一种电池及用电设备制造技术

本申请公开了一种电池及用电设备。所述电池包括正极极片，所述正极极片包括正极集流体、第一正极活性材料层和第二正极活性材料层，所述第一正极活性材料层设置在所述正极集流体和所述第二正极活性材料层之间，所述第一正极活性材料层包括锰铁锂氧化物，所述第二正极活性材料层包括多晶三元正极材料和单晶三元正极材料，基于除锂之外金属元素的总摩尔量，所述多晶三元正极材料中镍元素的摩尔百分含量为n1％，所述单晶三元正极材料中镍元素的摩尔百分含量为n2％，满足n1<n2。本申请中的电池兼具高能量密度的同时，具有热稳定性好的特点，电池的热扩散性能好、安全性能好，电池(如电池模组)在温度升高的过程中不易出现热蔓延失控的现象。失控的现象。失控的现象。

【技术实现步骤摘要】
一种电池及用电设备


[0001]本申请属于电池
，具体涉及一种电池及用电设备。

技术介绍

[0002]近年来，电池(如锂离子电池)相关技术发展非常迅速，如何在保证电池的能量密度的前提下提高其安全性能，减少热滥用和电滥用，已经成为了该领域的一大挑战。其中，镍钴锰三元正极材料具有较高的理论克容量、平台电压以及离子扩散性能等，使其在电池领域得以大规模应用。然而，镍钴锰三元正极材料热稳定性较差，仅采用镍钴锰三元正极材料为正极的电池在使用时，在温度稳定升高过程中易出现热蔓延失控的现象，安全性能较差。

