一种正极材料、电化学装置和电子装置制造方法及图纸

本申请涉及一种正极材料、电化学装置和电子装置。该正极材料包括复合颗粒，所述复合颗粒包括氟化锂和过渡金属氟化物，其中，所述氟化锂和所述过渡金属氟化物的摩尔比x满足：0＜x≤0.135。该正极材料制备工艺简单、对设备要求低、产率高、易于实现规模化生产；并且用于电化学装置时，能够有效提高电化学装置的充放电性能以及循环稳定性。性能以及循环稳定性。性能以及循环稳定性。

A cathode material, electrochemical device and electronic device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】Lithium Batteries[J].Advanced Functional Materials，2018，28(32):1801711)采用静电纺丝工艺将FeF3封装在碳纳米纤维中，制备了FeF3/C复合纤维材料。该复合纤维材料不仅可以使FeF3颗粒维持在纳米级别，还可以保护FeF3的结构不被破坏。同时，碳纳米纤维为离子和电子的快速转移提供了良好的通道，还可以减少电解液与FeF3表面不必要的反应。通过充放电测试，循环400周后，该FeF3/C复合纤维材料仍然有500mAh/g的可逆容量。
[0005]上述这些研究在一定程度改善了金属氟化物的电化学性能，但是缺点在于需要用到高危险性的HF气体，或是材料的产率低、成本高，且量产难度极大。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术存在的问题，本申请提供一种正极材料，该正极材料制备工艺简单、对设备要求低、产率高、易于实现规模化生产；并且用于电化学装置时，能够有效提高电化学装置的充放电性能以及循环稳定性。
[0007]在第一方面，本申请提供一种正极材料，该正极材料包括复合颗粒，该复合颗粒包括氟化锂和过渡金属氟化物，其中，氟化锂和过渡金属氟化物的摩尔比x满足：0＜x≤0.135。本申请通过将过渡金属氟化物和一定比例的氟化锂复合，使得充电过程中氟离子始终保持过量，可以确保金属离子完全转化为稳定的金属氟化物，从而避免了正极中金属离子的大量溶出，进而实现材料的高放电比容量和高循环稳定性。另外，通过复合氟化锂，并未引入其它杂质元素，不会影响电化学装置的其它性能，带入的锂还可以提供部分活性锂，可进一步提升电化学装置的电化学稳定性。
[0008]根据本申请的一些实施方式，该复合颗粒中氟化锂和过渡金属氟化物的摩尔比x满足：0.025≤x≤0.11。复合颗粒中氟化锂的含量过低时，对电化学装置性能的改善不明显；氟化锂的含量过高时，由于氟化锂不提供放电克容量，同时其本征电导率极低，含量过高会降低正极材料的放电克容量。
[0009]根据本申请的一些实施方式，该复合颗粒的X射线图谱中，在2θ为23
°
至24
°
之间有峰，所述峰的半峰宽为0.15
°
至0.3
°
。复合颗粒的上述峰的半峰宽在上述范围内说明复合颗粒的晶格有序度降低，LiF与过渡金属氟化物之间混合的更加均匀。根据本申请的一些实施方式，该复合颗粒的晶粒尺寸为30nm至100nm，其中，晶粒尺寸通过Scherrer公式计算得到。
[0010]根据本申请的一些实施方式，该过渡金属氟化物中，氟元素和过渡金属元素的摩尔比y满足：2≤y≤3。
[0011]根据本申请的一些实施方式，该正极材料满足如下条件(a)至(b)中的至少一者：(a)该过渡金属包括Fe、Co、Ni、Mn或Cu中的至少一种；(b)该过渡金属氟化物包括FeF3、CoF3、Fe
0.9
Co
0.1
F3、NiF3、MnF3、FeF2、CoF2、NiF2或CuF2中的至少一种。根据本申请的一些实施方式，该正极材料中，过渡金属包括Fe、Co、Ni、Mn或Cu中的至少一种。根据本申请的一些实施方式，该正极材料中，过渡金属氟化物包括FeF3、CoF3、Fe
0.9
Co
0.1
F3、NiF3、MnF3、FeF2、CoF2、NiF2或CuF2中的至少一种。
[0012]在第二方面，本申请提供了一种正极材料的制备方法，其包括以下步骤：将氟化锂和过渡金属氟化物混合，得到第一混合物，其中氟化锂和过渡金属氟化物的摩尔比z满足：0＜z≤0.13；和对第一混合物进行加热处理。
[0013]根据本申请的一些实施方式，该制备方法满足如下条件(a)至(d)中的至少一者：
