正极材料、电化学装置和电子装置制造方法及图纸

本申请提供一种正极材料，其包括锂过渡金属氧化物，其中，通过X射线衍射法测试，所述正极材料的(101)晶面衍射峰的半峰宽FWHM(101)和(104)晶面衍射峰的半峰宽FWHM(104)满足：FWHM(101)/FWHM(104)≤0.7。还提供包括该正极材料的电化学装置和电子装置。该正极材料在高温高压下能够具有优异的结构稳定性、且在大倍率充放电条件下能够具有优异的动力学性能。率充放电条件下能够具有优异的动力学性能。率充放电条件下能够具有优异的动力学性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】正极材料、电化学装置和电子装置


[0001]本申请涉及储能领域，具体涉及一种正极材料、电化学装置和电子装置。

技术介绍

[0002]随着消费电子类产品如笔记本电脑、手机、平板电脑、移动电源和无人机等的普及，对其中的电池的要求越来越严格。例如，不仅要求电池轻便，而且还要求电池拥有高容量和较长的工作寿命。锂离子电池凭借其能量密度高、安全性好、无记忆效应和工作寿命长等突出的优点已经在市场上占据主流地位。
[0003]为了追求更高的能量密度，锂离子电池一直在朝着提高电压、提高脱锂量的方向发展。在高电压、高脱锂量下，正极材料表面释氧和结构相变的问题也充分暴露出来，带来电池循环跳水以及产气等问题。此外，三元正极材料较差的动力学还限制了其容量发挥，在大倍率充放电条件下存在电池温升严重等一系列问题。

