一种电化学装置和电子装置制造方法及图纸

本申请提供一种电化学装置和电子装置，电化学装置包括正极极片，正极极片包括正极材料层，正极材料层包括正极活性材料，在正极材料层截面的扫描电子显微镜照片中，面积大于5μm2的正极活性材料颗粒的轮廓的最小外接圆的半径为R

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种电化学装置和电子装置


[0001]本申请涉及电化学领域，特别是涉及一种电化学装置和电子装置。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于具有高能量密度、长循环寿命及无记忆效应等优点而被广泛应用于穿戴设备、智能手机、无人机、电动汽车及大型储能设备等领域，已成为当今世界最具发展潜力的新型绿色化学电源。但随着锂离子电池的广泛应用，市场对锂离子电池的综合性能提出更高的要求。
[0003]锂离子电池中的正极活性材料、负极活性材料和电解液是影响锂离子电池性能的重要参数。其中，正极活性材料的选择会影响锂离子的传输效率，从而影响电化学装置的电化学性能，例如倍率性能。但现有的正极活性材料有待进一步优化，以提高电化学装置的倍率性能。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种电化学装置和电子装置，以提高电化学装置在低温和常温下的倍率性能。
[0005]本申请的第一方面提供一种电化学装置，其包括正极极片，正极极片包括正极材料层，正极材料层包括正极活性材料，在正极材料层截面的扫描电子显微镜照片中，面积大于5μm2的正极活性材料颗粒的轮廓的最小外接圆的半径为R
c
，面积大于5μm2的正极活性材料颗粒的轮廓的最大内切圆的半径为R
i
，满足1＜R
c
/R
i
的平均值≤3。例如，R
c
/R
i
的平均值可以为1.1、1.5、1.8、2、2.3、2.5、2.8、3或为其间的任意范围。不限于任何理论，本申请提供的电化学装置，其中，正极材料层中的正极活性材料满足1＜R
c
/R
i
的平均值≤3，能够有效提高锂离子在充放电过程中的传输效率，从而提高电化学装置在常温和低温(例如温度小于或等于0℃)下的倍率性能。这可能是由于，R
c
/R
i
的平均值处于上述范围的正极材料层，其形貌能使得正极活性材料在较大倍率的循环中能够维持稳定的晶体结构，并有效改善正极活性材料的锂离子嵌入、脱嵌动力学，提供良好的锂离子传输性能，从而提高电化学装置的倍率性能。在本申请中，正极材料层的截面是指沿正极材料层厚度方向横截得到。
[0006]在本申请的一些实施方案中，面积大于5μm2的正极活性材料颗粒包括第一颗粒和第二颗粒，第一颗粒的轮廓的最小外接圆的半径为R
c1
，第一颗粒的轮廓的最大内切圆的半径为R
i1
，满足1＜R
c1
/R
i1
的平均值≤1.5；第二颗粒的轮廓的最小外接圆的半径为R
c2
，第二颗粒的轮廓的最大内切圆的半径为R
i2
，满足1.5＜R
c2
/R
i2
的平均值≤3。
[0007]基于正极材料层的截面面积，第一颗粒的面积百分比大于0％且小于等于50％，第二颗粒的面积百分比B为30％至80％。例如，R
c1
/R
i1
的平均值可以为1.1、1.2、1.3、1.4、1.5或为其间的任意范围；R
c2
/R
i2
的平均值可以为1.6、2、2.5、3或为其间的任意范围；第一颗粒的面积百分比可以为1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％或为其间的任意范围；第二颗粒的面积百分比B可以为30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、
65％、70％、75％、80％或为其间的任意范围。
[0008]第一颗粒与第二颗粒以上述比例分布于正极材料层，在压实工艺后，实现正极材料层中不同R
c
/R
i
值的颗粒间的交错分布，改善了正极活性材料和导电剂的分布网络，从而在有效减少正极材料层内界面副反应的同时，改善锂离子传输效率及正极极片内部电子电导率，实现对电化学装置倍率性能及循环性能的有效改善。当第二颗粒的面积百分比B过小时(例如小于30％)，第一颗粒的面积百分比过大，正极极片的压实密度减小，影响锂离子的传输效率；当第二颗粒的面积百分比B过大时(例如大于80％)，同样会导致正极极片的压实密度减小，影响锂离子的传输效率，从而影响电化学装置在常温和低温下的倍率性能。通过调控第一颗粒的面积百分比和第二颗粒的面积百分比在本申请的范围内，有利于提高电化学装置在常温和低温下的倍率性能。在本申请中，正极极片的压实密度是指正极极片中正极材料层的压实密度。
