本申請(qǐng)涉及儲(chǔ)能，尤其涉及正極材料以及包括所述正極材料的電化學(xué)裝置和電子裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著化石能源的逐漸枯竭，社會(huì)對(duì)清潔能源的需求日益增加。在這個(gè)轉(zhuǎn)型的過程中，鋰離子電池扮演著至關(guān)重要的角色，而其中的三元正極材料因其低成本和高能量密度的特點(diǎn)而備受關(guān)注，尤其是在電動(dòng)汽車領(lǐng)域。為了進(jìn)一步提高三元正極材料的能量密度，科學(xué)家們致力于增加材料中鎳的含量以及提高電池的工作電壓。這些方法確實(shí)可以提高電池的容量，但同時(shí)也帶來了安全性方面的挑戰(zhàn)。這主要是因?yàn)樵诟呙撲嚑顟B(tài)下，三元正極材料的熱穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生釋氧或與電解液反應(yīng)產(chǎn)生氣體，從而導(dǎo)致電池的熱失控，帶來安全隱患，因此，在追求高能量密度的同時(shí)，確保電池的安全性成為了一個(gè)重要的研究課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N正極材料、電化學(xué)裝置和電子裝置，通過在正極材料鋰層摻雜其它元素，并控制合成方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料鋰層和內(nèi)部氧缺陷的調(diào)控，在鋰層摻雜元素和內(nèi)部氧缺陷的協(xié)同作用下，材料中的鋰離子可充分脫出，從而大幅提升了鋰離子的利用率和材料的能量密度。同時(shí)，材料中氧與過渡金屬的相互作用也得到大幅提升，穩(wěn)定了材料中的氧結(jié)構(gòu)，并抑制了層狀相向尖晶石或巖鹽相的相變，最終使得材料在高溫條件下的產(chǎn)氣大幅減少、循環(huán)穩(wěn)定性大幅提升。

2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N正極材料，將包括所述正極材料的電極與鋰金屬組裝成扣式電池，所述扣式電池在2.8v至4.5v電壓區(qū)間內(nèi)以0.04c的電流進(jìn)行充電時(shí)，所述正極材料的充電克容量大于或等于215mah/g。

3、在一些實(shí)施方式中，所述扣式電池在2.8v至4.5v電壓區(qū)間內(nèi)以0.04c的電流進(jìn)行充電時(shí)，所述正極材料的充電克容量為235mah/g至255mah/g。

4、在一些實(shí)施方式中，將所述扣式電池以0.04c的電流充電至4.5v時(shí)，使用差示掃描量熱儀進(jìn)行測(cè)試，在45℃至450℃范圍內(nèi)，所述正極材料放熱峰的最強(qiáng)峰在240℃至290℃范圍內(nèi)。

5、在一些實(shí)施方式中，基于所述正極材料的質(zhì)量，所述正極材料放熱峰的最強(qiáng)峰的峰強(qiáng)度的絕對(duì)值小于或等于1.5mw/mg。

6、在一些實(shí)施方式中，將所述扣式電池以0.04c的電流充電至4.5v時(shí)，所述正極材料在800℃的失重率小于或等于30％。

7、在一些實(shí)施方式中，所述扣式電池在2.8v至4.5v電壓區(qū)間內(nèi)以0.04c的電流進(jìn)行充放電時(shí)，所獲得的容量電壓微分dq/dv曲線在4.2v至4.4v區(qū)間存在第一氧化峰和第一還原峰；所述容量電壓微分dq/dv曲線在3.6v至3.9v區(qū)間存在第二氧化峰和第二還原峰。

8、在一些實(shí)施方式中，所述第一氧化峰的峰值電壓為vo1，所述第一還原峰的峰值電壓為vr1，且|vo1-vr1|≤0.2v。

9、在一些實(shí)施方式中，所述第二氧化峰的峰值電壓為vo2，所述第二還原峰的峰值電壓為vr2，且|vo2-vr2|≤0.3v。

10、在一些實(shí)施方式中，所述扣式電池在2.8v至4.5v電壓區(qū)間內(nèi)以0.04c的電流進(jìn)行充放電時(shí)，所獲得的電壓容量曲線中的放電曲線在4.2v至4.5v區(qū)間存在平臺(tái)，所述放電曲線在4.2v至4.5v區(qū)間的容量為q1，所述放電曲線在3.0v至4.5v區(qū)間的容量為qt，滿足：0.1≤q1/qt≤0.35。

