二次电池和电子装置制造方法及图纸

本申请公开了一种二次电池，其包括正极活性材料层，正极活性材料层包括磷酸盐系正极材料和富锂锰基正极材料，其中，富锂锰基正极材料包括基体材料和位于基体材料表面的包覆层，包覆层包括无定形碳和过渡金属氧化物中的至少一种，基于正极活性材料层的质量，基体材料的质量含量为1％至10％，基于基体材料的质量，包覆层的质量含量为1％至12％。本申请的二次电池通过在磷酸盐系例如磷酸铁锂正极材料中引入特定结构和含量的富锂锰基正极材料，能够在兼顾倍率性能及循环性能的基础上，有效改善产气问题，提升高温存储性能。提升高温存储性能。

【技术实现步骤摘要】
二次电池和电子装置


[0001]本申请涉及储能领域领域，具体涉及一种二次电池和电子装置。

技术介绍

[0002]随着二次电池例如锂离子电池技术的不断发展和应用，对其中正极材料也提出了更高的要求，例如更高的能量密度、低廉的价格、优良的循环寿命以及较高的倍率性能等等。层状富锂正极材料以其特有的高比容量(200mAh/g至300mAh/g)、长循环能力以及新的电化学充放电机制等性能，成为当前锂离子二次电池正极材料的研究热点。通过层状富锂材料改性的磷酸铁锂循环优异，倍率性能显著增加；但长时间存储会伴随大量的气体产生，从而恶化二次电池界面，进而大大降低其使用寿命。现有技术中常通过对电解液添加剂改性来抑制富锂磷酸铁锂混合材料的存储产气，但添加剂的引入又很难兼顾二次电池的倍率和循环性能。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的问题，本申请实施例提供了一种二次电池及包括该二次电池的电子装置。本申请的二次电池通过在磷酸盐系例如磷酸铁锂正极材料中引入特定结构和含量的富锂锰基正极材料，能够在兼顾倍率性能及循环性能的基础上，有效改善产气问题，提升高温存储性能。
[0004]第一方面，本申请实施例提供了一种二次电池，包括正极极片，该正极极片包括正极活性材料层，该正极活性材料层包括磷酸盐系正极材料和富锂锰基正极材料，其中，富锂锰基正极材料包括基体材料和位于基体材料表面的包覆层，包覆层包括无定形碳和过渡金属氧化物中的至少一种，其中，基于正极活性材料层的质量，基体材料的质量含量为1％至10％，基于基体材料的质量，包覆层的质量含量为1％至12％。
[0005]在一些实施方式中，该基体材料包括xLi2MnO3·
(1
‑
x)LiMO2，其中，0.2≤x≤0.8，M包括Co、Ni和Mn中至少一种。
[0006]磷酸盐系正极材料例如磷酸铁锂(LFP)结构稳定，循环性能较好，但其在高温条件下产气较为严重。虽然目前可以通过引入较大粒径的层状富锂材料例如HLM材料来减少与电解液的副反应，改善膨胀性能。但是层状富锂材料由于表面锰溶出，会影响结构稳定性，同时在高电压下，会发生不可逆的电化学反应，即材料中的Li
+
以Li2O的形式从晶胞中脱出，放电时这部分锂离子无法全部再嵌入到原有晶胞，导致其具有较大的首次不可逆容量，库伦效率较低，导致循环稳定性能变差。本申请通过在层状富锂基体材料表面引入特定含量的包覆层，可以有效地提高基体材料的表面结构稳定性，降低材料表面和电解液之间的副反应、降低极化和表面氧流失、抑制SEI膜在循环过程中的持续生长等，从而有效地改善材料的电化学性能，在继续减少膨胀的基础上，改善循环性能。包覆层的质量含量过低时，表面结构稳定性提升有限，减少膨胀和改善循环的影响有限。包覆层的质量含量过高时，同等质量的基体材料活性物质减少，会使得二次电池容量和循环性能降低。
[0007]在一些实施方式中，基于基体材料的质量，包覆层的质量含量为5％至10％。
[0008]在一些实施方式中，基于正极活性材料层的质量，基体材料的质量含量为4％至8％。基体材料的质量含量过低时，对二次电池的膨胀性能改善不明显。基体材料的质量含量过高时，在高电压下，二次电池的循环稳定性会变差。
[0009]在一些实施方式中，富锂锰基正极材料满足：0≤(BET2
‑
BET1)/BET1≤10，其中，BET1＝6/(ρ
×
Dv50)，其中，ρ为富锂锰基正极材料的真实密度，单位为g/cm3；Dv50为富锂锰基正极材料的体积累计分布百分数达到50％时对应的粒径，单位为μm；BET2为通过氮气吸附测试得到的比表面积。BET1表示富锂锰基正极材料的理论比表面积，BET2为富锂锰基正极材料的真实比表面积，(BET2
‑
