一种锂过渡金属复合氧化物、电化学装置和电子装置制造方法及图纸

本申请提供一种锂过渡金属复合氧化物、电化学装置和电子装置，锂过渡金属复合氧化物具有孪晶结构，孪晶结构包括第一晶区和第二晶区，第一晶区和第二晶区之间具有晶界，第一晶区包括距离晶界20nm以内的第一区域，第二晶区包括距离晶界20nm以内的第二区域，第一区域中的过渡金属层和第二区域中的过渡金属层之间的夹角为65

【技术实现步骤摘要】
一种锂过渡金属复合氧化物、电化学装置和电子装置
[0001]本申请是申请号为202111333551.6，申请日为2021年11月11日，专利技术名称为“一种锂过渡金属复合氧化物、电化学装置和电子装置”的分案申请。


[0002]本申请涉及电化学
，特别是涉及一种锂过渡金属复合氧化物、电化学装置和电子装置。

技术介绍

[0003]锂离子电池具有储能密度大、开路电压高、自放电率低、循环寿命长、安全性好等优点，广泛应用于便携式电能储存、电子设备、电动汽车等各个领域。但也对锂离子电池的综合性能提出更高的要求，例如在高电压(例如大于4.2V)下具有良好的循环性能等。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种锂过渡金属复合氧化物、电化学装置和电子装置，以提高电化学装置在高电压下的循环性能。
[0005]本申请的第一方面提供了一种锂过渡金属复合氧化物，其中，锂过渡金属复合氧化物具有孪晶结构，孪晶结构包括第一晶区和第二晶区，第一晶区和第二晶区之间具有晶界，第一晶区包括距离晶界20nm以内的第一区域，第二晶区包括距离晶界20nm以内的第二区域，第一区域中的过渡金属层和第二区域中的过渡金属层之间的夹角为65
°
至80
°
。通过调控第一区域和第二区域过渡金属层之间的夹角为65
°
至80
°
，能够降低充放电过程中第一晶区和第二晶区之间的应力和应变，提高孪晶结构的稳定性，进而提高电化学装置在高电压下的循环性能。
[0006]在本申请的一些实施方案中，第一区域中的过渡金属层包括Co、Mn或Ni中的至少一种。在本申请的一些实施方案中，第二区域中的过渡金属层包括Co、Mn或Ni中的至少一种。第一区域和第二区域的主体都是包含Co/Ni/Mn的层状氧化物材料，它们之间在高温的作用下会相互融合并生长形成孪晶界；第一区域和第二区域包括上述过渡金属元素，并且均呈现层状结构，两者之间通过孪晶的方式连接，是一种能量最低的连接方式，有利于结构的稳定性。
[0007]在本申请的一些实施方案中，晶界包含元素A，元素A包括Mg、Al、Ti、Zr、La、Nb、Hf、Zn、Y或F中的至少一种。通过包含上述元素A，能够修饰第一晶区和第二晶区之间的晶界，提高晶界结构的稳定性，从而降低孪晶结构开裂的风险。
[0008]在本申请的一些实施方案中，第一区域包括距离晶界10nm以内的第三区域和距离晶界10nm至20nm的第四区域，基于第三区域中Co、Mn和Ni的摩尔总数，第三区域中元素A的摩尔百分含量为X；基于第四区域中Co、Mn和Ni的摩尔总数，第四区域中元素A的摩尔百分含量为Y，满足：X/Y≥2。此时，更有利于提高第一晶区中靠近晶界处的结构稳定性，降低孪晶结构开裂的风险，从而提高锂过渡金属复合氧化物在高电压下的结构稳定性。
[0009]在本申请的一些实施方案中，X为0.2％至2.5％。此时，能够更好地保证第一晶区中靠近晶界处的结构稳定性。
[0010]在本申请的一些实施方案中，在锂过渡金属复合氧化物的截面中，基于截面的面积，第二晶区的面积占比为30％至60％。通过调控第二晶区的面积占比在上述范围内，有利于改善电化学装置的倍率性能和循环性能。
[0011]在本申请的一些实施方案中，锂过渡金属复合氧化物包括基体和位于基体表面的第一层，第一层包括金属氟化物。第一层包括金属氟化物时，可以抑制基体表面与电解液发生副反应，提高锂过渡金属复合氧化物表面结构的稳定性，从而提高电化学装置的循环性能。
[0012]在本申请的一些实施方案中，锂过渡金属复合氧化物满足以下特征中的至少一种：(a)金属氟化物包括CoF2、CoF3、CoFO、MgF2、NaF或AlF3中的至少一种；(b)第一层的厚度为1nm至8nm。当锂过渡金属复合氧化物满足特征(a)至(b)中的至少一种时，均有利于提高电化学装置的循环性能。
[0013]本申请的第二方面提供了一种电化学装置，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，正极活性材料包括前述任一实施方案中的锂过渡金属复合氧化物。
[0014]在本申请的一些实施方案中，将电化学装置满放后拆解得到正极极片，取正极极片中直径为1.4cm的圆片与锂金属组装成扣式电池，将扣式电池充电至4.7V，其中，锂过渡金属复合氧化物中的夹角β为70
°
至86
°
。