11、在一些實(shí)施方式中，所述正極材料的x射線衍射圖譜在17°至19°、35.5°至38.5°以及43°至45°區(qū)間內(nèi)均存在衍射峰。

12、在一些實(shí)施方式中，所述正極材料包括鋰過渡金屬?gòu)?fù)合氧化物，所述鋰過渡金屬?gòu)?fù)合氧化物包括元素t以及可選地元素q，所述元素t包括ni、co或mn中的至少一種，所述元素q包括k、ca、sr、y、zr、nb、mo、in、sn、sb、ba、la、ce、hf、ta、w、pb、al、mg、b、si、p、s、ti、v、cr、fe、cu、zn、ga或ge中的至少一種。

13、在一些實(shí)施方式中，基于所述元素t的總摩爾量，ni的摩爾百分含量為30％至70％。

14、在一些實(shí)施方式中，基于所述元素t的總摩爾量，mn的摩爾百分含量為0％至70％。

15、在一些實(shí)施方式中，基于所述元素t的總摩爾量，co的摩爾百分含量為0％至70％。

16、在一些實(shí)施方式中，所述鋰過渡金屬?gòu)?fù)合氧化物還包括na元素，基于所述元素t和元素q的總摩爾量，所述na元素的摩爾百分含量為0.1％至10％。

17、在一些實(shí)施方式中，基于所述元素t和元素q的總摩爾量，所述元素q的摩爾百分含量為0％至10％。

18、在一些實(shí)施方式中，所述鋰過渡金屬?gòu)?fù)合氧化物還包括元素m1，m1包括f、cl、br、i或n中的至少一種；基于所述元素t和元素q的總摩爾量，所述元素m1的摩爾百分含量為0.1％至10％。

19、在一些實(shí)施方式中，所述鋰過渡金屬?gòu)?fù)合氧化物中，li元素的摩爾量與所述元素t和元素q的總摩爾量的比值為0.5至1.1。

20、在一些實(shí)施方式中，所述鋰過渡金屬?gòu)?fù)合氧化物具有屬于r-3m空間群的層狀晶體結(jié)構(gòu)。

21、在一些實(shí)施方式中，所述鋰過渡金屬?gòu)?fù)合氧化物包括lix1nax2niy1mny2coy3qz1o2±m(xù)m1m，0.6≤x1≤1.2，0.001≤x2≤0.1，0.3≤y1≤0.7，0.3≤y2≤0.7，0.3≤y3≤0.7，0≤z1≤0.1，0≤m≤0.2，其中，元素q包括k、ca、sr、y、zr、nb、mo、in、sn、sb、ba、la、ce、hf、ta、w、pb、al、mg、b、si、p、s、ti、v、cr、fe、cu、zn、ga或ge中的至少一種，且元素m1包括f、cl、br、i或n中的至少一種。

22、在第二方面，本申請(qǐng)還提供一種電化學(xué)裝置，其包括正極極片，所述正極極片包括第一方面的正極材料。

23、在一些實(shí)施方式中，所述電化學(xué)裝置還包括電解液，所述電解液包含添加劑，所述添加劑包括含硫氧雙鍵化合物或多腈化合物中的至少一種。

24、在一些實(shí)施方式中，所述含硫氧雙鍵化合物包括1，3-丙烷磺內(nèi)酯、硫酸乙烯酯、2，4-丁烷磺酸內(nèi)酯、1，4-丁烷磺酸內(nèi)酯、甲烷二磺酸亞甲酯、1，3-丙烷二磺酸酐、4-甲基硫酸亞乙酯或季戊四醇雙環(huán)硫酸酯中的一種或多種。

