CN116314754A - 正极活性材料、电化学装置以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种正极活性材料、电化学装置以及电子设备，所述正极活性材料包括锂钴复合氧化物；所述锂钴复合氧化物含有Ti元素和Sr元素；所述锂钴复合氧化物包括基体和位于所述基体表面的第一区域；基于所述第一区域中除Li元素外的金属元素的摩尔量，所述第一区域中Ti元素的摩尔百分含量为a，所述第一区域中Sr元素的摩尔百分含量为c；基于所述基体中除Li元素外的金属元素的摩尔量，所述基体中Ti元素的摩尔百分含量为b，所述基体中Sr元素的摩尔百分含量为d；满足：a>b且|c‑d|/c≤0.15。本申请的正极活性材料具有优异的结构稳定性，可抑制循环过程中的阻抗增长，提升电化学装置的循环性能。

Description

正极活性材料、电化学装置以及电子设备

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种正极活性材料、电化学装置以及电子设备。

背景技术

正极材料作为锂离子电池中的关键组成部分，会直接影响电池的阻抗、倍率、存储以及循环性能。目前最常用的正极材料为含锂的金属氧化物，但是含锂的金属氧化物由于反复的电化学充放电会导致基体结构的破坏，进而导致电池寿命的急剧衰减。同时，结构破坏伴随的副反应产物的增加也会导致电池的阻抗逐步恶化。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种正极活性材料、电化学装置以及电子设备，以提高正极活性材料结构的稳定性，抑制循环过程中的阻抗增长，提高电化学装置的循环性能。

第一方面，本申请提供了一种正极活性材料，所述正极活性材料包括锂钴复合氧化物，所述锂钴复合氧化物含有Ti元素和Sr元素，所述锂钴复合氧化物包括基体和位于所述基体表面的第一区域。其中，基于所述第一区域中除Li元素外的金属元素的摩尔量，所述第一区域中Ti元素的摩尔百分含量为a，所述第一区域中Sr元素的摩尔百分含量为c；基于所述基体中除Li元素外的金属元素的摩尔量，所述基体中Ti元素的摩尔百分含量为b，所述基体中Sr元素的摩尔百分含量为d；满足：a>b且|c-d|/c≤0.15。

本申请通过调控Ti元素和Sr元素在锂钴复合氧化物的基体以及第一区域中的含量满足上述限定，可以改善锂钴复合氧化物整体的结构稳定性，抑制循环过程中阻抗的增长，这是因为，一方面，控制锂钴复合氧化物表层第一区域中Ti元素的含量较高，可降低锂钴复合氧化物的界面阻抗，促进锂离子的脱嵌，同时能够抑制锂钴复合氧化物表面氧离子的氧化活性，降低锂钴复合氧化物与电解液之间的副反应。另一方面，通过对锂钴复合氧化物的基体以及第一区域均进行Sr元素掺杂，Sr元素可掺杂在锂位，从而能够扩展锂离子通道并稳定锂钴复合氧化物的层状结构，减小锂离子脱嵌过程中的体积变化，同时，通过调控Sr元素在基体以及第一区域的含量差异较小，有利于降低基体和第一区域在充放电过程中的体积变化差异，防止应力的过度集中，从而提高锂钴复合氧化物整体的结构稳定性，降低其在充放电过程中颗粒破裂的风险，进而减少锂钴复合氧化物与电解液之间的副反应，抑制循环过程中的阻抗增长，提高电化学装置的循环性能。

在一些实施例中，所述第一区域的锂位掺杂有Sr元素。

在一些实施例中，所述基体的锂位掺杂有Sr元素。

示例性地，|(c-d)|/c为0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.1、0.12、0.14、0.15或上述任意两个值组成的范围。在一些实施例中，|(c-d)|/c≤0.1。如此，能够更好地抑制锂钴复合氧化物充放电过程中的应力集中，提高锂钴复合氧化物整体的结构稳定性，进一步降低其在充放电过程中颗粒破裂的风险，进而抑制锂钴复合氧化物与电解液之间的副反应，减少循环过程中的阻抗增长，提高电化学装置的循环性能。

