接触，有利于进一步提升正极活性材料的热稳定性。

29、在一些实施方式中，所述正极活性材料中，锂元素与磷元素的摩尔比在1：0.001-0.004。通过将锂元素与磷元素的摩尔比控制在上述范围内，有利于磷酸盐能更好的在基体表面形成一层厚度适和的包覆层，既能有效保护正极活性材料的表界面稳定性，提升正极活性材料稳定性，又能尽量减小包覆对于离子传输的影响。

30、本技术第二方面提供一种用电装置，包括第一方面的二次电池。

31、本技术第三方面提供一种正极活性材料，包括锂过渡金属氧化物，所述锂过渡金属氧化物包括镍元素和钴元素，并且包括锰元素和铝元素中的至少一种，在所述锂过渡金属氧化物中，相对于除锂之外的全部金属元素，所述镍元素的摩尔含量为85mol％以上，在将所述正极活性材料以升温速率10℃/min升温得到的微分热重曲线中，热失重变化率的峰值的绝对值小于7％/min。本技术的正极活性材料能够抑制热失重率突降，具有优异的热稳定性，减少产气的发生，能够提高电池的存储性能和循环性能。

32、在一些实施方式中，相对于除锂之外的全部金属元素，所述镍元素的摩尔含量为90mol％以上。通过使镍元素的摩尔百分量在上述范围，使得正极活性材料具有高能量密度。

33、在一些实施方式中，所述热失重变化率的峰值的绝对值小于或等于6.1％/min。通过使正极活性材料的热失重变化率的峰值在上述范围，使得该正极活性材料的热稳定性进一步提高。

34、在一些实施方式中，所述热失重变化率的峰值的绝对值小于或等于5.6％/min。通过使正极活性材料的热失重变化率的峰值在上述范围，使得该正极活性材料的热稳定性进一步提高。

35、在一些实施方式中，在热重分析中，将所述正极活性材料在从0℃升温至600℃的过程中的总失重占所述正极活性材料的重量的百分比设为m1，将所述过程中从220℃升温至360℃的失重占所述正极活性材料的重量的百分比设为m2，所述m1与所述m2满足如下关系：40％≤m2/m1≤75％。

36、在一些实施方式中，所述m2为0.5％-12％。由此，正极活性材料在220℃至360℃温度区间内的热失重少，有利于减少该温度区间累积的热量，改善正极活性材料的热稳定性。在一些实施方式中，所述m1为1％至18％。由此，正极活性材料在0℃至600℃温度区间内的热失重少，有利于改善正极活性材料的热稳定性。

37、在一些实施方式中，在热重分析中，所述正极活性材料的600℃下的失重率大于1％且为18％以下。由此，能够进一步改善正极活性材料的热稳定性。

38、在一些实施方式中，在热重分析中，所述正极活性材料的300℃下的失重率为10％-12％。由此，能够进一步改善正极活性材料的热稳定性。

39、在一些实施方式中，在热重分析中，所述正极活性材料的200℃下的失重率为0.01％-0.5％。由此，能够进一步改善正极活性材料的热稳定性。