技术实现思路

[0003]本申请旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种电池，具有安全性能好以及能量密度高的特点。
[0004]本申请还提出一种电池的制备方法。
[0005]本申请还提出一种用电设备。
[0006]本申请的第一方面，提出了一种电池，包括正极极片，所述正极极片包括正极集流体、第一正极活性材料层和第二正极活性材料层，所述第一正极活性材料层设置在所述正极集流体和所述第二正极活性材料层之间，所述第一正极活性材料层包括锰铁锂氧化物，所述第二正极活性材料层包括多晶三元正极材料和单晶三元正极材料，基于除锂之外金属元素的总摩尔量，所述多晶三元正极材料中镍元素的摩尔百分含量为n1％，所述单晶三元正极材料中镍元素的摩尔百分含量为n2％，满足n1<n2。
[0007]根据本申请实施例的一种电池，至少具有以下有益效果：
[0008]本申请中，采用高克容量和高安全性能(电压平台可达3.6V以上)的锰铁锂氧化物(如磷酸锰铁锂材料)与三元材料配合使用，所得电池兼具高能量密度的同时，具有热稳定性好的特点。其中，第一正极活性材料层的设置，有效提高了正极极片的热稳定性，使三元材料与正极集流体的接触减少，减少温度升高或者针刺过程中极片的放热量。本申请中电池的热扩散性能好、安全性能好，电池(如电池模组)在温度升高的过程中不易出现热蔓延失控的现象，其在进行针刺实验中不易爆炸起火。
[0009]同时，本申请的电池的正极极片通过将含有锰铁锂氧化物的第一正极活性材料层和含有单晶三元正极材料以及多晶三元正极材料的第二正极活性材料层依次设置于正极集流体表面，本申请中第一和第二正极活性材料层的设置具有诸多有益效果，具体理由如下：
[0010]若锰铁锂氧化物与三元材料的简单物理混掺会存在：在正极极片制备过程中，正极极片浆料中锰铁锂氧化物与三元材料这两种材料的颗粒分散不均匀，加工性能较差，而且所述两种材料粒径通常相差较大，离子在其中的扩散路径不同，导致电流密度的不均匀。
同时，正极极片中的不同材料间也会形成许多接触界面，增大电池内阻，且锰铁锂氧化物对三元材料产生的包覆也会降低离子在正极极片中的离子扩散速率，增大极化，降低电池倍率和低温等性能。
[0011]锰铁锂氧化物中，由于Mn元素相比于Fe元素的充放电平台更高，锰铁锂氧化物中Mn元素比例的上升会使得其平台电压更高，提高其能量密度，但是充电态下Mn
3+
会产生强电子晶格相互作用(姜
‑
泰勒效应)，可能会导致晶格畸变，并且Mn
3+
会发生歧化作用生成Mn
2+
离子。由于锰铁锂氧化物颗粒一般较小，比表面积较大，其与电解液接触面积较大，所以歧化作用生成的Mn
2+
非常容易在电解液中溶出，与电解液发生反应破坏溶剂结构。另一方面，溶出的Mn
2+
会扩散到负极表面还原成Mn金属，减少负极嵌锂点位，增大隔膜刺穿风险，使得电池的循环和存储性能下降。
[0012]而本申请中的电池的正极极片，包括含锰铁锂氧化物的第一正极活性材料层和含三元材料的第二正极活性材料层，相对于常规的锰铁锂氧化物与三元材料的简单物理混掺的方式，本申请利用分层结构减少锰铁锂氧化物与三元材料的界面接触，减少电池内阻，锰铁锂氧化物与三元材料分散更均匀，正极极片更加易于加工，电池内电流密度更均匀，离子扩散速率更快，电池倍率和低温等性能更好。同时，第二正极活性材料层的三元材料减少锰铁锂氧化物与电解液接触，降低Mn溶出，并且保证正极极片的离子扩散能力。且锰铁锂氧化物的电压平台高，有利于三元材料的克容量发挥以及能量密度，保证电池的能量密度，并提高其安全性能，且不易造成电池胀气等问题。
[0013]高镍三元材料中，多晶三元正极材料由于其宏观上三维的离子扩散通道，其离子扩散性能较单晶三元正极材料更好，使得其倍率和低温性能等更优。而单晶三元正极材料的晶体结构更稳定，使得其更加适合高电压体系，并且单晶三元正极材料的机械强度较多晶三元正极材料更高，减少了其在充放电过程中由于颗粒膨胀带来的颗粒破碎，减少了与电解液的副反应，因此单晶三元正极材料的高温性能较多晶三元正极材料更好。本申请中，采用多晶三元正极材料和单晶三元正极材料混合使用，且n1<n2，使所得正极极片具有较高能量密度、适用于高电压体系的同时，具有较好的热稳定性、加工性能以及优秀的倍率、低温性能等，应用前景好。
[0014]其中，所述多晶三元正极材料具有多晶结构；所述单晶三元正极材料具有单晶结构或类单晶结构。
[0015]在本申请的一些实施方式中，所述正极集流体上依次层叠设置所述第一正极活性材料层和所述第二正极活性材料层。
[0016]在本申请的一些实施方式中，所述正极集流体的两侧均依次层叠设置所述第一正极活性材料层和所述第二正极活性材料层。
[0017]在本申请的一些实施方式中，所述n1≥80。例如，n1可以是80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92或者上述任意两个数值所组成的范围。
[0018]在本申请的一些实施方式中，所述n2≥80。例如，n2可以是80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92或者上述任意两个数值所组成的范围。
[0019]在本申请的一些实施方式中，n2
‑
n1<10。例如，n2
‑
n1可以是9、8、7、6、5、4、3、2、1或者上述任意两个数值所组成的范围。
[0020]在本申请的一些实施方式中，n2
‑
n1≤5。
[0021]通过上述实施方式，电池的容量和能量密度更高，电池的热稳定性好、循环性能显著提升、且不易出现严重的产气现象。
[0022]在本申请的一些实施方式中，所述锰铁锂氧化物包括磷酸锰铁锂。
[0023]在本申请的一些实施方式中，所述第二活性材料层中，垂直于所述正极集流体方向上，所述多晶三元正极材料颗粒的个数小于8。
[0024]通过上述实施方式，不易使电解液浸入极片的路径过长，有利于电解液浸润到最靠近集流体的多晶三元正极材料，有利于最靠近集流体的多晶三元正极材料和电解液进行反应，不易出现容量偏低现象。
[0025]在本申请的一些实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池，包括正极极片，其特征在于，所述正极极片包括正极集流体、第一正极活性材料层和第二正极活性材料层，所述第一正极活性材料层设置在所述正极集流体和所述第二正极活性材料层之间，所述第一正极活性材料层包括锰铁锂氧化物，所述第二正极活性材料层包括多晶三元正极材料和单晶三元正极材料，基于除锂之外金属元素的总摩尔量，所述多晶三元正极材料中镍元素的摩尔百分含量为n1％，所述单晶三元正极材料中镍元素的摩尔百分含量为n2％，满足n1<n2。2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述n1和n2满足如下条件中的至少一者：(a)n1≥80；(b)n2≥80；(c)n2
‑
n1<10。3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述多晶三元正极材料的比表面积为BET1，所述单晶三元正极材料的比表面积为BET2，满足：BET1<BET2。4.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，所述BET1为0.2～0.4m2/g；和/或，所述BET2为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：曾城，
申请(专利权)人：欣旺达动力科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：