电化学装置制造方法及图纸

本申请涉及电化学装置。具体地，本申请提供了一种结构稳定的正极活性材料以用于电化学装置。其中所述正极活性材料满足如下条件：I

【技术实现步骤摘要】
电化学装置本申请为专利技术名称为“电化学装置”、申请号为202010190759.6、申请日为2020年3月18日的中国专利技术专利申请的分案申请。
本申请涉及储能
，更具体地，涉及正极活性材料和应用该正极活性材料的电化学装置。
技术介绍
随着智能产品的普及和应用，人们对手机、笔记本电脑、相机等电子产品的需求逐年增加，而电化学装置作为电子产品的电源在我们日常生活中扮演着越来越重要的角色。其中，锂离子电池凭借其具有比能量大、工作电压高、自放电率低、体积小、重量轻等优势而在消费电子领域中广泛应用。然而，随着电化学装置在电动汽车、可移动电子设备和无人机中的广泛应用，人们对电化学装置提出了更高的要求。以电动汽车为例，人们要求电动汽车具有长的续航里程，这就要求电动汽车的能源设备具有高的能量密度。而要想满足高能量密度的要求，需要电化学装置在高的电压窗口下能够稳定地工作，这又对电化学装置的正负极活性材料和电解液提出了更高的要求。
技术实现思路
本申请提供一种正极活性材料、制备该正极活性材料的方法以及应用该正极活性材料的电化学装置，以试图在至少某种程度上解决至少一个存在于相关领域中的问题。在本申请的一个层面中，本申请提供了一种电化学装置，包括正极、负极、电解液和隔离膜，所述正极包括正极集流体和正极活性材料层，所述正极活性材料层包含正极活性材料，所述电化学装置满足如下条件：I1/I0≤0.05％；其中I0为当所述电化学装置处于满放状态时，所述正极活性材料的59Co的核磁共振谱(59CoNMR谱)中的最高峰的信号强度；以满放状态下的正极活性材料中的锂为基准，I1为当所述正极活性材料脱锂比例为x，x为0.25≤x＜0.5时，所述正极活性材料的59CoNMR谱中的最高峰的信号强度。根据本申请的实施例，其中所述正极活性材料包括LiaCobMcMedOe化合物，其中0.95≤a≤1.05，0.7<b<1，0≤c≤0.2，0≤d≤0.1，1<e≤2；其中M选自由以下组成的群组中的一种或多种元素：Na、K、Al、Mg或Ca，Me选自由以下组成的群组中的一种或多种元素：Zn、Zr、Ti、La、Mn、Nb、Y、Ce或W。根据本申请的实施例，所述正极活性材料满足如下关系：△c/(c1+c2)≤1％；其中，c1为当每摩尔的所述正极活性材料脱锂y摩尔且y处于0<y≤0.2的范围内时，所述化合物Lia-yCobMcMedOe的c轴晶胞参数的值，c2为当所述正极活性材料继续脱锂至所述化合物为Lia-y-0.2CobMcMedOe时，所述化合物的c轴晶胞参数的值，△c＝|c1-c2|。根据本申请的实施例，其中在所述电化学装置从满放状态充电至满充状态的过程中，所述正极活性材料的晶格最大值C0与晶格最小值Cm满足(C0-Cm)/Cm≤4％。根据本申请的实施例，所述正极活性材料满足如下条件：(Fx2-Fx1)/Fx1≤8(x2-x1)；其中Fx1为当每摩尔的所述正极活性材料脱锂x1摩尔时，所述化合物Lia-x1CobMcMedOe的59CoNMR谱的最高峰的半峰宽的值，Fx2为当每摩尔的所述正极活性材料脱锂x2摩尔时，所述化合物Lia-x2CobMcMedOe的59CoNMR谱的最高峰的半峰宽的值；x1<x2<0.2。根据本申请的实施例，所述正极活性材料满足如下条件：(Ly2-Ly1)/Ly2≤2(y2-y1)；其中Ly1为当每摩尔的所述正极活性材料脱锂y1摩尔时，所述化合物Lia-y1CobMcMedOe的XRD谱图中的003峰的半峰宽的值，Ly2为当每摩尔的所述正极活性材料脱锂y2摩尔时，所述化合物Lia-y2CobMcMedOe的XRD谱图中的003峰的半峰宽的值，y1<y2<0.2。根据本申请的实施例，其中所述正极活性材料包括满足如下条件的颗粒：δ％≥0.15ω-0.1；其中ωμm为距离所述正极活性材料颗粒表面的深度，且其中1≤ω≤2，δ％为所述正极活性材料颗粒中深度ωμm处的元素M和Me百分含量的差值，所述元素M和Me的百分含量是基于测试区域中M、Me、Co和O元素的总重量计计算得到。根据本申请的实施例，其中当所述电化学装置的容量衰减为初始容量的80％至90％时，在所述电化学装置自满放状态至满充状态的过程中，所述电化学装置的厚度的变化不大于6％。根据本申请的实施例，其中当所述电化学装置的容量衰减为初始容量的80％至90％时，在所述电化学装置的满放状态下，每圈循环前后，所述电化学装置的厚度变化率小于3％。根据本申请的实施例，其中当所述电化学装置的容量衰减为初始容量的80％至90％时，所述正极活性材料层包括含氮化合物，在所述电化学装置的满放状态下，每圈循环前后，氮元素的百分含量变化率小于3％，其中氮元素的百分含量是基于测试区域中碳、氮、氧、氟四种元素的总重量计算得到的。根据本申请的实施例，其中将所述电化学装置放电至3.0V进行拆解，将所述正极制成扣式电池，其中所述正极的循环伏安曲线在3.0V至4.2V的范围内包含1个氧化峰，且所述氧化峰的半峰宽F满足0.07≤F≤1.45。根据本申请的实施例，其中将所述电化学装置放电至3.0V进行拆解，将所述正极制成扣式电池，自满放状态至满充状态的过程中，所述正极的厚度的变化不大于3μm。根据本申请的实施例，其中将所述电化学装置放电至3.0V进行拆解，将所述正极制成扣式电池，在满放状态下，每圈循环前后，所述正极的厚度的变化率小于3％。根据本申请的实施例，其中所述电化学装置中的电解液包括多腈化合物，所述多腈化合物包括己二腈、丁二腈、1,3,5-戊烷三甲腈、1,3,6-己烷三甲腈或三乙腈氨中的至少一种，且基于所述电解液的总重量，所述多腈含量为0.1％至10％。在本申请的另一层面中，本申请提供了一种电子装置，其包含根据本申请所述的电化学装置。本申请发现，通过将具有上述特征59CoNMR谱的正极活性材料应用于电化学装置中，能够在电化学装置充放电的过程中使得锂离子均匀地嵌入正极活性材料中或者从正极活性材料中均匀地脱出，显著降低正极活性材料的膨胀和收缩程度，确保正极活性材料在高电压充放电过程中的结构稳定，从而改善电化学装置在高电压下的循环性能。本申请的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述、显示、或是经由本申请实施例的实施而阐释。附图说明在下文中将简要地说明为了描述本申请实施例或现有技术所必要的附图以便于描述本申请的实施例。显而易见地，下文描述中的附图仅只是本申请中的部分实施例。对本领域技术人员而言，在不需要创造性劳动的前提下，依然可以根据这些附图中所例示的结构来获得其他实施例的附图。图1分别示出了本申请实施例1中的正极活性材料和对比例1中的正极活性材料的钴元素的核磁共振谱图；图2示出了本申请实施例1中的正极活性材料和对比例1中的正极活性材料的原位XRD谱图；图3示出了本申请实施例1和对比例1的锂离子电池在0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学装置，包括正极、负极、电解液和隔离膜，所述正极包括正极集流体和正极活性材料层，所述正极活性材料层包含正极活性材料，所述正极活性材料包括锂钴氧化物，所述电化学装置满足如下条件：I

