电化学装置和用电装置制造方法及图纸

提供一种电化学装置，其包括正极极片，正极极片包括正极活性材料层，正极活性材料层包括第一锂锰氧化物和第二锂锰氧化物，电化学装置在满放状态下，通过拉曼测试，第一锂锰氧化物在507cm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学装置和用电装置


[0001]本申请涉及电池领域，具体涉及一种电化学装置和用电装置。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于其重量轻，能量密度高等优势，在电动交通工具等领域逐渐取代铅酸电池，市场渗透率逐年递增。锰酸锂由于其价格低廉，安全性高且低温性能好，作为正极材料被广泛应用于电动交通工具等领域用锂离子电池中。但是，锰酸锂实际容量低且容量衰减快等缺点严重限制了锰酸锂的使用。

技术实现思路

[0003]鉴于现有技术存在的上述问题，本申请提供一种电化学装置及包括该电化学装置的用电装置。本申请的电化学装置在具有高的能量密度的基础上，具有高的首次效率和优异的循环性能。
[0004]第一方面，本申请提供一种电化学装置，其包括正极极片，正极极片包括正极活性材料层，正极活性材料层包括第一锂锰氧化物和第二锂锰氧化物，电化学装置在满放状态下，通过拉曼测试，第一锂锰氧化物在507cm
‑1±
10cm
‑1范围内具有特征峰A、在660cm
‑1±
10cm
‑1范围内具有特征峰B，第二锂锰氧化物在625cm
‑1±
10cm
‑1范围内具有特征峰C。其中，特征峰A为第一锂锰氧化物中正交相的特征峰，特征峰B为第一锂锰氧化物中单斜相的特征峰，特征峰C为第二锂锰氧化物中尖晶石结构的特征峰。本申请电化学装置的正极活性材料层中同时包括第一锂锰氧化物和第二锂锰氧化物，一方面，第一锂锰氧化物中的正交相和单斜相具有较高的储锂容量，同时，单斜相与正交相共存形成的固溶体存在氧空位，能够促进锂离子的脱出，从而能够提供较高的充电比容量，大幅提升电化学装置的能量密度，并且单斜相与正交相共存，形成固溶体，能够提升第一锂锰氧化物的结构稳定性，进而抑制循环和存储时的结构相变；另一方面，第一锂锰氧化物具有更高的首次充电比容量，可在电化学装置首圈充电时提供锂离子用于形成固态电解质界面(SEI)膜，同时，在后续循环过程中，第一锂锰氧化物中残余的锂离子可为SEI膜的破坏和再生提供锂离子，从而减少第二锂锰氧化物中锂离子的消耗，进而提升电化学装置的循环性能。
[0005]在一些实施方式中，特征峰A的峰强度为I
A
，特征峰B的峰强度为I
B
，满足：0.4≤I
A
/I
B
≤0.75。I
A
/I
B
在上述范围时，第一锂锰氧化物中正交相与单斜相的含量存在较大差异，能够协同作用形成固溶体，促进锂锰氧化物中Li离子的脱出，从而提升电化学装置的能量密度。
[0006]在一些实施方式中，电化学装置在满放状态下，第一锂锰氧化物的拉曼光谱在570cm
‑1±
10cm
‑1范围内具有特征峰。本申请中，570cm
‑1±
10cm
‑1的特征峰对应于第一锂锰氧化物放电后，与轴向氧原子键合的锰离子的拉伸模式。
[0007]在一些实施方式中，电化学装置在满放状态下，第二锂锰氧化物的拉曼光谱在480cm
‑1±
10cm
‑1范围内具有特征峰。本申请中，480cm
‑1±
10cm
‑1的特征峰对应于第二锂锰氧
化物放电后，晶格中Li的T
2g
振动模式。
[0008]在一些实施方式中，电化学装置在满放状态下，在正极极片的横截面选取60μm
×
50μm的测试区域，通过拉曼测试，测试区域的拉曼光谱中特征峰B的峰强度为I
B
，特征峰C的峰强度为I
C
，满足：0.06≤I
B
/I
C
≤0.5。峰强度值与含量在一定程度上呈正相关，I
B
/I
C
在上述范围内时，第一锂锰氧化物的含量适中，电化学装置同时具有高的能量密度、首次效率和优异的循环性能。在一些实施方式中，0.1≤I
B
/I
C
≤0.5。
[0009]在一些实施方式中，电化学装置在满放状态下，通过X射线衍射法测试，正极极片的X射线衍射谱图在2θ为18.5
°
至19.5
°
范围内具有衍射峰1和衍射峰2，衍射峰2和衍射峰1的峰位差Δθ满足：0.38
°
≤|Δθ|≤0.48
°
。
[0010]在一些实施方式中，电化学装置在满放状态下，正极活性材料层中Li元素和Mn元素的摩尔比b1满足：0.55≤b1≤0.6。Li/Mn摩尔比在上述范围内，可以提高正极活性材料层中第二锂锰氧化物的稳定性，进而提升电化学装置的循环性能。
[0011]在一些实施方式中，第一锂锰氧化物具有片层状结构。片层状结构有利于第一锂锰氧化物中Li离子的脱出，从而提升电化学装置的能量密度以及循环性能。
[0012]在一些实施方式中，第一锂锰氧化物还包括T元素，其中，T元素包括Al、Nb、Ti、Cr、Mg、V、Cu、Zr、Mo、La、Zn、Ga、Ru、Ag、Sn、Au、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Fe、Co、Ni、W或Y中的至少一种。第一锂锰氧化物中T元素的存在，能够促进单斜相的形成，从而提升第一锂锰氧化物的结构稳定性，抑制Mn的溶出，进而改善电化学装置的循环性能。
[0013]在一些实施方式中，第一锂锰氧化物中T元素和Mn元素的摩尔比c1满足：0.005≤c1≤0.1。
[0014]在一些实施方式中，第一锂锰氧化物包括Li
x1
Mn
y1
T
z1
O2，其中，0.1≤x1≤1.1，0.9≤y1≤1，0≤z1≤0.1，T包括Al、Nb、Ti、Cr、Mg、V、Cu、Zr、Mo、La、Zn、Ga、Ru、Ag、Sn、Au、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Fe、Co、Ni、W或Y中的至少一种。
[0015]在一些实施方式中，第二锂锰氧化物具有尖晶石结构。在一些实施方式中，第二锂锰氧化物还包括Q元素，其中，Q元素包括Al、Nb、Ti、Cr、Mg、V、Cu、Zr、Mo、La、Zn、Ga、Ru、Ag、Sn、Au、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Fe、Co、Ni、W或Y中的至少一种。
[0016]在一些实施方式中，第二锂锰氧化物中Q元素和Mn元素的摩尔比d1满足：0≤d1≤0.2。
[0017]在一些实施方式中，第二锂锰氧化物包括Li
x2
Mn
y2
Q
z2
O4‑
t
A
t
，其中，0.6≤x2≤1.2，1.8≤y2≤2，0≤z2≤0.2，0≤t≤0.5，Q包括Al、Nb、Ti、Cr、Mg、V、Cu、Zr、Mo、La、Zn、Ga、Ru、Ag、Sn、Au、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Fe、Co、Ni、W或Y中的至少一种，A包括S、N、F、Cl或Br中的至少一种。...

