[發(fā)明專利]正極材料及包含該正極材料的電化學(xué)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110286034.1
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113078303B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王凱
• 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;H01M4/58;H01M10/0525;H01M10/0567
• 代理公司: 北京市競天公誠律師事務(wù)所 11770
• 代理人: 徐民

本申請涉及一種正極材料及包括所述正極材料的電化學(xué)裝置。本申請?zhí)峁┑恼龢O包括基體、位于所述基體表面的第一材料，所述第一材料包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域具有非單晶結(jié)構(gòu)，所述第二區(qū)域包括具有單晶結(jié)構(gòu)的第三區(qū)域。本申請通過設(shè)計包覆層具有兩種不同類型的晶體結(jié)構(gòu)，并將它們進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，顯著提高了電化學(xué)裝置的高電壓循環(huán)穩(wěn)定性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及儲能技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種正極材料和包含該正極材料的電化學(xué)裝置。

背景技術(shù)

隨著智能產(chǎn)品的普及和應(yīng)用，人們對手機(jī)、筆記本、相機(jī)等電子產(chǎn)品的需求逐年增加。鋰離子電池作為電子產(chǎn)品的工作電源，具有能量密度高、無記憶效應(yīng)、工作電壓高等特點，正逐步取代傳統(tǒng)的Ni-Cd、MH-Ni電池。開發(fā)具有高能量密度和高安全性能的鋰離子電池成為研發(fā)人員關(guān)注的焦點。為了提高能量密度，一種可行的方案是提高鋰離子電池的工作電壓。但在高電壓條件下，正極活性材料本身會發(fā)生不可逆相變，同時正極活性材料的界面會與電解液發(fā)生強(qiáng)烈的副反應(yīng)，如電解液在正極表面分解，使得電池的電化學(xué)性能惡化并降低電池的安全性能，因此正極材料在高電壓條件下應(yīng)用得到限制。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本申請?zhí)峁┝艘环N正極材料，該正極材料能夠顯著改善電化學(xué)裝置的高電壓循環(huán)穩(wěn)定性能。本申請還涉及包括這種正極材料的電化學(xué)裝置。

本申請的第一方面提供了一種正極材料，該正極材料包括基體、位于基體表面的第一材料，第一材料包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，第一區(qū)域具有非單晶結(jié)構(gòu)，第二區(qū)域包括具有單晶結(jié)構(gòu)的第三區(qū)域。

正極活性材料本體在高電壓循環(huán)的過程中，其表面會與電解液發(fā)生反應(yīng)而逐步相變、開裂而失效。因此，要實現(xiàn)正極活性材料在高電壓的應(yīng)用，需要對其表面進(jìn)行修飾。包覆層的作用是阻擋電解液與本體材料表面的副反應(yīng)，于此同時確保Li離子的正常導(dǎo)通和遷移。本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在一般包覆層的基礎(chǔ)上，通過對包覆層的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，可以進(jìn)一步增強(qiáng)包覆層的作用，甚至可以形成功能化的包覆，帶來額外的有益效果。本申請通過設(shè)計包覆層具有兩種不同類型的晶體結(jié)構(gòu)，并將它們進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，實現(xiàn)了 1+12的效果。

本申請中位于基體表面的第一材料包括第一區(qū)域以及第二區(qū)域，第一區(qū)域具有非單晶結(jié)構(gòu)，第二區(qū)域包括具有單晶結(jié)構(gòu)的第三區(qū)域。第一區(qū)域中的非單晶物質(zhì)，使得結(jié)構(gòu)具有各向同性，并且有利于離子的遷移，同時內(nèi)部會存在豐富的界面，有利于電子的阻隔，減少該位點副反應(yīng)的發(fā)生。第三區(qū)域中的單晶結(jié)構(gòu)物質(zhì)，具有更加致密的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好，能夠避免在高電壓下的開裂。通過單晶區(qū)域與非單晶區(qū)域的組合，可以實現(xiàn)如下優(yōu)點，一方面，單晶結(jié)構(gòu)單一，可以讓離子穩(wěn)定有序脫出和嵌入，降低非均勻脫嵌的程度；但在脫嵌速率明顯變化的時候，非單晶區(qū)域可以作為輔助通道，支持部分離子快速通過，以適應(yīng)倍率的變化。另一方面，材料在脫嵌鋰的過程存在體積的變化，單晶存在應(yīng)變方向性，一些方向的可變程度明顯大于另一些方向，多晶則無明顯方向性，將其結(jié)合后可以適應(yīng)不同方向及不同程度的變化，降低損壞的可能性。

根據(jù)本申請的一些實施方式，第一區(qū)域和第二區(qū)域分別位于基體的表面。

根據(jù)本申請的一些實施方式，第二區(qū)域位于基體與第一區(qū)域之間。

根據(jù)本申請的一些實施方式，第一區(qū)域以離散的顆粒形態(tài)分布。

根據(jù)本申請的一些實施方式，第二區(qū)域以層狀形態(tài)覆蓋基體的至少部分表面。

根據(jù)本申請的一些實施方式，第二區(qū)域在基體表面的平均覆蓋度為10％至70％。

根據(jù)本申請的一些實施方式，第二區(qū)域在基體表面的平均覆蓋度為19％至45％。