本发明专利技术提供一种正极极片及包括该正极极片的电化学装置。所述正极极片包括：正极集流体，置于所述正极集流体的至少一个表面上的正极活性材料层，以及置于所述正极活性材料层与所述正极集流体之间的安全层。其中，所述安全层包括粘结物质、导电物质和特殊敏感物质。每个所述特殊敏感物质分子中，包括单糖结构单元，以及碳酸酯基团和/或磷酸酯基团；并且，至少一部分所述碳酸酯基团和/或所述磷酸酯基团键接两个或两个以上所述单糖结构单元。使用本发明专利技术的正极极片制备的电化学装置，具有明显改进的安全性和电性能(如循环性能)。
Positive pole piece and electrochemical device including the positive pole piece
【技术实现步骤摘要】
正极极片及包括该正极极片的电化学装置
本专利技术涉及电化学，尤其涉及一种正极极片及包括该正极极片的电化学装置。
技术介绍
锂离子电池由于具备能量密度大、输出功率高、循环寿命长和环境污染小等优点而被广泛应用于电动汽车以及消费类电子产品中。然而锂离子电池在过度充电过程中有时会出现起火和爆炸等安全性问题，给人们的生命和财产安全带来很大威胁。此外，锂离子电池的循环使用率也一直受到质疑。锂离子电池过度充电通常会引起其电性能的恶化，造成负极析锂，循环和容量等电性能明显下降，严重时会造成电池内短路。大量实验结果表明，电池内短路是造成锂离子电池安全隐患的根本所在。为了避免发生电池内短路，研究者们试图从许多方面来进行改进，其中包括利用PTC(PositiveTemperatureCoefficient)材料的特性来提高锂离子电池的安全性能方面的研究。PTC材料又称作正温度系数热敏材料，它具有电阻率随温度升高而增大的特性，当温度超过一定温度时，它的电阻率呈阶跃性的迅速增高。已知为了提高锂离子电池的安全性，通常在电池的活性材料层中添加PTC材料。当电池温度升高时，PTC材料的电阻增大，从而导致整个活性材料层的电阻变大，甚至使得整个活性材料层的导电通路被破坏，从而起到断电、阻止电化学反应继续进行的安全效果。然而试验表明，在活性材料层中添加的PTC材料会对电池的电化学性能产生不良影响。还有研究报道，可在锂离子电池的集流体与活性材料层之间单独设置PTC材料层。当电池温度升高时，PTC材料层的电阻增大，从而使得集流体与活性材料层之间电阻增大、甚至断电，从而起到阻止电化学反应继续进行的安全效果。然而根据这种改进方式，在PTC材料层表面涂覆活性物质浆料时，浆料中的溶剂(如NMP等)会将PTC层中的PTC材料溶解，并进入上层活性物质层中，不仅使PTC层失去PTC效应，而且会恶化锂离子电池的电性能。另外，在极片制作过程的压实步骤中，PTC材料层极易被挤压至边缘，导致活性材料层与集流体直接接触，从而失去提高安全性能的作用。此外，PTC材料层的响应速度、阻断电流的效果等性能均需大幅改善。
技术实现思路
本专利技术部分实施例提供了一种具有改进的安全性和电性能(如循环性能)的正极极片与包括该正极极片的电化学装置。一方面，本专利技术提供一种正极极片，包括：正极集流体，置于所述正极集流体的至少一个表面上的正极活性材料层，以及置于所述正极活性材料层与所述正极集流体之间的安全层。其中，所述安全层包括粘结物质、导电物质和特殊敏感物质。每个所述特殊敏感物质分子中，包括单糖结构单元，以及碳酸酯基团和/或磷酸酯基团；并且，至少一部分所述碳酸酯基团和/或所述磷酸酯基团键接两个或两个以上所述单糖结构单元。另一方面，本专利技术提供一种电化学装置，包括本专利技术第一方面所述的正极极片。根据本专利技术，当发生过充电时，过高电压和一定的温度会导致正极极片的安全层中的特殊敏感物质发生降解，进而破坏安全层中的导电网络、阻断正极集流体与正极活性材料层间的电子导通，从而实现及时切断充电电流、有效防止电化学装置发生热失控，避免了引发起火、爆炸等安全问题，大大提高了电化学装置的过充安全性能。与使用传统PTC材料作为安全层或者含有PTC材料的活性材料层的正极极片及电化学装置相比，本专利技术的正极极片及包括该正极极片的电化学装置，在过高电压和一定的温度下首先发生化学变化，而非物理变化，响应更快，响应电压可控，具有更佳的过充安全性和可靠性，并能提升电化学装置的电性能(如循环性能)。而对于依赖结晶度变化引起体积膨胀的传统PTC材料，其在高温条件下仅发生物理变化，这种变化受材料涂层制备工艺及电化学装置制备工艺的影响较大，比如，材料涂层制备工艺中的温度及涂布速度、电化学装置中的电解液等，都会对材料的结晶度产生影响、且影响不可控，在电化学装置发生过充电，材料很可能未被激发，不能及时切断充电电流，存在安全隐患。附图说明图1为本专利技术实施例9的锂离子二次电池的电压-温度-时间曲线图。图2为对比例1的锂离子二次电池的电压-温度-时间曲线图。具体实施方式下面结合具体实施例，对本申请进行详细说明。应理解，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本专利技术，并非限制本专利技术。实施例的配方、比例等可因地制宜做出选择但仍然在本专利技术的保护范围内。为了简便，本文仅示例性地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何其它上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因此，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合、或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。