【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活性材料层，所述正极活性材料层包括第一锂锰氧化物和第二锂锰氧化物，所述电化学装置在满放状态下，通过拉曼测试，所述第一锂锰氧化物在507cm
‑1±
10cm
‑1范围内具有特征峰A、在660cm
‑1±
10cm
‑1范围内具有特征峰B，所述第二锂锰氧化物在625cm
‑1±
10cm
‑1范围内具有特征峰C。2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述特征峰A的峰强度为I
A
，所述特征峰B的峰强度为I
B
，满足：0.4≤I
A
/I
B
≤0.75。3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置在满放状态下，所述第一锂锰氧化物的拉曼光谱在570cm
‑1±
10cm
‑1范围内具有特征峰；和/或所述电化学装置在满放状态下，所述第二锂锰氧化物的拉曼光谱在480cm
‑1±
10cm
‑1范围内具有特征峰。4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置在满放状态下，在所述正极极片的横截面选取60μm
×
50μm的测试区域，通过拉曼测试，所述测试区域的拉曼光谱中所述特征峰B的峰强度为I
B
，所述特征峰C的峰强度为I
C
，满足：0.06≤I
B
/I
C
≤0.5。5.根据权利要求4所述的电化学装置，其中，0.1≤I
B
/I
C
≤0.5。6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置在满放状态下，通过X射线衍射法测试，所述正极极片的X射线衍射谱图在2θ为18.5
°
至19.5
°
范围内具有衍射峰1和衍射峰2，所述衍射峰2和衍射峰1的峰位差Δθ满足：0.38
°
≤|Δθ|≤0....

【专利技术属性】
技术研发人员：周娟，袁国霞，郎野，徐磊敏，
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：