BET1)/BET1表示材料的理论比表面积与真实比表面积的偏离程度，其可以衡量材料表面的凹凸起伏程度。由于材料均匀性是影响材料的BET2的因素之一。本申请通过控制材料理论比表面积与真实比表面积的偏离程度在一定范围内，可以使得材料的粒度、形态均匀性较好，包覆后的材料表面较平整、凹凸起伏结构较少，与电解液的接触面积较小，进而有利于抑制Mn溶出。
[0010]在一些实施方式中，0.1m2/g≤BET1≤0.5m2/g。在一些实施方式中，0.5m2/g≤BET2≤1.5m2/g。
[0011]在一些实施方式中，包覆层的厚度为0.3nm至5nm。包覆层的厚度过大时，二次电池的循环性能较差，包覆层的厚度过小时，对储存性能的改善不明显。在一些实施方式中，包覆层的厚度为0.5nm至4nm。
[0012]在一些实施方式中，基体材料的D1v50为3μm至15μm。在一些实施方式中，磷酸盐系正极材料的D2v50为0.5μm至1.5μm。
[0013]在一些实施方式中，3≤D1v50/D2v50≤15。在一些实施方式中，5≤D1v50/D2v50≤10。
[0014]在一些实施方式中，基于正极活性材料层的质量，包覆层的质量含量为0.06％至0.72％。
[0015]在一些实施方式中，基于正极活性材料层的质量，磷酸盐系正极材料的质量含量为87％至96％。
[0016]在一些实施方式中，磷酸盐系正极材料包括LiMn
y
B
(1
‑
y)
PO4中的至少一种，其中，0≤y≤1，B元素选自铁、钴、镁、钙、锌、铬或铅中的至少一种。
[0017]在一些实施方式中，过渡金属氧化物包括MgO、CuO、Al2O3和ZrO2中的至少一种。
[0018]第二方面，本申请还提供了一种电子装置，其包括上述二次电池。
[0019]本申请实施例的有益效果：
[0020]本申请实施例的二次电池通过在磷酸盐系例如磷酸铁锂正极材料中引入特定结构和含量的富锂锰基正极材料，能够在兼顾倍率性能及循环性能的基础上，有效改善二次电池的产气问题，提升高温存储性能。
具体实施方式
[0021]本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。
[0022]另外，有时在本申请中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格
式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。
[0023]在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的至少一者”意味着仅A；或仅B；仅C；A及B(排除C)；A及C(排除B)；B及C(排除A)；或A、B及C的全部。项目A可包含单个元件或多个元件。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二次电池，包括正极极片，所述正极极片包括正极活性材料层，所述正极活性材料层包括磷酸盐系正极材料和富锂锰基正极材料，其中，所述富锂锰基正极材料包括基体材料和位于所述基体材料表面的包覆层，所述包覆层包括无定形碳和过渡金属氧化物中的至少一种，其中，基于所述正极活性材料层的质量，所述基体材料的质量含量为1％至10％，基于所述基体材料的质量，所述包覆层的质量含量为1％至12％。2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，基于所述基体材料的质量，所述包覆层的质量含量为5％至10％；和/或，基于所述正极活性材料层的质量，所述基体材料的质量含量为4％至8％。3.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述富锂锰基正极材料满足：0≤(BET2
‑
BET1)/BET1≤10，其中，BET1＝6/(ρ
×
Dv50)，其中，ρ为所述富锂锰基正极材料的真实密度，单位为g/cm3；Dv50为所述富锂锰基正极材料的体积累计分布百分数达到50％时对应的粒径，单位为μm；BET2为通过氮气吸附测试得到的比表面积。4.根据权利要求3所述的二次电池，其中，0.1m2/g≤BET1≤0.5m2/g，和/或，0.5m2/g≤BET2≤1.5m2/g。5.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述二次电池满足如下条件(i)至(iii)中的至少一者：(i)所述包覆...

【专利技术属性】
技术研发人员：张草欢，
申请(专利权)人：厦门新能安科技有限公司，
类型：发明
国别省市：