正极活性材料、其制备方法、以及包含其的二次电池及用电装置制造方法及图纸

本申请公开了一种正极活性材料、其制备方法、以及包含其的二次电池及用电装置，所述正极活性材料包括正极活性材料基体以及保护层，所述保护层设置在所述正极活性材料基体的表面上并且包括数均分子量为200～16000的全氟聚醚。本申请的二次电池在较高能量密度和良好的动力学性能的前提下，还同时兼具较好的高温循环性能和高温存储性能。循环性能和高温存储性能。循环性能和高温存储性能。

【技术实现步骤摘要】
正极活性材料、其制备方法、以及包含其的二次电池及用电装置


[0001]本申请属于电池
，尤其涉及一种正极活性材料、其制备方法、以及包含其的二次电池及用电装置。

技术介绍

[0002]近年来，二次电池被广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。随着二次电池的应用及推广，其能量密度、使用寿命和安全性能，尤其是高温环境下的使用寿命和安全性能，受到越来越多的关注。

技术实现思路

[0003]本申请的目的在于提供一种正极活性材料、其制备方法、以及包含其的二次电池及用电装置，所述二次电池在较高能量密度和良好的动力学性能的前提下，还同时兼具较好的高温循环性能和高温存储性能。
[0004]本申请第一方面提供一种正极活性材料，包括正极活性材料基体以及保护层，所述保护层设置在所述正极活性材料基体的表面上并且包括数均分子量为200～16000的全氟聚醚。
[0005]专利技术人经过大量研究与实践意外发现，采用合适数均分子量的全氟聚醚作为正极活性材料的保护层不仅可以改善二次电池的高温存储性能和高温循环性能，而且还能保证二次电池同时兼顾较高的能量密度和良好的动力学性能。尽管机理尚不明确，本申请的专利技术人推测可能的原因在于：第一，全氟聚醚分子结构中氟原子含量较高、耐氧化性较高，从而可以减少电解液对正极活性材料的侵蚀，减少过渡金属离子溶出以及由此带来的一系列副反应，例如正极活性材料晶体结构破坏、二次电池容量发挥变差、能量密度降低以及电池内阻增加等；第二，全氟聚醚位于正极活性材料基体表面，其在电解液中溶解度很低或几乎不溶解，因此不会影响电解液的性能，由此二次电池还可以同时兼顾较高的能量密度和良好的动力学性能。
[0006]在本申请的任意实施方式中，所述全氟聚醚的数均分子量为2000～10000。所述全氟聚醚的数均分子量在合适的范围内时，所述全氟聚醚同时兼顾较高的电化学稳定性和热稳定性，并且其在电解液中溶解度很低或几乎不溶解，从而不仅能改善二次电池的高温存储性能和高温循环性能，而且还能保证二次电池同时兼顾较高的能量密度和良好的动力学性能。
[0007]在本申请的任意实施方式中，基于所述正极活性材料的总质量，所述全氟聚醚的质量百分含量≤2％。所述全氟聚醚的粘度通常较高，因此其在所述正极活性材料中的含量不宜太高。所述全氟聚醚的含量较高时，正极界面阻抗可能增加，活性离子的传输速率可能下降，进而可能影响二次电池的能量密度、循环性能以及动力学性能。可选地，所述全氟聚
醚的质量百分含量为0.5％～2％。
[0008]在本申请的任意实施方式中，所述全氟聚醚的分子链包含多个沿所述分子链分布的结构单元，所述结构单元选自以下各项中的一者或至少两者组成的群组：
[0009](a)(CFXO)，X表示F或CF3，
[0010](b)(CF2CF2O)，
[0011](c)(C3F6O)，
[0012](d)(C4F8O)，
[0013](e)(C5F
10
O)，
[0014]其中，以上各项的数量各自独立地选自0或1以上的整数。
[0015]在本申请的任意实施方式中，(C3F6O)为(CF2CF2CF2O)、[C(CF3)FCF2O]、[CF2C(CF3)FO]。
[0016]在本申请的任意实施方式中，(C4F8O)为(CF2CF2CF2CF2O)、[C(CF2CF3)FCF2O]。
[0017]在本申请的任意实施方式中，(C5F
10
O)为[C(CF2CF3)FCF2CF2O]。
[0018]在本申请的任意实施方式中，所述全氟聚醚的通式为R
a
‑
(R)
m
‑
(CF2O)
n
‑
(CF2)
y
‑
R
b
或R
a
‑
(R)
m
‑
(CF2)
y
‑
R
b
，其中，R各自独立地表示C(R
f
)F(CF2)
x
O或(CF2)
x
C(R
f
)FO，R
f
表示F、CF3、CF2CF3、CF2CF2CF3、CF(CF3)CF3，x表示1、2或3，并且R的碳原子数小于等于5；R
a
表示F、CF3、CF2CF3、CF2CF2CF3、CF(CF3)CF3、OCF3、OCF2CF3、OCF2CF2CF3、OCF(CF3)CF3、CF2COF、CF2CF2COF、CF(CF3)COF；R
b
表示F、CF3、CF2CF3、CF2CF2CF3、CF(CF3)CF3、CF2COF、CF2CF2COF、CF(CF3)COF；m表示1～135之间的整数；n表示1～175之间的整数；y表示0、1、2或3。
[0019]在本申请的任意实施方式中，R
f
表示F、CF3、CF2CF3。
[0020]在本申请的任意实施方式中，m表示3～85之间的整数。可选地，m表示3～45之间的整数。
[0021]在本申请的任意实施方式中，n表示3～85之间的整数。可选地，n表示3～45之间的整数。
