[發(fā)明專利]一種正極極片及包含該正極極片的電化學裝置和電子裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110080043.5
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112928249B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程世楊;下羽淳平;郎野
• 申請（專利權(quán)）人: 寧德新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;H01M4/58
• 代理公司: 北京柏杉松知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11413
• 代理人: 劉繼富;王春偉

本申請?zhí)峁┝艘环N正極極片及包含該正極極片的電化學裝置和電子裝置，其中正極極片包含正極活性材料層，正極活性材料層表面的元素含量分布滿足：錳元素與氟元素之間的摩爾比α為10至80。本申請的正極極片能夠抑制電化學裝置中氟化氫的生成，減少氟化氫與含錳正極活性材料發(fā)生反應，從而減少高溫環(huán)境下正極活性材料中錳的溶出，進而減少電化學裝置在高溫環(huán)境下的容量衰減，達到提高電化學裝置在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性、延長電化學裝置高溫下使用壽命的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及電化學技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種正極極片及包含該正極極片的電化學裝置和電子裝置。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有比能量大、工作電壓高、自放電率低、體積小、重量輕等特點，廣泛應用于電能儲存、便攜式電子設(shè)備和電動汽車供電等各個領(lǐng)域。隨著鋰離子電池的使用范圍不斷擴大，市場對鋰離子電池提出了更高的要求，例如，要求鋰離子電池在高溫環(huán)境下也能穩(wěn)定。

但是目前的鋰離子電池在高溫下比容量衰減比較嚴重，這是由于高溫促使鋰離子電池內(nèi)部副反應的發(fā)生，導致電極活性材料結(jié)構(gòu)被破壞，影響了鋰離子電池的穩(wěn)定性和使用壽命。因此亟需一種在高溫下也具有長時間使用壽命的鋰離子電池。

發(fā)明內(nèi)容

本申請的目的在于提供一種正極極片及包含該正極極片的電化學裝置和電子裝置，以提高電化學裝置在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性。

需要說明的是，本申請的以下內(nèi)容中，以鋰離子電池作為電化學裝置的例子來解釋本申請，但是本申請的電化學裝置并不僅限于鋰離子電池。

本申請的第一方面提供了一種正極極片，其包含正極活性材料層，所述正極活性材料層表面的元素含量分布滿足：錳元素與氟元素之間的摩爾比α為10至80。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在鋰離子電池中，含錳正極活性材料(例如錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰)，在充放電過程中特別是在高溫情況下(例如高于60℃)，比容量衰減比較嚴重。由于電解液中含有痕跡量的水分，水與電解液中LiPF₆反應形成HF，導致尖晶石歧化反應。Mn³⁺發(fā)生歧化反應后生成Mn⁴⁺和Mn²⁺，Mn²⁺容易溶解，在高溫情況下加速溶解，造成含錳正極活性材料的結(jié)構(gòu)被破壞。有鑒于此，本申請通過控制錳元素與氟元素之間的摩爾比α為12至80，在本申請的另一些實施方案中，α為10至40，能夠更好地抑制電化學裝置中氟化氫的生成，減少氟化氫與含錳正極活性材料發(fā)生反應，提高含錳正極活性材料的穩(wěn)定性，從而減少高溫環(huán)境下正極活性材料中錳的溶出，進而減少鋰離子電池在高溫環(huán)境下的容量衰減，使鋰離子電池在高溫條件下儲存更加穩(wěn)定，延長鋰離子電池的壽命。

在本申請的一些實施方案中，正極活性材料層的厚度為H，則正極活性材料層中距離表面H/3至2H/3深度區(qū)域的錳元素與氟元素的摩爾比為β，β/α為0.35至1.25。

在本申請的另一些實施方案中，β/α為0.35至0.625。可以理解的是，正極活性材料層可設(shè)置于集流體的單面或雙面，則將集流體單面的正極活性材料層的厚度記為H，則正極活性材料層中距離表面H/3至2H/3深度區(qū)域的錳元素與氟元素的摩爾比記為β。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，不限于任何理論，通過控制β與α之間的比值在上述范圍內(nèi)，使正極活性材料層內(nèi)部的錳氟比低于表面的錳氟比，一方面能夠改善電子阻隔，提高鋰離子電池的循環(huán)性能，另一方面能夠進一步抑制高電壓的正極活性材料層內(nèi)部氟化氫的生成，從而進一步提高含錳正極活性材料的穩(wěn)定性。

在本申請的一些實施方案中，所述β范圍為5至50。不限于任何理論，當β過低時(例如低于5)，正極活性材料層內(nèi)部的錳氟比過低，不利于鋰離子電池能量密度的提升；當β過高時(例如高于50)，正極活性材料層內(nèi)部的錳氟比過高，難以有效抑制鋰離子電池中氟化氫的生成。通過控制β在上述范圍內(nèi)，能夠在提升鋰離子電池能量密度的同時進一步抑制鋰離子電池中氟化氫的生成。