[發(fā)明專利]一種電化學(xué)裝置和電子裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310825740.8
• 申請(qǐng)日: 2023-07-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116544489B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林小萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧德新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M10/052
• 分類號(hào): H01M10/052;H01M10/058;H01M4/134;H01M4/131
• 代理公司: 北京柏杉松知識(shí)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(qǐng)?zhí)峁┝艘环N電化學(xué)裝置和電子裝置，包括正極極片、負(fù)極極片、電解液和隔膜，正極極片包括正極集流體和位于正極集流體至少一個(gè)表面上的正極活性材料層，正極活性材料層包括正極活性材料，正極活性材料包含M，M包括Mn、Ni、Co或Fe中的至少一種，正極活性材料包括a材料與b材料，基于a材料質(zhì)量，a材料中Mn質(zhì)量百分含量為40%至65%，基于b材料質(zhì)量，b材料中Mn質(zhì)量百分含量大于等于0%且小于40%；基于正極活性材料質(zhì)量，a材料質(zhì)量百分含量A為5%至60%，b材料質(zhì)量百分含量B為40%至95%；正極活性材料層包括氧化鋁，基于a材料和b材料總質(zhì)量，氧化鋁質(zhì)量百分含量C為0.05%至0.3%。通過(guò)上述設(shè)置，可以提高電化學(xué)裝置的循環(huán)性能和能量密度。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及電化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種電化學(xué)裝置和電子裝置。

背景技術(shù)

電化學(xué)裝置，例如鋰金屬電池，具有能量密度高、工作電壓高、自放電率低、體積小、重量輕等優(yōu)勢(shì)，在消費(fèi)電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。鋰金屬具有高的理論比容量，在鋰金屬電池中具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，利用鋰金屬作為負(fù)極，同時(shí)采用包括高能量密度正極材料的正極，可以大大提高鋰金屬電池的能量密度和工作電壓。

但是，由于鋰金屬的活潑性極高，其與電解液反應(yīng)的副產(chǎn)物會(huì)在負(fù)極極片上不斷累積，循環(huán)過(guò)程中鋰金屬會(huì)不斷的發(fā)生體積膨脹收縮，鋰金屬電池的阻抗不斷增大，活性鋰不斷損失，造成容量下降，并且堆積的副產(chǎn)物會(huì)影響鋰離子的傳輸，從而影響電化學(xué)裝置的循環(huán)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)的目的在于提供一種電化學(xué)裝置和電子裝置，以改善電化學(xué)裝置的循環(huán)性能。具體技術(shù)方案如下：

需要說(shuō)明的是，本申請(qǐng)的發(fā)明內(nèi)容中，以鋰金屬電池作為電化學(xué)裝置的例子來(lái)解釋本申請(qǐng)，但是本申請(qǐng)的電化學(xué)裝置并不僅限于鋰金屬電池。

本申請(qǐng)的第一方面提供了一種電化學(xué)裝置，其包括正極極片、負(fù)極極片、電解液和隔膜，正極極片包括正極集流體和設(shè)置于正極集流體至少一個(gè)表面上的正極活性材料層，正極活性材料層包括正極活性材料，正極活性材料中包含M元素，M元素包括Mn、Ni、Co或Fe中的至少一種，正極活性材料包括a材料與b材料，基于a材料的質(zhì)量，a材料中Mn元素的質(zhì)量百分含量為40%至65%，基于b材料的質(zhì)量，b材料中Mn元素的質(zhì)量百分含量為大于等于0%且小于40%；基于正極活性材料的質(zhì)量，a材料的質(zhì)量百分含量A為5%至60%，b材料的質(zhì)量百分含量B為40%至95%；正極活性材料層還包括氧化鋁，基于a材料和b材料的總質(zhì)量，氧化鋁的質(zhì)量百分含量C為0.05%至0.3%；負(fù)極極片包括鋰金屬或集流體中的至少一種，負(fù)極極片還包括M元素，基于負(fù)極極片的質(zhì)量，M元素的質(zhì)量百分含量X為0.05%至1%。通過(guò)將正極活性材料中a材料和b材料的質(zhì)量百分含量、a材料和b材料中Mn元素的質(zhì)量百分含量和負(fù)極極片中M元素的質(zhì)量百分含量調(diào)控在上述范圍內(nèi)，a材料和b材料中的M元素在循環(huán)過(guò)程中溶出到電解液中，在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，M元素遷移到負(fù)極極片的表面，在負(fù)極極片的表面被還原成金屬M(fèi)，金屬M(fèi)可催化固體電解質(zhì)界面（SEI膜），使得鋰離子傳輸通道暢通，通過(guò)調(diào)控氧化鋁的質(zhì)量百分含量在上述范圍內(nèi)，可進(jìn)一步控制M元素的溶出速率，同時(shí)有利于電化學(xué)裝置正極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而提高了電化學(xué)裝置的循環(huán)性能。

在本申請(qǐng)的一些實(shí)施方案中，0.05≤A/B≤1.5，優(yōu)選為0.052≤A/B≤0.67。通過(guò)調(diào)控A/B的值在上述范圍內(nèi)，有利于改善電化學(xué)裝置的循環(huán)性能，提高電化學(xué)裝置的能量密度。

在本申請(qǐng)的一些實(shí)施方案中，基于負(fù)極極片的質(zhì)量，M元素的質(zhì)量百分含量X為0.1%至0.5%。通過(guò)調(diào)控M元素的質(zhì)量百分含量在上述范圍內(nèi)，M元素在負(fù)極極片表面發(fā)生反應(yīng)形成金屬M(fèi)，有利于催化SEI膜，從而改善電化學(xué)裝置的循環(huán)性能。

在本申請(qǐng)的一些實(shí)施方案中，基于a材料和b材料的總質(zhì)量，氧化鋁的質(zhì)量百分含量C為0.05%至0.15%。通過(guò)調(diào)控氧化鋁的質(zhì)量百分含量可以進(jìn)一步調(diào)控M元素的溶出速率，同時(shí)有利于電化學(xué)裝置正極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而提高電化學(xué)裝置的循環(huán)性能。