[0022]在本申请的任意实施方式中，m/n为0.2～25。可选地，m/n为0.8～1.2。其中(CF2O)基团含量较高时，所述全氟聚醚的热稳定性略低，(R)基团的含量较高时，所述全氟聚醚的粘度增加，包覆工艺难度增加。
[0023]在本申请的任意实施方式中，(R)和(CF2O)随机分布。
[0024]在本申请的任意实施方式中，所述全氟聚醚包括式1至式9所示化合物中的至少一种，
[0025]R
a
‑
(CF2CF2CF2O)
m
‑
(CF2O)
n
‑
(CF2)
y
‑
R
b
ꢀꢀꢀ
式1
[0026]R
a
‑
[C(CF3)FCF2O]m
‑
(CF2O)
n
‑
(CF2)
y
‑
R
b
ꢀꢀꢀ
式2
[0027]R
a
‑
[C(CF2CF3)FCF2O]m
‑
(CF2O)
n
‑
(CF2)
y
‑
R
b
ꢀꢀꢀ
式3
[0028]R
a
‑
[C(CF2CF3)FCF2CF2O]m
‑
(CF2O)
n
‑
(CF2)
y
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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，包括：正极活性材料基体；以及保护层，设置在所述正极活性材料基体的表面上并且包括数均分子量为200～16000的全氟聚醚，可选地，所述全氟聚醚的数均分子量为2000～10000。2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，基于所述正极活性材料的总质量，所述全氟聚醚的质量百分含量≤2％，可选地为0.5％～2％。3.根据权利要求1或2所述的正极活性材料，其特征在于，所述全氟聚醚的分子链包含多个沿所述分子链分布的结构单元，所述结构单元选自以下各项中的一者或至少两者组成的群组：(a)(CFXO)，X表示F或CF3，(b)(CF2CF2O)，(c)(C3F6O)，可选地为(CF2CF2CF2O)、[C(CF3)FCF2O]、[CF2C(CF3)FO]，(d)(C4F8O)，可选地为(CF2CF2CF2CF2O)、[C(CF2CF3)FCF2O]，(e)(C5F
10
O)，可选地为[C(CF2CF3)FCF2CF2O]，其中，以上各项的数量各自独立地选自0或1以上的整数。4.根据权利要求3所述的正极活性材料，其特征在于，所述全氟聚醚的通式为R
a
‑
(R)
m
‑
(CF2O)
n
‑
(CF2)
y
‑
R
b
或R
a
‑
(R)
m
‑
(CF2)
y
‑
R
b
，其中，R各自独立地表示C(R
f
)F(CF2)
x
O或(CF2)
x
C(R
f
)FO，R
f
表示F、CF3、CF2CF3、CF2CF2CF3、CF(CF3)CF3，x表示1、2或3，并且R的碳原子数小于等于5，可选地，R
f
表示F、CF3、CF2CF3；R
a
表示F、CF3、CF2CF3、CF2CF2CF3、CF(CF3)CF3、OCF3、OCF2CF3、OCF2CF2CF3、OCF(CF3)CF3、CF2COF、CF2CF2COF、CF(CF3)COF；R
b
表示F、CF3、CF2CF3、CF2CF2CF3、CF(CF3)CF3、CF2COF、CF2CF2COF、CF(CF3)COF；m表示1～135之间的整数，可选地，m表示3～85之间的整数，进一步地，m表示3～45之间的整数；n表示1～175之间的整数，可选地，n表示3～85之间的整数，进一步地，n表示3～45之间的整数；y表示0、1、2或3；可选地，(R)和(CF2O)随机分布；可选地，m/n为0.2～25，进一步地，m/n为0.8～1.2。5.根据权利要求4所述的正极活性材料，其特征在于，所述全氟聚醚包括式1至式9所示化合物中的至少一种，R
a
‑
(CF2CF2CF2O)
m
‑
(CF2O)
n
‑
(CF2)
y
‑
R
b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式1R
a
‑
[C(CF3)FCF2O]
m
‑
(CF2O)
n
‑
(CF2)
y
‑
R
b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式2R
a
‑
[C(CF2CF3)FCF2O]
m
‑
(CF2O)
n
‑
(CF2)
y
‑
R
b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式3R
a
‑
[C(CF2CF3)FCF2CF2O]
m
‑
(CF2O)
n
‑
(CF2)
y
‑
R
b
ꢀꢀꢀꢀꢀ
式4R
a
‑
(CF2CF2O)
m
‑
(CF2O)
n
‑
(CF2)
y
‑
R
b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式5R
a
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴则利，韩昌隆，黄磊，张翠平，姜彬，郭洁，陈培培，黄钧远，陈慧玲，翁啸林，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：