25、在一些實(shí)施方式中，基于所述電解液的質(zhì)量，所述含硫氧雙鍵化合物的質(zhì)量百分含量為0.1％至5％。

26、在一些實(shí)施方式中，所述多腈化合物包括丁二腈、戊二腈、己二腈、庚二腈、辛二腈、壬二腈、葵二腈、甲基戊二腈、1，2-二(2-氰乙氧基)乙烷、1，3，5-戊三甲腈、1，3，6-己烷三腈或1，2，3-三(2-氰乙氧基)丙烷中的至少一種。

27、在一些實(shí)施方式中，基于所述電解液的質(zhì)量，所述多腈化合物的質(zhì)量百分含量為1％至10％。

28、在第三方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N電子裝置，其包括第二方面的電化學(xué)裝置。

技術(shù)特征：

1.一種正極材料，將包括所述正極材料的電極與鋰金屬組裝成扣式電池，所述扣式電池在2.8v至4.5v電壓區(qū)間內(nèi)以0.04c的電流進(jìn)行充電時(shí)，所述正極材料的充電克容量大于或等于215mah/g。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極材料，其中，所述正極材料滿足下列條件中的至少一者：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正極材料，其中，基于所述正極材料的質(zhì)量，所述正極材料放熱峰的最強(qiáng)峰的峰強(qiáng)度的絕對(duì)值小于或等于1.5mw/mg。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極材料，其中，所述扣式電池在2.8v至4.5v電壓區(qū)間內(nèi)以0.04c的電流進(jìn)行充放電時(shí)，所獲得的容量電壓微分dq/dv曲線在4.2v至4.4v區(qū)間存在第一氧化峰和第一還原峰；所述容量電壓微分dq/dv曲線在3.6v至3.9v區(qū)間存在第二氧化峰和第二還原峰。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的正極材料，其中，所述正極材料滿足下列條件中的至少一者：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極材料，其中，所述扣式電池在2.8v至4.5v電壓區(qū)間內(nèi)以0.04c的電流進(jìn)行充放電時(shí)，所獲得的電壓容量曲線中的放電曲線在4.2v至4.5v區(qū)間存在平臺(tái)，所述放電曲線在4.2v至4.5v區(qū)間的容量為q1，所述放電曲線在3.0v至4.5v區(qū)間的容量為qt，滿足：0.1≤q1/qt≤0.35。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極材料，其中，所述正極材料的x射線衍射圖譜在17°至19°、35.5°至38.5°以及43°至45°區(qū)間內(nèi)均存在衍射峰。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的正極材料，其中，所述正極材料包括鋰過渡金屬?gòu)?fù)合氧化物，所述鋰過渡金屬?gòu)?fù)合氧化物包括元素t以及可選地元素q，所述元素t包括ni、co或mn中的至少一種，所述元素q包括k、ca、sr、y、zr、nb、mo、in、sn、sb、ba、la、ce、hf、ta、w、pb、al、mg、b、si、p、s、ti、v、cr、fe、cu、zn、ga或ge中的至少一種；所述鋰過渡金屬?gòu)?fù)合氧化物滿足下列條件中的至少一者：

9.一種電化學(xué)裝置，其包括正極極片，所述正極極片包括根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的正極材料。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電化學(xué)裝置，其中，所述電化學(xué)裝置還包括電解液，所述電解液包含添加劑，所述添加劑包括含硫氧雙鍵化合物或多腈化合物中的至少一種，所述電解液滿足下列條件中的至少一者：

11.一種電子裝置，其包含權(quán)利要求9或10所述的電化學(xué)裝置。

技術(shù)總結(jié)
提供一種正極材料、電化學(xué)裝置和電子裝置。將包括正極材料的電極與鋰金屬組裝成扣式電池，扣式電池在2.8V至4.5V電壓區(qū)間內(nèi)以0.04C的電流進(jìn)行充電時(shí)，正極材料的充電克容量大于或等于215mAh/g。正極材料能夠在提高電化學(xué)裝置能量密度的同時(shí)，使電化學(xué)裝置兼具優(yōu)異的循環(huán)性能和安全性能。

技術(shù)研發(fā)人員：李高鋒,張輝,周娟,程世楊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：寧德新能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10