在一些实施例中，0.5≤(a-b)/a≤1.0。如此，Ti元素在锂钴复合氧化物表层的第一区域富集，有利于进一步降低表层阻抗，更好地抑制锂钴复合氧化物表面氧离子的氧化活性，从而抑制锂钴复合氧化物与电解液之间的副反应，提升电化学装置的循环性能。示例性地，(a-b)/a可为0.5、0.6、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95、0.97、1.0或上述任意两个值组成的范围。在一些实施例中，0.7≤(a-b)/a≤0.97。

在一些实施例中，0.1％≤a≤2％。如此，可更好地抑制锂钴复合氧化物表面氧离子的氧化活性，抑制锂钴复合氧化物与电解液之间的副反应，提升电化学装置的循环性能。示例性地，a可为0.1％、0.3％、0.5％、0.7％、1％、1.5％、2％或上述任意两个值组成的范围。在一些实施例中，0.1％≤a≤1％。

在一些实施例中，b≤1％。如此，锂钴复合氧化物的基体中Ti元素的含量较少，可降低Ti元素掺杂对锂钴复合氧化物容量的影响，提升电化学装置的能量密度。示例性地，b可为0.1％、0.3％、0.5％、0.6％、0.8％、1％或上述任意两个值组成的范围。在一些实施例中，b≤0.5％。

在一些实施例中，0.01％≤c≤1％。如此，有利于更好地扩展第一区域的锂离子通道并稳定其晶体结构，提高电化学装置的倍率性能和循环性能。示例性地，c可为0.01％、0.03％、0.05％、0.08％、0.1％、0.3％、0.5％、0.7％、0.8％、1％或上述任意两个值组成的范围。在一些实施例中，0.03％≤c≤0.8％。

在一些实施例中，0.01％≤d≤1％。如此，有利于更好地扩展基体的锂离子通道并稳定其晶体结构，提高电化学装置的倍率性能和循环性能，并降低对锂钴复合氧化物容量的影响。示例性地，d可为0.01％、0.03％、0.05％、0.08％、0.1％、0.3％、0.5％、0.7％、0.8％、1％或上述任意两个值组成的范围。在一些实施例中，0.03％≤d≤0.8％。

在一些实施例中，所述正极活性材料的Dv50为5μm～20μm。通过进一步控制正极活性材料的粒度Dv50在上述范围，有利于提升电化学装置的循环性能。示例性地，所述正极活性材料的Dv50可为5μm、6μm、8μm、10μm、12μm、14μm、16μm、18μm、20μm或上述任意两个值组成的范围。

在一些实施例中，所述第一区域的厚度为5nm～500nm。如此，有利于更好地稳定锂钴复合氧化物与电解液之间的界面，并降低对锂钴复合氧化物容量的影响。示例性地，所述第一区域的厚度可为5nm、10nm、20nm、40nm、60nm、80nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm或上述任意两个值组成的范围。在一些实施例中，所述第一区域的厚度为50nm～200nm。

在一些实施例中，基于所述锂钴复合氧化物中除Li元素外的金属元素的摩尔量，所述锂钴复合氧化物中Co元素的摩尔百分含量为e，e≥90％。

在一些实施例中，所述锂钴复合氧化物还含有M元素，所述M元素包括Al、Mg、Ca、La、Y、Zr、Fe、Mn、Ni、Nb、Mo、W、Ta、Zn、Cr、Sn、V、Ce、Ge、Ga、Pb、Ba或Cu中的至少一种，基于所述锂钴复合氧化物中除Li元素外的金属元素的摩尔量，所述锂钴复合氧化物中M元素的摩尔百分含量为f，f≤10％。通过M元素掺杂过渡金属位，可进一步提升锂钴复合氧化物晶体结构的稳定性，从而进一步提升电化学装置的循环性能。

