[發(fā)明專利]正極及包含其的電化學(xué)裝置和電子裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911067680.8
• 申請日: 2019-11-04
• 公開（公告）號: CN110854387B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周墨林
• 申請（專利權(quán)）人: 寧德新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京律盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 蕭輔寬

本申請涉及一種正極及包括其的電化學(xué)裝置和電子裝置。所述正極包括導(dǎo)電劑，其中導(dǎo)電劑包含非碳材料。本申請?zhí)峁┝艘环N包含耐高電壓氧化的導(dǎo)電劑的正極，可以有效地改善電化學(xué)裝置的高電壓循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及儲能技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種正極及包括其的電化學(xué)裝置和電子裝置，所述正極包括包含非碳材料的導(dǎo)電劑。

背景技術(shù)

鋰離子電池因其具有能量密度高、功率密度大、壽命長、安全性好、自放電低和溫度適應(yīng)范圍寬等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品、電動交通、國防航空和能源儲備等領(lǐng)域。為了進(jìn)一步滿足市場對高能量密度電池的需求，拓寬正極材料的充電截止電壓和開發(fā)更高比能的新材料正成為一個勢在必行的研究方向。

鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、隔離膜和電解液等組成。改善正極材料的性能是提高鋰離子電池綜合性能的關(guān)鍵。這不僅因為正極材料占鋰離子電池整體成本的約40％以上，更重要的是，正極材料的比容量每增加50％，鋰離子電池的功率密度約增加28％。

目前在市場中應(yīng)用廣泛的正極活性材料主要有層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO₂和LiNi_xCo_yMn_zO₂(x+y+z＝1)，尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn₂O₄和橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO₄。LiCoO₂材料自1991年被索尼(Sony)公司實現(xiàn)商業(yè)化以來，在正極活性材料市場一直占據(jù)著舉足輕重的地位。LiCoO₂的理論比容量約為274mAh/g，壓實密度在4.1g/cm³-4.2g/cm³范圍內(nèi)。在充電過程中，Li⁺從LiCoO₂結(jié)構(gòu)中脫出形成Li_1-xCoO₂，當(dāng)0.07≤x≤0.25時，材料發(fā)生O3相(O在晶格結(jié)構(gòu)中沿著(001)方向按ABCABC排列)朝O2相(O在晶格結(jié)構(gòu)中沿著(001)方向按ABACABAC排列)的轉(zhuǎn)變；當(dāng)0.25≤x≤0.43時，材料發(fā)生O2相朝O1相(O在晶格結(jié)構(gòu)中沿著(001)方向按ABABAB排列)的轉(zhuǎn)變；當(dāng)0.43≤x≤0.52時，材料由O2相朝O1相的相轉(zhuǎn)變完成。繼續(xù)脫鋰，正極活性材料結(jié)構(gòu)會變得不穩(wěn)定，嚴(yán)重時，正極活性材料結(jié)構(gòu)會坍塌。

通過摻雜和包覆可有效提高LiCoO₂結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進(jìn)而拓寬其充電截止電壓，提升比容量。目前學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界通過Al、Ti、Zr、Mg摻雜和Al₂O₃、MgO和ZrO₂包覆等手段，使得LiCoO₂材料在高電壓(4.5V vs.Li/Li+)方向取得了重要的進(jìn)展。近期，已有文獻(xiàn)(Zhanget al.,“Trace doping of multiple elements enables stable battery cycling ofLiCoO2 at 4.6V”,2018,Nature energy,Volume 4,Pages 594–603)通過Ti-Mg-Al共摻的方式將LiCoO₂材料穩(wěn)定充放電的截止電壓提升到了4.6V。