正极活性材料、电化学装置和电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种正极活性材料、电化学装置和电子设备，所述正极活性材料包括聚磷酸盐和MXene，所述聚磷酸盐和所述MXene的质量比为(19至98.5):1。本发明专利技术提升了聚磷酸盐的电导率，降低了极化，提升了倍率性能，并抑制金属溶出，进一步提升了电化学装置的稳定性。进一步提升了电化学装置的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
正极活性材料、电化学装置和电子设备


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种正极活性材料、电化学装置和电子设备。

技术介绍

[0002]锂离子电池(LIB)由于其高能量密度和较长的循环寿命，在便携式电子设备、能源存储、电动汽车(EV)等现代应用中得到了越来越多的应用。橄榄石型正极材料(Li
z
MPO4)作为其中一种最具代表性的锂离子电池正极材料近年来备受关注。Li
z
MPO4具有结构稳定性好、热稳定性好、安全性能好、循环寿命好、原材料来源丰富等优势，因此尤其适用于储能电池获得电动汽车电池。
[0003]目前应用最广的橄榄石型正极材料主要有磷酸铁锂(Li
z
FePO4)、磷酸锰铁锂(Li
z
Mn
x
Fe1‑
x
PO4)等。然而上述聚磷酸盐正极材料的本征电导率较低(<10
‑
10
S/cm)，导致其电化学性能无法发挥出来。目前市场上主要的解决方案为碳包覆，或者降低磷酸铁锂颗粒的尺寸以缩短锂离子固相传输距离。然而，这两种方法都将导致正极材料的压实密度降低，导致其体积能量密度降低。因此，提供一种电导率良好且具有较高容量的聚磷酸盐正极材料具有重大意义。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种正极活性材料、电化学装置和电子设备。本专利技术采用特定含量的MXene对聚磷酸盐进行包覆，利用MXene形成导电网络，提升聚磷酸盐的电导率，降低极化，提升倍率性能，并抑制金属溶出，进一步提升电化学装置的稳定性。
[0005]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种正极活性材料，所述正极活性材料包括聚磷酸盐和MXene，所述聚磷酸盐和所述MXene的质量比为(19至98.5):1。
[0007]本专利技术中所述聚磷酸盐和所述MXene的质量比为(19至98.5):1，例如可以是19:1、20:1、30:1、40:1、50:1、60:1、70:1、80:1、90:1、92:1、94:1、96:1、98:1或98.5:1等。
[0008]本专利技术的正极活性材料中含有质量比为(19至98.5):1的聚磷酸盐和MXene，通过MXene对聚磷酸盐进行包覆，利用MXene形成导电网络，提升聚磷酸盐的电导率，降低极化，提升倍率性能，并抑制金属溶出，提升电化学装置的稳定性。与石墨烯等二维材料相比，MXene亲水性好，不易产生自堆叠现象，在水性溶剂和极性溶剂中分散性良好，有利于提高匀浆过程中浆料的均一性和分散性，制备得到的极片性能更佳，电化学装置性能更加稳定；同时，本专利技术中进一步调整聚磷酸盐和MXene的比例，能够兼顾正极活性材料的导电性、能量密度和稳定性，得到综合电化学性能最佳的正极活性材料。
[0009]优选地，所述聚磷酸盐和所述MXene的质量比为(90至98.5):1。当MXene含量偏多时，制备得到的正极活性材料的能量密度降低，当MXene含量偏少时，正极活性材料的导电性受到影响，在(90至98.5):1范围内，正极活性材料能够兼顾材料的导电性能和能量密度，
进一步提高材料的综合电化学性能。
[0010]优选地，所述MXene包括Ti3C2T
x
、Ti4C3T
x
、Ti2CT
x
、Ti3CNT
x
、V3C2T
x
、V4C3T
x
、V2CT
x
、Nb3C2T
x
、Nb2CT
x
、Zr3C2T
x
和Zr2CT
x
中的任意一种或至少两种的组合，T包括O、OH、F和Cl中的任意一种或至少两种的组合，例如可以是Ti3C2T
x
和Ti4C3T
x
的组合，Ti2CT
x
和Ti3CNT
x
的组合，Zr3C2T
x
和Zr2CT
x
的组合，或V2CT
x
、Nb3C2T
x
和Ti4C3T
x
的组合等，MXene中可以含有O和OH官能团，F和Cl官能团，或OH、F和Cl官能团等。