在一些实施例中，所述正极活性材料的通式为Li_xCo_yTi_zSr_tM_sO_2±qT_q，其中，所述M包括Al、Mg、Ca、La、Y、Zr、Fe、Mn、Ni、Nb、Mo、W、Ta、Zn、Cr、Sn、V、Ce、Ge、Ga、Pb、Ba或Cu中的至少一种，T为卤素，0.6≤x≤1.2，0.9≤y<1，0<z≤0.1，0<t≤0.1，0≤s≤0.1，0≤q≤0.1。示例性地，在一些实施例中，x可为0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2或上述任意两个值组成的范围。在一些实施例中，y可为0.9、0.91、0.92、0.94、0.95、0.96、0.98、0.99或上述任意两个值组成的范围。在一些实施例中，z可为0.001、0.01、0.02、0.04、0.06、0.08、0.1或上述任意两个值组成的范围。在一些实施例中，t可为0.001、0.01、0.02、0.04、0.06、0.08、0.1或上述任意两个值组成的范围。在一些实施例中，s可为0、0.001、0.01、0.02、0.04、0.06、0.08、0.1或上述任意两个值组成的范围。在一些实施例中，q可为0、0.001、0.01、0.02、0.04、0.06、0.08、0.1或上述任意两个值组成的范围。

在一些实施例中，所述锂钴复合氧化物还包括位于所述第一区域表面的第二区域，所述第二区域包括Q元素的氧化物，所述Q元素包括Al、Mg、Ti、Zr、Y、Nb或W中的至少一种。在第一区域的表面进一步设置含有Q元素的氧化物，可进一步抑制锂钴复合氧化物与电解液之间的副反应，从而有利于进一步提升电化学装置的循环性能。

第二方面，本申请提供了制备上述正极活性材料的方法，至少包括以下步骤：(1)将钴源、锂源与掺杂添加剂混合，得到前驱体混合物，其中，所述掺杂添加剂中含有Ti元素和Sr元素；(2)将所述前驱体混合物进行烧结处理，即可得到所述锂钴复合氧化物。

在一些实施例中，步骤(1)中，所述掺杂添加剂与所述钴源以Ti元素或Sr元素与Co元素的摩尔比为(0.0002～0.02):1进行混合。

在一些实施例中，步骤(2)中，所述烧结处理的温度为1000～1100℃。

在一些实施例中，步骤(2)中，所述烧结处理的时间为8～12h。

在一些实施例中，掺杂添加剂选自同时含Sr元素和Ti元素的化合物、Sr元素的氧化物、Sr元素的碳酸盐、Ti元素的氧化物或Ti元素的碳酸盐中的至少一种。

在一些实施例中，钴源选自Co₃O₄、CoO(OH)、CoCO₃或Co(OH)₂中的至少一种。在一些实施例中，锂源选自LiOH、Li₂CO₃、Li₂SO₄、LiCl或LiF中的至少一种。

第三方面，本申请提供了一种电化学装置，所述电化学装置包括正极极片、负极极片、隔离膜和电解液，所述隔离膜设置于所述正极极片和所述负极极片之间。

在一些实施例中，所述正极极片包括正极集流体以及设置于正极集流体表面的正极活性层，所述正极活性层包括上述任一项所述的正极活性材料。本申请对正极集流体没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，可以包含铝箔、铝合金箔或复合集流体(例如聚合物层表面设置金属层的复合集流体)等。本申请对正极集流体的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，正极集流体的厚度为5μm至12μm。本申请对正极活性层的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，正极活性层的厚度为30μm至120μm。正极活性层还可以包括导电剂和粘结剂，本申请对导电剂和粘结剂的种类没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，导电剂可以包括但不限于导电炭黑、碳纳米管(CNT)、碳纤维、科琴黑、石墨烯、金属材料或导电聚合物中的至少一种。粘结剂可以包括但不限于聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、丙烯酸酯聚合物、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯或偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的至少一种。本申请对正极活性层中正极活性材料、导电剂、粘结剂的质量比没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要选择，只要能够实现本申请目的即可。