【技术特征摘要】
1.一种电化学装置，包括正极、负极、电解液和隔离膜，所述正极包括正极集流体和正极活性材料层，所述正极活性材料层包含正极活性材料，所述正极活性材料包括锂钴氧化物，所述电化学装置满足如下条件：I1/I0≤0.05％；
其中I0为当所述电化学装置处于满放状态时，所述正极活性材料的59CoNMR谱中的最高峰的信号强度；以满放状态下的正极活性材料中的锂为基准，I1为当所述正极活性材料脱锂比例为x，x为0.25≤x＜0.5时，所述正极活性材料的59CoNMR谱中的最高峰的信号强度，
其中所述锂钴氧化物包含M元素，M选自由以下组成的群组中的一种或多种元素：Na、K、Al、Mg或Ca。


2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述正极活性材料包括LiaCobMcMedOe化合物，其中0.95≤a≤1.05，0.7<b<1，0≤c≤0.2，0≤d≤0.1，1<e≤2；Me选自由以下组成的群组中的一种或多种元素：Zn、Zr、Ti、La、Mn、Nb、Y、Ce或W。


3.根据权利要求2所述的电化学装置，所述正极活性材料满足如下关系：△c/(c1+c2)≤1％；
其中，c1为当每摩尔的所述正极活性材料脱锂y摩尔且y处于0<y≤0.2的范围内时，所述化合物Lia-yCobMcMedOe的c轴晶胞参数的值，
其中，c2为当所述正极活性材料继续脱锂至所述化合物为Lia-y-0.2CobMcMedOe时，所述化合物的c轴晶胞参数的值，
其中△c＝|c1-c2|。


4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中在所述电化学装置从满放状态充电至满充状态的过程中，所述正极活性材料的晶格最大值C0与晶格最小值Cm满足(C0-Cm)/Cm≤4％。


5.根据权利要求2所述的电化学装置，所述正极活性材料满足如下条件：(Fx2-Fx1)/Fx1≤8(x2-x1)；
其中Fx1为当每摩尔的所述正极活性材料脱锂x1摩尔时，所述化合物Lia-x1CobMcMedOe的59CoNMR谱的最高峰的半峰宽的值，Fx2为当每摩尔的所述正极活性材料脱锂x2摩尔时，所述化合物Lia-x2CobMcMedOe的59CoNMR谱的最高峰的半峰宽的值；
其中x1<x2<0.2。


6.根据权利要求2所述的电化学装置，所述正极活性材料满足如下条件：(Ly2-Ly1)/...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，
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：福建;35