(a)过渡金属包括Fe、Co、Ni、Mn或Cu中的至少一种；(b)过渡金属氟化物包括FeF3、CoF3、Fe
0.9
Co
0.1
F3、NiF3、MnF3、FeF2、CoF2、NiF2或CuF2中的至少一种；(c)氟化锂和过渡金属氟化物的摩尔比z满足：0.03≤z≤0.1；(d)热处理的温度为200℃至400℃，热处理的时间为6h至24h。根据本申请的一些实施方式，过渡金属包括Fe、Co、Ni、Mn或Cu中的至少一种；氟化锂和过渡金属氟化物的摩尔比z满足：0.03≤z≤0.1；热处理的温度为200℃至400℃，热处理的时间为6h至24h。根据本申请的一些实施方式，该制备方法中，过渡金属氟化物包括FeF3、CoF3、Fe
0.9
Co
0.1
F3、NiF3、MnF3、FeF2、CoF2、NiF2或CuF2中的至少一种；氟化锂和过渡金属氟化物的摩尔比z满足：0.03≤z≤0.1；热处理的温度为200℃至400℃，热处理的时间为6h至24h。
[0014]根据本申请的一些实施方式，氟化锂和过渡金属氟化物的摩尔比z满足：0.03≤z≤0.1。氟化锂的含量过低时，所制备的正极材料对电化学装置性能的改善不明显；氟化锂的含量过高时，由于氟化锂不提供放电克容量，并且其本征电导率极低，含量过高会降低制备得到的正极材料的放电克容量。
[0015]根据本申请的一些实施方式，上述热处理的温度为200℃至400℃。根据本申请的一些实施方式，热处理的时间为6h至24h。热处理温度过低时，原子无法克服扩散的势垒，扩散难以进行，因而制备得到的正极材料展现出的电化学性能欠佳。热处理温度过高时，一方面过渡金属氟化物可能与其表面的吸附氧或管式炉因密封不严而引入的空气发生反应，导致惰性的杂相生成，另一方面过渡金属氟化物在高温下极易分解生成低价金属氟化物，这些都会导致得到的正极材料电化学性能的降低。
[0016]在第三方面，本申请提供一种电化学装置，其包括正极，该正极包括本申请第一方面所述的正极材料或第二方面所述的方法制备的正极材料。
[0017]根据本申请的一些实施方式，电化学装置满充后，正极材料包括LiF和MF
y
，其中，2≤y≤3，M包括过渡金属中的至少一种。根据本申请的一些实施方式，M包括Fe、Co、Ni、Mn或Cu中的至少一种。
[0018]在第四方面，本申请提供一种电子装置，其包括本申请第三方面所述的电化学装置。
[0019]本申请提供了一种正极材料，该正极材料包括氟化锂和过渡金属氟化物复合颗粒。与常规金属氟化物相比，该正极材料使得电化学装置在充放电过程中金属离子的溶出得到抑制，实现了更高的放电比容量和循环稳定性。此外，本申请提供的正极材料制备工艺简单、设备要求低、易于实现规模化生产。
附图说明
[0020]图1为本申请对比例1和实施例1至实施例5中正极材料的XRD图。
[0021]图2为本申请实施例2中正极材料的SEM图。
[0022]图3示出了本申请实施例6至实施例10和对比例3中正极材料的第2圈放电曲线对比。
[0023]图4示出了本申请实施例10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种正极材料，包括复合颗粒，所述复合颗粒包括氟化锂和过渡金属氟化物，其中，所述氟化锂和所述过渡金属氟化物的摩尔比x满足：0＜x≤0.135。2.根据权利要求1所述的正极材料，其中，0.025≤x≤0.11。3.根据权利要求1所述的正极材料，其中，所述复合颗粒的X射线图谱中，在2θ为23
°
至24
°
之间有峰，所述峰的半峰宽为0.15
°
至0.3
°
；和/或所述复合颗粒的晶粒尺寸为30nm至100nm，其中，所述晶粒尺寸由Scherrer公式计算得到。4.根据权利要求1所述的正极材料，其中，所述过渡金属氟化物中，氟元素和过渡金属元素的摩尔比y满足：2≤y≤3。5.根据权利要求1所述的正极材料，其中，所述正极材料满足如下条件(a)至(b)中的至少一者：(a)所述过渡金属包括Fe、Co、Ni、Mn或Cu中的至少一种；(b)所述过渡金属氟化物包括FeF3、CoF3、Fe
0.9
Co
0.1
F3、NiF3、MnF3、FeF2、CoF2、NiF2或CuF2中的至少一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小浪，
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：