在一些实施例中，负极极片包括负极集流体和设置于负极集流体表面的负极材料层。本申请对负极材料层的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，负极材料层的厚度为30μm至120μm。在一些实施例中，负极活性材料可以包括碳材料或硅基材料中的至少一种。在一些实施例中，碳材料包括但不限于天然石墨、人造石墨、中间相微碳球、硬碳或软碳中的至少一种。在一些实施例中，硅基材料包括但不限于硅、硅氧复合材料或硅碳复合材料中的至少一种。本申请对负极集流体没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，可以包含铜箔、铜合金箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜或复合集流体(例如聚合物层表面设置金属层的复合集流体)等。本申请对负极集流体的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，负极集流体的厚度为5μm至12μm。负极材料层还可以包括粘结剂和增稠剂，本申请对粘结剂和增稠剂的种类没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，粘结剂可以包括但不限于聚乙烯醇、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、丁苯橡胶或丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶中的至少一种；增稠剂可以包括但不限于羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素锂中的至少一种。负极材料层还可以包括导电剂，本申请对导电剂的种类没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，导电剂可以包括但不限于导电炭黑、碳纳米管(CNTs)、碳纤维、科琴黑、石墨烯、金属材料或导电聚合物中的至少一种。本申请对负极材料层中负极活性材料、导电剂、粘结剂和增稠剂的质量比没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要选择，只要能够实现本申请目的即可。可选地，负极极片还可以包含导电层，导电层位于负极集流体和负极材料层之间。本申请对导电层的组成没有特别限制，可以是本领域常用的导电层。例如，导电层包括导电剂和粘结剂。本申请对导电层中的导电剂和粘结剂没有特别限制，例如可以是上述负极材料层中的导电剂和粘结剂中的至少一种。

在一些实施例中，隔离膜可以包括基材层和表面处理层。基材层可以为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层的材料可以包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺中的至少一种。可选地，基材层的至少一个表面上设置有表面处理层，表面处理层可以是粘结层或耐热层。例如，粘结层中包含粘结剂，粘结剂的材料包括聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚或聚偏二氟乙烯或偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的至少一种。耐热层包括无机颗粒和粘结剂，所述无机颗粒没有特别限制，例如可以包括氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙或硫酸钡中的至少一种。所述粘结剂没有特别限制，例如可以是上述粘结层中的粘结剂中的至少一种。

在一些实施例中，电解液包括有机溶剂和锂盐；所述有机溶剂包括碳酸酯类溶剂、羧酸酯类溶剂或它们的组合；其中，所述碳酸酯类溶剂包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲乙酯(MEC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)或碳酸丁烯酯(BC)中的至少一种。所述羧酸酯类溶剂包括甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸丁酯、二氟乙酸乙酯、乙酸二氟乙酯、三氟乙酸乙酯、乙酸三氟乙酯或三氟丙酸甲酯中的至少一种。锂盐包括六氟磷酸锂(LiPF₆)、双草酸硼酸锂(LiB(C₂O₄)₂，LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiBF₂(C₂O₄)，LiDFOB)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)或双三氟甲基磺酸亚酰胺锂(LiTFSI)中的至少一种。

上述电解液中还可包含添加剂，所述添加剂可以包括但不限于氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸乙烯亚乙酯(VC)或1，3－丙烷磺酸内酯(PS)中的至少一种。

在一些实施例中，本申请的电化学装置可以包括一次电池或二次电池。特别地，该电化学装置为锂离子二次电池。

第四方面，本申请提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述电化学装置。本申请的电子设备包括，但不限于，笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例1中含有特征元素分布的正极活性材料的EDS背散射图片；