技术实现思路

[0004]鉴于现有技术存在的上述问题，本申请提供一种正极材料及包括该正极材料的电化学装置，以提高正极材料在高温高压下的结构稳定性以及在大倍率充放电条件下的动力学性能，进而提高电化学装置在高压下的平台容量，降低电化学装置在高温高压下的存储产气以及在大倍率充放电条件下的温升，提升电化学装置的综合性能。
[0005]在第一方面，本申请提供一种正极材料，其包括锂过渡金属氧化物，其中，通过X射线衍射法测试，该正极材料的(101)晶面衍射峰的半峰宽FWHM(101)和(104)晶面衍射峰的半峰宽FWHM(104)满足：FWHM(101)/FWHM(104)≤0.7。(104)晶面代表锂离子脱嵌的最大活性面；(101)晶面通常与氧缺陷浓度相关。由于氧缺陷的存在，正极材料表层(104)晶面的规整度相对于(101)晶面的规整度降低，同时，随着氧缺陷浓度的升高，相应地，正极材料(101)晶面的强度越来越强，(101)晶面的规整度先提高后降低，(104)晶面的规整度也相应先提高后降低，即FWHM(101)和FWHM(104)均随着氧缺陷浓度的升高而先减小后增大。氧缺陷的存在可以降低材料表面氧的活性，稳定材料外层氧离子，抑制材料高温循环中的释氧产气。此外，高的氧缺陷浓度可以激活过渡金属的氧化还原性，大幅度提升材料的能量密度。本申请将正极材料的FWHM(101)/FWHM(104)控制在上述范围内，能够有效提高正极材料在高温高压下的结构稳定性，进而提高电化学装置在高压下的平台容量，降低电化学装置在高温高压下的存储产气，提升电化学装置的高温循环性能。
[0006]在一些实施方式中，0.5≤FWHM(101)/FWHM(104)≤0.7。
[0007]在一些实施方式中，0.25
°
≤FWHM(104)≤0.6
°
。此时，正极材料表层(104)晶面的规整度合适，能够有利于锂离子的脱嵌。在一些实施方式中，0.25
°
≤FWHM(104)≤0.5
°
。
[0008]在一些实施方式中，0.15
°
≤FWHM(101)≤0.35
°
。此时，正极材料表层氧缺陷的浓度较高，从而有利于提高正极材料表层结构的稳定性，抑制材料高温循环中的释氧产气。
[0009]在一些实施方式中，正极材料的(003)晶面衍射峰的半峰宽FWHM(003)满足：0.5≤
FWHM(101)/FWHM(003)≤1.5。(003)晶面代表锂离子脱嵌活性面，FWHM(101)/FWHM(003)在上述范围内时，正极材料表层(003)晶面的规整度降低，有利于脱嵌锂离子动力学。
[0010]在一些实施方式中，0.7≤FWHM(101)/FWHM(003)≤0.9。
[0011]在一些实施方式中，正极材料的(003)晶面衍射峰的半峰宽FWHM(003)满足：0.2
°
≤FWHM(003)≤0.4
°
。FWHM(003)在上述范围内，正极材料表层(003)晶面的规整度降低，有利于脱嵌锂离子动力学。
[0012]在一些实施方式中，锂过渡金属氧化物包括T元素，所述T元素包括Ni、Co或Mn中的至少一种。
[0013]在一些实施方式中，基于锂过渡金属氧化物中T元素的总摩尔量，锂过渡金属氧化物中Ni元素的摩尔百分含量大于或等于50％。在一些实施方式中，基于锂过渡金属氧化物中T元素的总摩尔量，锂过渡金属氧化物中Ni元素的摩尔百分含量小于或等于98％。
[0014]在一些实施方式中，基于锂过渡金属氧化物中T元素的总摩尔量，锂过渡金属氧化物中Mn元素的摩尔百分含量小于或等于50％。
[0015]在一些实施方式中，基于锂过渡金属氧化物中T元素的总摩尔量，锂过渡金属氧化物中Co元素的摩尔百分含量小于或等于50％。
[0016]在一些实施方式中，基于锂过渡金属氧化物中T元素的总摩尔量，锂过渡金属氧化物中F元素的摩尔百分含量为0.01％至0.5％。通过在正极材料中掺杂F元素，能够在引入一定量的氧缺陷的同时，进一步稳定材料表层的氧离子，从而提升电化学装置的高温循环性能。
[0017]在一些实施方式中，基于锂过渡金属氧化物中T元素的总摩尔量，锂过渡金属氧化物中N元素的摩尔百分含量为0.01％至1％。通过在正极材料中引入N元素掺杂，使得材料中产生更多的电子缺陷，进一步改善了材料的电子电导率，从而提升了材料的倍率性能。
[0018]在一些实施方式中，锂过渡金属氧化物还包含Na元素、可选的R元素以及可选的Q元素，锂过渡金属氧化物中Na元素的摩尔量为n
Na
，Ni元素的摩尔量为n
Ni
，Co元素的摩尔量为n
Co
，Mn元素的摩尔量为n
Mn
，R元素的摩尔量为n
R
，Q元素的摩尔量为n
Q
，T元素的总摩尔量为n
T
，其中，0＜n
Na
/n
T
≤0.02，0.5≤n
Ni
/n
T
≤1，0≤n
Co
/n
T
≤0.5，0≤n
Mn
/n
T
≤0.5，0≤n
R
/n
T
≤0.2，0≤n
Q
/n
T
≤0.2，R元素包括Mg、Al、Ti、Zr、Nb、Y、Cr、V、Ge、Mo、Fe、Cu、Zn、Ga、Ag、W、In、Sn、Pb、Sb、La、Ce、Ca、Ba或Sr中的至少一种，Q元素包括F、Cl、Br或N中的至少一种。
[0019]本申请还提供一种前述正极材料的制备方法，其包括步骤：S1：将正极材料前驱体与锂源、可选的钠源以及可选的R元素源混合，在第一温度下通入第一混合气进行第一焙烧，得到第一产物；S2：将所述第一产物在第二温度下通入第二混合气进行第二焙烧，得到第二产物；S3：将所述第二产物淬冷至室温，得到所述正极材料；其中，所述第一混合气包含氟化氢；第二混合气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种正极材料，其包括锂过渡金属氧化物，其中，通过X射线衍射法测试，所述正极材料的(101)晶面衍射峰的半峰宽FWHM(101)和(104)晶面衍射峰的半峰宽FWHM(104)满足：FWHM(101)/FWHM(104)≤0.7。2.根据权利要求1所述的正极材料，其中，0.5≤FWHM(101)/FWHM(104)≤0.7。3.根据权利要求1所述的正极材料，其中，0.15
°
≤FWHM(101)≤0.35
°
和/或0.25
°
≤FWHM(104)≤0.6
°
。4.根据权利要求1所述的正极材料，其中，所述正极材料的(003)晶面衍射峰的半峰宽FWHM(003)满足：0.5≤FWHM(101)/FWHM(003)≤1.5。5.根据权利要求1所述的正极材料，其中，所述正极材料满足如下条件(i)至(ii)中的至少一者：(i)0.7≤FWHM(101)/FWHM(003)≤0.9；(ii)所述正极材料的(003)晶面衍射峰的半峰宽FWHM(003)满足：0.2
°
≤FWHM(003)≤0.4
°
。6.根据权利要求1所述的正极材料，其中，所述锂过渡金属氧化物包括T元素，所述T元素包括Ni、Co或Mn中的至少一种，所述正极材料满足如下条件(a)至(d)中的至少一者：(a)基于所述锂过渡金属氧化物中T元素的总摩尔量，所述锂过渡金属氧化物中Ni元素的摩尔百分含量大于或等于50％；(b)基于所述锂过渡金属氧化物中T元素的总摩尔量，所述锂过渡金属氧化物中Mn元素的摩尔百分含量小于或等于50％；和/或，基于所述锂过渡金属氧化物中T元素的总摩尔量，所述锂过渡金属氧化物中Co元素的摩尔百分含量小于或等于50％；(c)基于所述锂过渡金属氧化物中T元素的总摩尔量，所述锂过渡金属氧化物中F元素的摩尔百分含量为0.01％至0.5％；(d)基于所述锂过渡金属氧化物中T元素的总摩尔量，所述锂过渡金属氧化物中N元素的摩尔百分含量为0.01％至1％；(e)所述锂过渡金属氧化物还包含Na元素、可选的R元素以及可选的Q元素，所述锂过渡金属氧化物中Na元素的摩尔量为n
Na
，Ni元素的摩尔量为n
Ni
，Co元素的摩尔量为n
Co
，Mn元素的摩尔量为n
Mn
，R元素的摩尔量为n
R
，Q元素的摩尔量为n
Q
，T元素的总摩尔量为n
T
，其中，0＜n
Na
/n
T
≤0.02，0.5≤n
Ni
/n
T
≤1，0≤n
Co
/n
T
≤0.5，0≤n
Mn
/n
T
≤0.5，0≤n
R
/n
T
≤0.2，0≤n
Q
/n
T
≤0.2，所述R元素包括Mg、Al、Ti、Zr、Nb、Y、Cr、V、Ge、Mo、Fe、Cu、Zn、Ga、Ag、W、In、Sn、Pb、Sb、La、Ce、Ca、Ba或Sr中的至少一种，所述Q元素包括F、Cl、Br或N中的至少一种。7.一种正极材料的制备方法，其步骤包括：S...

【专利技术属性】
技术研发人员：程世杨，下羽淳平，郎野，鲁宇浩，
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：