电化学装置和电子装置制造方法及图纸

本公开提供一种电化学装置和电子装置，其中电化学装置，包括：正极；负极；隔离膜，设置在正极和负极之间；其中，正极包括正极集流体和设置在正极集流体至少一个表面上的正极活性物质层，正极活性物质层中包括正极材料，正极材料包括含锂过渡金属氧化物，且正极材料包含第一颗粒和第二颗粒，第一颗粒粒径大于第二颗粒粒径，电化学装置在电压为2.5V状态下，基于第一颗粒的总质量，锂元素在第一颗粒中的占比为x ppm，基于第二颗粒的总质量，锂元素在第二颗粒中的占比为y ppm，满足1.001≤x/y≤1.2。本申请通过平衡正极材料中不同粒径的颗粒的应力释放，从而防止正极材料在电化学装置循环过程中颗粒破裂。过程中颗粒破裂。过程中颗粒破裂。

【技术实现步骤摘要】
电化学装置和电子装置


[0001]本申请涉及电化学
，尤其涉及一种电化学装置和电子装置。

技术介绍

[0002]电化学装置(例如锂离子电池)被广泛应用到各个领域，电化学装置在充放电过程中，锂离子会在正极材料和负极材料之间重复嵌入和脱出，在嵌入和脱出的过程中正极材料的晶体体积会发生膨胀和收缩，可能导致循环过程中正极材料的颗粒发生破裂，破裂后的正极材料会增加电解液消耗，并导致循环过程的安全性能降低。