[0015]在本申请的一些实施方案中，将电化学装置满放后拆解得到正极极片，取正极极片中直径为1.4cm的两个圆片与锂金属分别组装成第一扣式电池和第二扣式电池，将第一扣式电池充电至4.5V，将第二扣式电池充电至4.7V，其中，第一扣式电池的锂过渡金属复合氧化物中，第一区域中的过渡金属层和第二区域中的过渡金属层之间的夹角为α；第二扣式电池的锂过渡金属复合氧化物中，第一区域中的过渡金属层和第二区域中的过渡金属层之间的夹角为β，满足：|β
‑
α|≤5
°
。当电化学装置满足上述特征时，表明锂过渡金属复合氧化物在充放电过程中，第一区域和第二区域间的应变较小，孪晶结构具有较好的稳定性。
[0016]在本申请的一些实施方案中，基于正极活性材料的颗粒数，具有孪晶结构的正极活性材料颗粒数占比为35％至75％。通过具有孪晶结构的正极活性材料的颗粒数占比在上述范围内，有利于提高电化学装置的倍率性能和循环性能。
[0017]在本申请的一些实施方案中，电化学装置还包括电解液，电解液包括氟代碳酸酯化合物，基于电解液的质量，氟代碳酸酯化合物的质量百分含量为0.05％至15％。氟代碳酸酯化合物的引入，可以在孪晶结构裂开的界面处形成保护层，减小锂过渡金属复合氧化物与电解液的副反应，从而提高电化学装置的循环性能。
[0018]在本申请的一些实施方案中，氟代碳酸酯化合物包括单氟代碳酸乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯、碳酸1,2
‑
二氟亚乙酯、碳酸1,1
‑
二氟亚乙酯、碳酸1,1,2
‑
三氟亚乙酯、碳酸1,1,2,2
‑
四氟亚乙酯、碳酸1
‑
氟
‑2‑
甲基亚乙酯、碳酸1
‑
氟
‑1‑
甲基亚乙酯、碳酸1,2
‑
二氟
‑1‑
甲基亚乙酯、碳酸1,1,2
‑
三氟
‑2‑
甲基亚乙酯或碳酸三氟甲基亚乙酯中的至少一种。
[0019]本申请的第三方面提供了一种电子装置，其包括前述任一实施方案中的电化学装置。
[0020]本申请提供一种锂过渡金属复合氧化物、电化学装置和电子装置，锂过渡金属复合氧化物具有孪晶结构，孪晶结构包括第一晶区和第二晶区，第一晶区和第二晶区之间具有晶界，第一晶区包括距离晶界20nm以内的第一区域，第二晶区包括距离晶界20nm以内的第二区域，第一区域中的过渡金属层和第二区域中的过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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，所述正极活性材料包括一种锂过渡金属复合氧化物，其中，所述锂过渡金属复合氧化物具有孪晶结构，所述孪晶结构包括第一晶区和第二晶区，所述第一晶区和所述第二晶区之间具有晶界，所述第一晶区包括距离所述晶界20nm以内的第一区域，所述第二晶区包括距离所述晶界20nm以内的第二区域，所述第一区域中的过渡金属层和所述第二区域中的过渡金属层之间的夹角为65
°
至80
°
；所述第一区域中的过渡金属层包括Co、Mn或Ni中的至少一种；所述第二区域中的过渡金属层包括Co、Mn或Ni中的至少一种。2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述晶界包含元素A，所述元素A包括Mg、Al、Ti、Zr、La、Nb、Hf、Zn、Y或F中的至少一种。3.根据权利要求2所述的电化学装置，其中，所述第一区域包括距离所述晶界10nm以内的第三区域和距离所述晶界10nm至20nm的第四区域，基于所述第三区域中Co、Mn和Ni的摩尔总数，所述第三区域中元素A的摩尔百分含量为X；基于所述第四区域中Co、Mn和Ni的摩尔总数，所述第四区域中元素A的摩尔百分含量为Y，满足：X/Y≥2。4.根据权利要求3所述的电化学装置，其中，X为0.2％至2.5％。5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，在所述锂过渡金属复合氧化物的截面中，基于所述截面的面积，所述第二晶区的面积占比为30％至60％。6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述锂过渡金属复合氧化物包括基体和位于所述基体表面的第一层，所述第一层包括金属氟化物。7.根据权利要求6所述的电化学装置，其中，所述锂过渡金属复合氧化物满足以下特征中的至少一者：(a)所述金属氟化物包括CoF2、CoF3、CoFO、MgF2、NaF或AlF3中的至少一种；(b)所述第一层的厚度为1nm至8nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，
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：