【技術實現步驟摘要】
本申請涉及電池領域，具體涉及一種三元正極極片其制備方法與二次電池及用電裝置。
技術介紹
1、現有的鋰離子電池主要由正極、負極以及電解液或電解質組成，其中，正極材料主要由正極活性物質、導電劑、鋰鹽和粘結劑組成，隨著對能量密度需求的日益增長，三元材料尤其是高鎳三元材料也受到關注，導電劑通常為石墨、炭黑、碳纖維等碳材料，粘結劑主要起到對活性材料層間的粘結作用，用于活性材料層與集流體之間的粘結。
2、其中鎳鈷錳酸鋰和/或鎳鈷鋁酸鋰三元正極材料近幾年發展迅猛。與鎳酸鋰相比，穩定性有很大的提高；與鈷酸鋰相比安全性和循環性，尤其是高充電電壓的可行性更高，且隨著鈷用量的減少降低了成本；與錳酸鋰相比高溫性能和能量密度具有很大的優勢，而能量密度遠高于磷酸鐵鋰。以上諸多優點，其被視為一種理想的鋰電池正極材料。然而低鎳三元正極材料的導電性相對較低，隨著鎳含量的提高，循環過程中材料的結構穩定性下降，進而影響電池的熱穩定性、循環穩定性及倍率性能，熱穩定性下降帶來電池的安全性問題，而循環性能衰減最終影響電池的壽命，倍率性能下降則影響用戶的體驗感。
技術實現思路
1、鑒于上述問題，本申請提供一種三元正極極片其制備方法與二次電池及用電裝置，能夠緩解電池使用過程中由于材料結構的穩定性下降帶來的安全性問題及循環性能衰減引起的電池壽命問題，及倍率下降的問題。
2、第一方面，本申請提供了一種三元正極極片，包括：
3、集流體；
4、正極材料層，位于所述集流體的至少一側表面；p>
5、所述正極材料層具有遠離所述集流體的表面層，所述表面層設有凹陷部；
6、所述正極材料層包含三元活性材料顆粒和納米片狀化合物，所述納米片狀化合物位于所述表面層中的三元活性材料顆粒表面及顆粒之間間隙內和/或所述凹陷部內。
7、本申請實施例的技術方案中，需要根據界面反應程度，在正極材料層表面向內延伸的一定深度范圍內形成納米片狀化合物，這里的一定深度范圍就指代表面層中，而本申請為實現該目的，選擇在表面層中設計凹陷部，該凹陷部實現了在表面層中能夠相對更快且更好的形成納米片狀化合物，該設計方式靈活。且納米片狀化合物為納米片狀體，該納米片狀體的厚度為納米級，平面內尺寸為微米級，其能較好的形成于三元活性材料顆粒表面及顆粒之間間隙內和/或凹陷部內，其中，當納米片狀化合物形成于三元活性材料顆粒表面和/或凹陷部內時，在一定程度上隔絕三元活性材料與電解液，用于減弱三元活性材料與電解液間的界面反應進而提高三元活性材料的結構穩定性，另一方面，納米片狀化合物還形成于三元活性材料顆粒之間的間隙內，通過減少顆粒之間間隙，起到提到三元活性材料自身結構穩定性的目的，且納米片狀化合物具備導電性，當其位于顆粒之間時，還能提高三元活性材料的導電性，故納米片狀化合物的設計實現了改善電池的循環性能穩定性和高倍率充放電性能的技術目的。
8、在一些實施例中，所述正極材料層的厚度為h，所述表面層的厚度為d，滿足d＜h。如上所述，需要根據界面反應程度，在正極材料層表面向內延伸的一定深度范圍內形成納米片狀化合物，不需要在整個正極材料層中都形成納米片狀化合物，該設計方式靈活度高，且減少了在不必要區域的形成，目的性強。
9、在一些實施例中，d＝(0.20～0.70)×h。
10、本申請實施例的技術方案中，選擇自所述正極材料層表面向內延伸的20％～70％的厚度中復合形成納米片狀化合物，通常的，由于自正極材料層表面向內延伸的20％～70％的深度范圍內界面反應相對較為劇烈，如果在該區域內形成納米片狀化合物，在不增加不必要的工藝、成本前提下，對電池的循環性能穩定性和高倍率充放電性能的改善是相對較為明顯且有效的。如果在自正極材料層表面向內延伸的20％以下厚度中形成納米片狀化合物，對電池的循環性能及熱穩定性的改善是有限的，如果在自所述正極材料層表面向內延伸的70％以上厚度中形成納米片狀化合物，不僅帶來了工藝難度，而且也不必要，因為超過70％厚度以后，界面反應程度減弱。
11、在一些實施例中，d＝(0.25～0.60)×h。