技术实现思路

[0003]本申请提供一种电化学装置和电子装置，能够解决电化学装置在循环过程中正极材料破裂的问题，从而提高电化学装置的循环性能和循环过程中的安全性能。
[0004]本申请一些实施例中提出一种电化学装置，包括：正极；负极；隔离膜，设置在正极和负极之间；其中，正极包括正极集流体和设置在正极集流体至少一个表面上的正极活性物质层，正极活性物质层中包括正极材料，正极材料包括含锂过渡金属氧化物，且正极材料包含第一颗粒和第二颗粒，第一颗粒粒径大于第二颗粒粒径，电化学装置在电压为2.5V状态下，基于第一颗粒的总质量，锂元素在第一颗粒中的占比为x ppm，基于第二颗粒的总质量，锂元素在第二颗粒中的占比为y ppm，满足1.001≤x/y≤1.2。
[0005]在一些实施例中，正极材料满足如下条件(a)-(f)中的至少一条：
[0006](a)60000≤x≤65000；
[0007](b)55000≤y≤60000；
[0008](c)500≤x-y≤10000；r/>[0009](e)第一颗粒的比表面积BET1满足：0.1m2/g≤BET1≤1.5m2/g，第二颗粒的比表面积BET2满足：0.5m2/g≤BET2≤2m2/g；
[0010](f)第一颗粒的Dv50为8μm-15μm，第二颗粒的Dv50为1μm-6μm。
[0011]在一些实施例中，正极材料中第一颗粒与第二颗粒的质量比R满足：0＜R≤10。
[0012]在一些实施例中，正极材料中第一颗粒与第二颗粒的质量比R满足：0.6≤R≤1.5。
[0013]在一些实施例中，正极材料中具有至少两种不同形貌的颗粒。
[0014]在一些实施例中，第一颗粒的横截面的形状包括：圆形。
[0015]在一些实施例中，第二颗粒的横截面的形状包括：多边形。
[0016]在一些实施例中，正极活性物质层的孔隙率为5％-35％。
[0017]在一些实施例中，正极活性物质层的压实密度为2.0g/cm
3-4.5g/cm3。
[0018]在一些实施例中，第一颗粒或第二颗粒中的至少一者包含：Li
m
[Ni
a
Mn
b
Co
1-(a+b+c)
M
c
]O2，其中，0.45≤a≤0.9，0.05≤b≤0.5，0<c≤0.1，a+b+c≤1，0.97≤m≤1.10，M包含W、B、Al、Ti、Mg、Cr、Zr或Si中的至少一种
[0019]在一些实施例中，电化学装置还包括：电解液，电解液包含多腈化合物或二氟磷酸
锂中的至少一种。
[0020]在一些实施例中，多腈化合物包括：丁二腈、己二腈、乙二醇双(丙腈)醚、1,3,6-己三甲腈、1,2,6-己三甲腈或1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷中的至少一种；
[0021]多腈化合物在电解液中的质量含量为1％-15％。
[0022]在一些实施例中，二氟磷酸锂在电解液中的质量含量为0.001％-1％。
[0023]本申请的一些实施例中提出一种电子装置，包括上述任一项所述的电化学装置。
[0024]本申请通过控制第一颗粒和第二颗粒中锂元素的质量占比，平衡正极材料中不同粒径的颗粒的应力，从而防止正极材料在电化学装置循环过程中颗粒破裂。
附图说明
[0025]结合附图并参考以下具体实施方式，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。
[0026]图1是本公开实施例的一种电化学装置的组成示意图。
具体实施方式
[0027]下面将更详细地描述本申请的实施例。本申请可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本申请。
[0028]正极
[0029]在充放电过程中，锂离子的脱出和嵌入会导致材料在晶胞c轴方向增大或降低，在宏观上体现为颗粒体积膨胀或收缩。当脱锂量相同时，不同粒径的颗粒表现出来的应力不同，在循环过程中由于应力释放不均匀导致材料发生破碎，破裂会暴露新鲜界面与电解液发生副反应，导致循环性能下降。采用一次颗粒较大的单晶正极材料、使用大小颗粒混合的正极材料或者将正极材料制备成中空的核壳结构，然而，采用一次颗粒较大的单晶会增大锂离子传输路径，导致电化学装置阻抗增加，动力学性能降低，恶化循环性能和高温性能；使用大小颗粒混合的正极材料在相同电压相同脱锂量的情况下，会导致不同粒径的颗粒应力释放不均匀出现材料破裂；采用中空的核壳结构会导致材料能量密度降低，并且在正极辊压时容易被压碎。
[0030]本申请通过组合使用具有特定锂元素含量的第一颗粒和第二颗粒并调节其比例解决了上述问题。本申请在一些实施例中提出一种电化学装置，如图1所示，包括：正极10、负极20和隔离膜30，隔离膜30设置在正极10和负极20之间；其中，正极10包括正极集流体11和设置在正极集流体11上的正极活性物质层12，正极活性物质层12中包括正极材料，正极材料包括含锂过渡金属氧化物，且正极材料12包含第一颗粒和第二颗粒，第一颗粒粒径大于第二颗粒粒径，电化学装置在电压为2.5V状态下，基于第一颗粒的总质量，锂元素在第一颗粒中的占比为x ppm，基于第二颗粒的总质量，锂元素在第二颗粒中的占比为y ppm，满足1.001≤x/y≤1.2。
[0031]在一些实施例中，电化学装置可以是锂离子电池，正极材料例如可以是掺杂或者未掺杂、包覆或未包覆包含其他元素的镍钴锰酸锂。在本申请中，第一颗粒粒径大于第二颗
粒粒径，而第一颗粒中锂元素的质量占比x ppm与第二颗粒中锂元素的质量占比y ppm的比值满足1.001≤x/y，这表明粒径较大的第一颗粒中含有的锂元素的质量含量比粒径较小的第二颗粒中含有的锂元素的质量含量大，因此，在锂离子从正极材料中脱出和嵌入的过程中，第一颗粒中脱出和嵌入的锂离子比第二颗粒脱出和嵌入的锂离子多，但是，因为第一颗粒粒径大于第二颗粒粒径，并且x/y≤1.2，即第一颗粒脱出和嵌入的锂离子不会与第二颗粒相差过多，第一颗粒和第二颗粒由于脱出和嵌入锂离子所产生的应变整体上相近，从而使得正极材料的颗粒在电化学装置循环过程不易破裂。本申请通过控制第一颗粒和第二颗粒中锂元素的质量占比，平衡正极材料中不同粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电化学装置，其特征在于，包括：正极；负极；隔离膜，设置在所述正极和所述负极之间；其中，所述正极包括正极集流体和设置在所述正极集流体至少一个表面上的正极活性物质层，所述正极活性物质层中包括正极材料，所述正极材料包括含锂过渡金属氧化物，且所述正极材料包含第一颗粒和第二颗粒，所述第一颗粒粒径大于所述第二颗粒粒径，所述电化学装置在电压为2.5V状态下，基于所述第一颗粒的总质量，锂元素在所述第一颗粒中的占比为x ppm，基于所述第二颗粒的总质量，锂元素在所述第二颗粒中的占比为y ppm，满足1.001≤x/y≤1.2。2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述正极材料满足如下条件(a)-(f)中的至少一条：(a)60000≤x≤65000；(b)55000≤y≤60000；(c)500≤x-y≤10000；(e)所述第一颗粒的比表面积BET1满足：0.1m2/g≤BET1≤1.5m2/g，所述第二颗粒的比表面积BET2满足：0.5m2/g≤BET2≤2m2/g；(f)所述第一颗粒的Dv50为8μm-15μm，所述第二颗粒的Dv50为1μm-6μm。3.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述正极材料中所述第一颗粒与第二颗粒的质量比R满足：0＜R≤10。4.根据权利要求3所述的电化学装置，其特征在于，所述正极材料中所述第一颗粒与第二颗粒的质量比R满足：0.6≤R≤5。5.根据权利要求1所述的电化学装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷风，郎野，刘文元，彭刚，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：