应理解，数值的列举仅作为示例，不应解释为穷尽。在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”、“≤”、“≥”均包含本数，“至少一种”是指包括一种或多种，“一种或多种”中的“多种”含义是指两种或两种以上。在本专利技术一实施例中，提供一种正极极片，包括：正极集流体，置于所述正极集流体的至少一个表面上的正极活性材料层，以及置于所述正极活性材料层与所述正极集流体之间的安全层。在一具体实施例中，所述安全层包括特殊敏感物质。在本专利技术一实施例中，每个所述特殊敏感物质分子中，包括单糖结构单元，以及碳酸酯基团和/或磷酸酯基团，并且，至少一部分所述碳酸酯基团和/或所述磷酸酯基团键接两个或两个以上所述单糖结构单元。换言之，所述特殊敏感物质是由单糖结构单元与碳酸酯基团和/或磷酸酯基团形成的聚合物。根据本专利技术，所述特殊敏感物质的重均分子量不可太大也不可太小，过大的分子量影响其与电解液的亲和性以及安全层制备时的溶解性，不能快速响应；若重均分子量过小，一方面无法维持安全层中的导电网络，另一方面分解电压或温度太低，电池无法正常使用。在本专利技术一实施例中，所述特殊敏感物质的重均分子量Mw为1500～25000。例如，所述特殊敏感物质的重均分子量Mw可以是1500、1900、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、5500、6000、6500、7000、7500、8000、8500、9000、9500、10000、11000、12000、13000、14000、15000、16000、17000、18000、19000、20000、21000、22000、23000、24000、25000等，包括其中的任何和所有范围及子范围，例如1500～20000、1500～18000、1500～12000、1500～1900、2000～25000、2000～20000、2000～18000、2000～12000、3000～25000、3000～20000、3000～18000、3000～12000、3000～9000、3000～4500、2000～3000、9000～12000、6000～8000、5000～7000等。在本专利技术一实施例中，每个所述特殊敏感物质分子中，含有10～140个碳酸酯键和/或磷酸酯键。例如，10、14、15、16、18、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种正极极片，包括：正极集流体，置于所述正极集流体的至少一个表面上的正极活性材料层，以及置于所述正极活性材料层与所述正极集流体之间的安全层，其特征在于，所述安全层包括粘结物质、导电物质和特殊敏感物质；其中，每个所述特殊敏感物质分子中，包括单糖结构单元，以及碳酸酯基团和/或磷酸酯基团；并且，至少一部分所述碳酸酯基团和/或所述磷酸酯基团键接两个或两个以上所述单糖结构单元。
【技术特征摘要】
1.一种正极极片，包括：正极集流体，置于所述正极集流体的至少一个表面上的正极活性材料层，以及置于所述正极活性材料层与所述正极集流体之间的安全层，其特征在于，所述安全层包括粘结物质、导电物质和特殊敏感物质；其中，每个所述特殊敏感物质分子中，包括单糖结构单元，以及碳酸酯基团和/或磷酸酯基团；并且，至少一部分所述碳酸酯基团和/或所述磷酸酯基团键接两个或两个以上所述单糖结构单元。2.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述特殊敏感物质的重均分子量Mw为1500～25000。3.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，每个所述特殊敏感物质分子中，含有10～140个碳酸酯键和/或磷酸酯键。4.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，每个所述特殊敏感物质分子中，含有2～60个所述单糖结构单元。5.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，每个所述特殊敏感物质分子中，含有0～25个醚键。6.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述特殊敏感物质选自至少一种：单糖的碳酸酯化物、单糖的磷酸酯化物、单糖的碳酸和磷酸混合酯化物、寡聚糖的碳酸酯化物、寡聚糖的磷酸酯化物、寡聚糖的碳酸和磷酸混合酯化物、单糖与寡聚糖混合物的碳酸酯化物、单糖与寡聚糖混合物的磷酸酯化物、单糖与寡聚糖混合物的碳酸、磷酸混合酯化物；其中，所述寡聚糖含有2～10个单糖结构单元；优选所述特殊敏感物质选自至少一种：葡萄糖碳酸酯化物、葡萄糖的碳酸和磷酸混合酯化物、蔗糖碳酸酯化物、葡萄糖和蔗糖混合物的碳酸酯化物、葡萄糖和蔗糖混合物的磷酸酯化物、γ-环糊精的碳酸酯化物、γ-环糊精的磷酸酯化物、葡萄糖与γ-环糊精混合物的碳酸酯化物、葡萄糖与γ-环糊精混合物的磷酸酯化物、蔗糖与γ-...
【专利技术属性】
技术研发人员：於洋，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35
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