图2为本申请实施例1和对比例1制备得到的锂离子电池的循环曲线对比图；

图3为本申请实施例1和对比例1制备得到的锂离子电池的循环过程欧姆阻抗增长曲线对比图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限制本申请。

(一)锂离子电池的制备

实施例以及对比例中的锂离子电池均按照下述方法进行制备：

(1)正极活性材料的制备

将1.25kg前驱体Co₃O₄(钴源)放入混料罐中，添加608.75g Li₂CO₃(锂源)和1g纳米SrTiO₃(掺杂添加剂，即基于除Li之外的金属元素，Sr和Ti元素各自以0.035％的摩尔比例添加)球磨混合均匀，将混合混匀的粉末在高温1050℃下烧结10h，得到的固体经过破碎后得到粒度Dv50为18μm的正极活性材料。

通过正极活性材料切片的SEM和EDS测试可以表征元素Sr、Ti的分布和含量，实施例1制备得到的正极活性材料的测试结果见图1和表1所示。

在实施例2～5中，与实施例1的区别在于，调整了SrTiO₃的添加量；在实施例6～8中，与实施例1的区别在于，调整了正极活性材料的粒度Dv50；在实施例9～12中，与实施例1的区别在于调整了烧结温度或烧结时间；在实施例13中，区别在于，调整了掺杂添加剂的种类。

在实施例14～15中，与实施例1的区别在于，同时添加氧化铝22g和42g，球磨均匀后，将混合物的粉末置于1050℃下烧结。

在实施例16～18中，实施例16与实施例1的区别在于，高温1050℃下烧结后再加入8g氧化铝，混合后于空气中750℃烧结8h。实施例17与实施例1的区别在于，高温1050℃下烧结后再加入16g氧化铝，混合后于空气中750℃烧结8h。实施例18与实施例1的区别在于，高温1050℃下烧结后再加入8g氧化铝和6g氧化锆，混合后于空气中750℃烧结8h。

在对比例1中，与实施例1的区别在于不添加SrTiO₃，混料完成后直接烧结；对比例2与实施例1的区别在于调整烧结时间。

(2)正极极片的制备

将正极活性材料与导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按质量比97:1.5:1.5在N-甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀后，涂覆在Al箔的一侧表面上烘干，在Al箔的另一侧表面重复上述步骤，得到双面涂覆有正极活性层的正极极片，经冷压、裁切，得到正极极片。

(3)负极极片的制备

将负极活性材料人造石墨、导电剂乙炔黑、粘结剂丁苯橡胶(SBR)、增稠剂甲基纤维素钠(CMC)按照质量比95:2:2:1在去离子水溶剂中混合均匀，涂覆在Cu箔的一侧表面上烘干，在Cu箔的另一侧表面重复上述步骤，得到双面涂覆有负极活性层的负极极片，经冷压、裁切，得到负极极片。

(4)隔离膜的制备

选用9μm厚的聚乙烯(PE)多孔膜作为隔离膜。

(5)电解液的制备

将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)及碳酸二乙酯(DEC)按照质量比为1:1:1混合均匀，得到有机溶剂。将LiPF₆溶解于上述有机溶剂中，再加入碳酸亚乙烯酯混合均匀，得到电解液。其中，基于电解液的总质量，LiPF₆的质量百分含量为12.5％、碳酸亚乙烯酯的质量百分含量为3％。

(6)锂离子电池的制备

将正极极片、隔离膜和负极极片依次层叠，使隔离膜隔离正极极片和负极极片，通过卷绕形成裸电芯，将裸电芯放入待封口的外壳铝塑膜中，经过高温烘烤、注入电解液、真空封装、静置、化成、整形和容量测试等工序后，得到锂离子电池。

(二)锂离子电池的测试

(1)第一区域厚度以及元素含量测试

正极活性材料采用聚焦离子束(FIB)制样后，采用EDS mapping测量正极活性材料表层Ti元素富集情况，测量Ti元素富集区域的厚度作为第一区域的厚度。利用能谱仪(EDS)采集第一区域和基体的元素含量，各至少随机选择3处不同位置进行采集，取其平均值作为最终结果。