[0009]在本申请的一些实施方案中，第一颗粒的平均截面面积小于第二颗粒的平均截面面积，有利于减小锂离子传输路径，改善电化学装置的倍率性能。
[0010]在本申请的一些实施方案中，电化学装置满足条件(a)至(b)中的至少一者：(a)正极活性材料包括锰酸锂；锰酸锂包括掺杂锰酸锂和/或含有包覆层的锰酸锂。本申请对掺杂锰酸锂中的掺杂元素没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，例如掺杂元素可以包括但不限于Al、Nb、Mg、Ti、F、B、Zr、W、Sr、Y、Ce或La中的至少一种。本申请对含有包覆层的锰酸锂中的包覆层中的元素没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，例如包覆层中的元素可以包括但不限于Al、Sr、Zr、Ti或B中的至少一种。(b)正极活性材料包括锂元素和过渡金属元素的复合金属氧化物，过渡金属元素包括Mn和金属元素M1，金属元素M1包括Ni、Co或Fe中的至少一种。基于正极活性材料的质量，Mn的质量百分含量为30％至65％，金属元素M1的质量百分含量为2％至25％。电化学装置满足条件(a)至(b)中的至少一者，均有利于改善电化学装置的循环性能和低温倍率性能。
[0011]在本申请的一些实施方案中，第二颗粒包括金属元素M2，金属元素M2包括Al、Mg或Nb中的至少一种。
[0012]在本申请的一些实施方案中，基于第二颗粒的质量，金属元素M2的质量百分含量为0.1％至3％。例如，金属元素M2的质量百分含量可以为0.1％、0.3％、0.5％、0.8％、1％、1.3％、1.5％、1.8％、2％、2.5％、3％或为其间的任意范围。
[0013]在相关技术中，含锰的正极活性材料(例如锰酸锂)被广泛应用于电化学装置中，例如锂离子电池。但是锰酸锂中存在的Mn
3+
易发生歧化反应，导致锰(Mn
2+
)溶出，然后通过电解液迁移至负极，破环负极的固体电解质界面(SEI)膜，而修复SEI膜会造成活性锂损失，从而影响锂离子电池的循环性能和倍率性能。在本申请中，负极可以是指负极极片。
[0014]本申请的专利技术人发现，对于包括含锰的正极活性材料的电化学装置，当正极活性材料包括金属元素M1，通过选择上述金属元素M1，有利于改善锰溶出现象，从而减少对负极SEI膜的破坏，及修复SEI膜消耗锂造成的活性锂损失，从而提高电化学装置的循环性能和倍率性能。
[0015]本申请的专利技术人发现，当第二颗粒包括金属元素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电化学装置，其包括正极极片，所述正极极片包括正极材料层，所述正极材料层包括正极活性材料，在所述正极材料层截面的扫描电子显微镜照片中，面积大于5μm2的正极活性材料颗粒的轮廓的最小外接圆的半径为R
c
，面积大于5μm2的正极活性材料颗粒的轮廓的最大内切圆的半径为R
i
，满足1＜R
c
/R
i
的平均值≤3。2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述面积大于5μm2的正极活性材料颗粒包括第一颗粒和第二颗粒，所述第一颗粒的轮廓的最小外接圆的半径为R
c1
，所述第一颗粒的轮廓的最大内切圆的半径为R
i1
，满足1＜R
c1
/R
i1
的平均值≤1.5；所述第二颗粒的轮廓的最小外接圆的半径为R
c2
，所述第二颗粒的轮廓的最大内切圆的半径为R
i2
，满足1.5＜R
c2
/R
i2
的平均值≤3。3.根据权利要求2所述的电化学装置，其满足：基于所述正极材料层的截面面积，所述第一颗粒的面积百分比大于0％且小于或等于50％，所述第二颗粒的面积百分比B为30％至80％；和/或，所述第一颗粒的平均截面面积小于第二颗粒的平均截面面积。4.根据权利要求1所述的电化学装置，其还包括电解液，所述电解液包括链状碳酸酯和环状碳酸酯，基于所述电解液的质量，所述链状碳酸酯的质量百分含量为ω1，所述环状碳酸酯的质量百分含量ω2为25％至50％，满足ω1/ω2为0.75至2.5。5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，满足条件(a)至(b)中的至少一者：(a)所述正极活性材料包括锰酸锂；(b...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁国霞，
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：