12、本申請實施例的技術方案中，選擇自所述正極材料層表面向內延伸的25％～60％的厚度中復合形成納米片狀化合物，從工藝、成本及電池的循環性能穩定性和高倍率充放電性能的改善等維度考慮，結果是相對較優的。
13、在一些實施例中，所述正極材料層的孔隙率為50％～85％。
14、本申請實施例的技術方案中，受制備工藝影響及材料性能要求，比如，在正極材料層的表面層中開設有凹陷部，故正極材料層的孔隙率有增大，其為50％～85％，具備一定孔隙率的正極材料層與凹陷部一起協同發揮作用，能夠相對較快、較好的在自正極材料層表面向內延伸的一定深度范圍內形成納米片狀化合物。其中，孔隙率為50％以上的正極材料層協同表面凹陷部設置，能夠實現在正極材料層表面向內延伸的20％～70％厚度范圍內形成納米片狀體，受制備工藝及性能影響，正極材料層的孔隙率不大于85％。
15、本申請實施例的技術方案中，當正極材料層的孔隙率為55％～70％時，從制備工藝，性能影響等多方面考慮，其對實現在正極材料層表面向內延伸的20％～70％厚度范圍內形成納米片狀體是最有利的。
16、在一些實施例中，所述凹陷部的深度為h，且滿足0＜h≤0.60×h。。
17、本申請實施例的技術方案中，由于不必要在整個正極材料層中都形成納米片狀化合物，故凹陷部也不必要貫穿整個正極材料層的厚度，且根據擴散遷移原理以及要在正極材料層表面向內延伸的20％～70％厚度范圍內形成納米片狀體的目的，故凹陷部的深度滿足上述要求。
18、在一些實施例中，所述凹陷部的橫向截面尺寸為微米級。
19、本申請實施例的技術方案中，受正極材料層表面形成凹陷部的工藝影響，通常只能形成微米級尺寸。
20、在一些實施例中，所述凹陷部的橫向截面尺寸不大于100μm。
21、本申請實施例的技術方案中，一方面由于受制備工藝影響，在正極材料層表面形成凹陷部的橫向截面尺寸不大于100μm，另一方面具備該尺寸要求的凹陷部能夠相對較快、較好的在表面層中形成納米片狀體。
22、在一些實施例中，所述納米片狀化合物包含鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物、鋰鋁氧化物、鋰鈦氧化物、鋰鋯氧化物中的任意一種及以上。
23、本申請實施例的技術方案中，列舉種類的化合物只要制備工藝允許，均能夠實現在表面層中的三元活性材料顆粒表面及顆粒之間間隙內和/或凹陷部內的形成，且這類化合物自身具備導電性，其有利于提高三元活性材料的導電性，最終均能實現改善電池的循環性能穩定性和高倍率充放電性能的目的。
24、在一些實施例中，所述納米片狀化合物包含鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物中的任意一種及以上，這是因為鋰鈷氧化物及鋰錳氧化物均為層狀結構，在制備工藝允許前提下，其更易在三元活性材料顆粒表面及顆粒之間間隙內和/或凹陷部內形成納米片狀體本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種三元正極極片，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述正極極片，其特征在于，所述正極材料層的厚度為H，所述表面層的厚度為D，滿足D＜H；
3.根據權利要求1或2所述正極極片，其特征在于，所述正極材料層的孔隙率為50％～85％，優選為55％～70％。
4.根據權利要求1或2所述正極極片，其特征在于，所述凹陷部的深度為h，且滿足0＜h≤0.60×H。
5.根據權利要求4所述正極極片，其特征在于，所述凹陷部的橫向截面尺寸為微米級，優選不大于100μm。
6.根據權利要求1或2所述正極極片，其特征在于，所述納米片狀化合物包含鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物、鋰鋁氧化物、鋰鈦氧化物、鋰鋯氧化物中的任意一種及以上。
7.根據權利要求1或2所述正極極片，其特征在于，所述納米片狀化合物包含鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物中的任意一種及以上。