[0011]优选地，所述MXene为Ti3C2T
x
、Ti3CNT
x
、V2CT
x
或Zr3C2T
x
，T包括O、OH、F和Cl中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为Ti3C2T
x
。
[0012]优选地，所述MXene为单层纳米片形貌或少层纳米片形貌，少层纳米片形貌指纳米片的层数少于20层，例如可以是2层、3层、5层、10层、15层或19层等。
[0013]MXene的层数是可控的，不同层数和形貌的MXene的性能不同，当选用单层纳米片形貌的MXene或少层纳米片形貌的MXene时，可以进一步降低正极活性材料中MXene的用量，材料中无需较多的MXene即可实现提高材料导电性的效果，进一步提高正极活性材料的导电性和能量密度，实现正极活性材料的容量和稳定性的进一步提升。
[0014]优选地，所述MXene为叠层纳米片形貌。
[0015]优选地，所述单层纳米片形貌的MXene或少层纳米片形貌的MXene的横向尺寸为0.05μm至20μm，例如可以是0.05μm、1μm、2μm、4μm、6μm、8μm、10μm、12μm、14μm、16μm、18μm或20μm等。
[0016]优选地，所述叠层纳米片形貌的MXene的横向尺寸为0.5μm至20μm，例如可以是0.5μm、1μm、2μm、4μm、6μm、8μm、10μm、12μm、14μm、16μm、18μm或20μm等
[0017]本专利技术中，合适尺寸的MXene与聚磷酸盐配合能够发挥更好的电化学性能，当MXene尺寸偏小时，其容易产生缺陷，导电性能也无法保障；当MXene尺寸偏大时不易进行穿插，影响材料的结构，因此合适尺寸的MXene与聚磷酸盐的协同效果更好，结构更佳，正极活性材料的导电性、容量和稳定性均得到提高。
[0018]作为本专利技术所述正极活性材料的优选技术方案，所述正极活性材料还包括快离子导体(FIC)。
[0019]本专利技术中，正极活性材料中优选含有聚磷酸盐、MXene和快离子导体(FIC)，通过FIC的包覆来提升聚磷酸盐，特别是磷酸锰铁锂的锂离子迁移速率，降低锂离子扩散势垒，进而改善材料的充电末端极化现象，提升倍率性能。通过聚磷酸盐、MXene和FIC三者的协同作用，大幅提高正极活性材料的导电性、倍率性能和循环稳定性，获得电化学性能最佳的电化学装置。
[0020]优选地，所述快离子导体包括M
y
PO4、Li3V2(PO4)3、Li
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料包括聚磷酸盐和MXene，所述聚磷酸盐和所述MXene的质量比为(19至98.5):1。2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，所述聚磷酸盐和所述MXene的质量比为(90至98.5):1。3.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，所述MXene满足以下条件(a)至(d)中的任意一个：(a)所述MXene包括Ti3C2T
x
、Ti4C3T
x
、Ti2CT
x
、Ti3CNT
x
、V3C2T
x
、V4C3T
x
、V2CT
x
、Nb3C2T
x
、Nb2CT
x
、Zr3C2T
x
和Zr2CT
x
中的任意一种或至少两种的组合，T包括O、OH、F和Cl中的任意一种或至少两种的组合；(b)所述MXene为Ti3C2T
x
、Ti3CNT
x
、V2CT
x
或Zr3C2T
x
，T包括O、OH、F和Cl中的任意一种或至少两种的组合；(c)所述MXene为单层纳米片形貌或少层纳米片形貌；(d)所述MXene为叠层纳米片形貌。4.根据权利要求3所述的正极活性材料，其特征在于，所述MXene的尺寸满足以下条件(e)至(f)中的任意一个：(e)所述单层纳米片形貌的MXene或少层纳米片形貌的MXene的横向尺寸为0.05μm至20μm；(f)所述叠层纳米片形貌的MXene的横向尺寸为0.5μm至20μm。5.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料还包括快离子导体。6.根据权利要求5所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴冠宏，杨文龙，孙化雨，
申请(专利权)人：远景睿泰动力技术上海有限公司，
类型：发明
国别省市：