(2)高温循环测试

将锂离子电池在45℃下进行循环性能测试，循环充电电流为1C充电至4.25V，后以0.5C充电至4.53V，再在4.53V恒定电压下充电直到电流为0.05C，使其处于4.53V满充状态随后在0.2C倍率下进行恒流放电，直到电压达到3.0V停止。每次循环间隔5min，循环直至循环容量保持率低于70％停止。循环容量保持率计算方式为，循环容量保持率＝(循环圈数对应的放电容量/循环第一圈放电容量)×100％。循环第50圈的容量保持率＝(第50圈循环的放电容量/循环第一圈放电容量)×100％

(3)高温循环阻抗测试

同上述高温循环测试，在循环圈数分别为0、5、10、15、20等圈数时，设置电池在充电流程4.53V满充后，在0.2C倍率下放电，直至电压降低到3.0V。如第零圈循环开始前，电池4.53V满充后电池进行0.2C放电并记录0.2C的放电容量A₀，并记录放电容量A₀×20％时对应的电池电压V₀，待循环第五圈后进行0.2C放电的放电容量A₅，记录其放电容量A₅×20％时对应的电池电压V₅，则循环过程阻抗数据为R₅＝(V₀-V₅)/0.2C，并依次类推得到R₁₀、R₁₅、R₂₀等等。

对比例1和实施例1的循环性能以及阻抗增长如图2和图3所示。

表1展示了通过EDS测试得到的实施例1正极活性材料中Sr和Ti元素的分布和含量(与图1对应)；表2展示了上述实施例以及对比例在正极活性材料制备过程中的相关数据以及对应的锂离子电池的测试数据。

表1

表2

实施例1和对比例1相比，可以看出，掺杂添加剂的加入，使得锂离子电池在50^th循环容量保持率显著提升且阻抗增长明显降低，对比例1中的阻抗增长高达163.2mΩ，而实施例1中的阻抗增长仅为86.4mΩ，同时，实施例1在50^th循环保持率相比对比例1高约7％左右；这是因为，一方面，控制锂钴复合氧化物表层第一区域中Ti元素的含量较高，可降低表层阻抗、并抑制锂钴复合氧化物表面氧离子的氧化活性，从而抑制锂钴复合氧化物与电解液之间的副反应。另一方面，通过对锂钴复合氧化物的基体以及第一区域进行Sr元素掺杂、并调控Sr元素在基体以及第一区域的含量差异较小，有利于稳定基体和第一区域的晶体结构，抑制充放电过程中的应力集中，提高锂钴复合氧化物整体的结构稳定性，降低其在充放电过程中颗粒破裂的风险，进而抑制锂钴复合氧化物与电解液之间的副反应，减少循环过程中的阻抗增长，从而提高锂离子电池的循环性能。对比例2和实施例1相比，由于烧结时间较短，Sr元素难以扩散均匀，在基体以及第一区域的含量差异较大，导致在高电压充放电过程中，基体与第一区域之间的体积膨胀和收缩差异较大，造成应力集中，导致锂钴复合氧化物在充放电过程中颗粒破裂，从而增加与电解液之间的副反应，无法有效抑制循环过程中的阻抗增大。

实施例1～5与实施例11相比，可以看出，满足|(c-d)|/c≤0.1的实施例1～5的锂离子电池具有更加优异的循环容量保持率以及较低的阻抗增长。这是由于，此时能够更好地抑制锂钴复合氧化物充放电过程中的应力集中，提高锂钴复合氧化物整体的结构稳定性，进一步降低其在充放电过程中颗粒破裂的风险，进而抑制锂钴复合氧化物与电解液之间的副反应，减少循环过程中的阻抗增长，提高锂离子电池的循环性能。