8.根據權利要求1或2所述正極極片，其特征在于，所述納米片狀化合物為鋰鈷氧化物；
9.根據權利要求1或2所述正極極片，其特征在于，所述表面層中的三元活性材料顆粒與納米片狀化
10.根據權利要求1或2所述正極極片，其特征在于，所述三元活性材料顆粒的分子式包括但不限于LiNixCoyM1-x-yO2，0.70＜x≤0.95，0＜y≤0.1，0＜1-x-y＜0.3，且M包含Mn和/或Al。
11.一種三元正極極片的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
12.根據權利要求11所述制備方法，其特征在于，所述水熱反應條件包含：溫度為100℃～130℃，壓力為1～3MPa；水熱反應時間為10～24h。
13.根據權利要求11或12所述制備方法，其特征在于，所述金屬無機鹽溶液通過如下方式制得：
14.根據權利要求13所述制備方法，其特征在于，所述金屬無機鹽包括鈷的無機鹽、錳的無機鹽、鋁的無機鹽、鈦的無機鹽、鋯的無機鹽中的任意一種及以上。
15.根據權利要求13所述制備方法，其特征在于，所述金屬無機鹽包括鈷的無機鹽、錳的無機鹽中的一種或兩種；
16.根據權利要求11或12或14或15所述制備方法，其特征在于，所述鋰鹽的質量為金屬無機鹽質量的15％～90％，優選為20％～85％。
17.根據權利要求11或12或14或15所述制備方法，其特征在于，所述鋰鹽包含醋酸鋰、硫酸鋰、氯化鋰、硝酸鋰中的任意一種。
18.根據權利要求11或12或14或15所述制備方法，其特征在于，所述凹陷部通過凹版輥輥涂方式形成。
19.根據權利要求11或12或14或15所述制備方法，其特征在于，所述浸入包含完全浸沒。
20.一種二次電池，其特征在于，所述二次電池包含權利要求1～10中任一項所述三元正極極片或權利要求11～19中任一項所述制備方法制得的所述三元正極極片。
21.一種用電裝置，其特征在于，所述用電裝置包含權利要求20所述二次電池。
...【技術特征摘要】
1.一種三元正極極片，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述正極極片，其特征在于，所述正極材料層的厚度為h，所述表面層的厚度為d，滿足d＜h；
3.根據權利要求1或2所述正極極片，其特征在于，所述正極材料層的孔隙率為50％～85％，優選為55％～70％。
4.根據權利要求1或2所述正極極片，其特征在于，所述凹陷部的深度為h，且滿足0＜h≤0.60×h。
5.根據權利要求4所述正極極片，其特征在于，所述凹陷部的橫向截面尺寸為微米級，優選不大于100μm。
6.根據權利要求1或2所述正極極片，其特征在于，所述納米片狀化合物包含鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物、鋰鋁氧化物、鋰鈦氧化物、鋰鋯氧化物中的任意一種及以上。
7.根據權利要求1或2所述正極極片，其特征在于，所述納米片狀化合物包含鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物中的任意一種及以上。
8.根據權利要求1或2所述正極極片，其特征在于，所述納米片狀化合物為鋰鈷氧化物；
9.根據權利要求1或2所述正極極片，其特征在于，所述表面層中的三元活性材料顆粒與納米片狀化合物的質量比為1:(0.025～0.060)，優選為1:(0.030～0.050)。
10.根據權利要求1或2所述正極極片，其特征在于，所述三元活性材料顆粒的分子式包括但不限于linixcoym1-x-yo2，0.70＜x≤0.95，0＜y≤0.1，0＜1-x-y＜0.3，且m包含mn和/或al。
11.一種三元正極極...
【專利技術屬性】
技術研發人員：席飛，唐代春，喻鴻鋼，石春美，
申請(專利權)人：寧德時代新能源科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。