实施例14～15和实施例1相比，可以看出，进一步对锂钴复合氧化物中的过渡金属层进行铝元素掺杂，可以进一步提升锂离子电池的循环容量保持率以及抑制阻抗的增长，这是由于，通过M元素掺杂过渡金属位，可进一步提升锂钴复合氧化物晶体结构的稳定性，从而进一步提升锂离子电池的循环性能。

实施例16～18和实施例1相比，可以看出，通过进一步在锂钴复合氧化物的表面包覆Q元素的氧化物，有利于在提升循环性能的同时抑制阻抗的增长，这是因为在第一区域的表面进一步设置含有Q元素的氧化物，可进一步抑制锂钴复合氧化物与电解液之间的副反应，从而有利于进一步提升锂离子电池的循环性能。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料包括锂钴复合氧化物；

所述锂钴复合氧化物含有Ti元素和Sr元素；

所述锂钴复合氧化物包括基体和位于所述基体表面的第一区域；

其中，基于所述第一区域中除Li元素外的金属元素的摩尔量，所述第一区域中Ti元素的摩尔百分含量为a，所述第一区域中Sr元素的摩尔百分含量为c；

基于所述基体中除Li元素外的金属元素的摩尔量，所述基体中Ti元素的摩尔百分含量为b，所述基体中Sr元素的摩尔百分含量为d；

满足：a>b且|c-d|/c≤0.15。

2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，满足以下条件中的至少一者：

(1)0.5≤(a-b)/a≤1.0；

(2)|(c-d)|/c≤0.1。

3.根据权利要求2所述的正极活性材料，其特征在于，0.7≤(a-b)/a≤0.97。

4.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，满足以下条件中的至少一者：

(1)0.1％≤a≤2％；

(2)b≤1％；

(3)0.01％≤c≤1％；

(4)0.01％≤d≤1％。

5.根据权利要求4所述的正极活性材料，其特征在于，满足以下条件中的至少一者：

(1)0.1％≤a≤1％；

(2)b≤0.5％；

(3)0.03％≤c≤0.8％；

(4)0.03％≤d≤0.8％。

6.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，满足以下条件中的至少一者：

(1)所述正极活性材料的Dv50为5μm～20μm；

(2)所述第一区域的厚度为5nm～500nm。

7.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，满足以下条件中的至少一者：

(1)基于所述锂钴复合氧化物中除Li元素外的金属元素的摩尔量，所述锂钴复合氧化物中Co元素的摩尔百分含量为e，e≥90％；

(2)所述锂钴复合氧化物还含有M元素，所述M元素包括Al、Mg、Ca、La、Y、Zr、Fe、Mn、Ni、Nb、Mo、W、Ta、Zn、Cr、Sn、V、Ce、Sr、Ge、Ga、Pb、Na、K、Ba或Cu中的至少一种，基于所述锂钴复合氧化物中除Li元素外的金属元素的摩尔量，所述锂钴复合氧化物中M元素的摩尔百分含量为f，f≤10％；

(3)所述正极活性材料的通式为Li_xCo_yTi_zSr_tM_sO_2±qT_q，其中，所述M包括Al、Mg、Ca、La、Y、Zr、Fe、Mn、Ni、Nb、Mo、W、Ta、Zn、Cr、Sn、V、Ce、Sr、Ge、Ga、Pb、Na、K、Ba或Cu中的至少一种，T为卤素，0.6≤x≤1.2，0.9≤y<1，0<z≤0.1，0<t≤0.1，0≤s≤0.1，0≤q≤0.1。

8.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，所述锂钴复合氧化物还包括位于所述第一区域表面的第二区域，所述第二区域包括Q元素的氧化物，所述Q元素包括Al、Mg、Ti、Zr、Y、Nb或W中的至少一种。

9.一种电化学装置，包括正极极片，所述正极极片包括正极活性层，其特征在于，所述正极活性层包括权利要求1～8中任一项所述的正极活性材料。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求9所述的电化学装置。

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