电化学装置和电子装置的制作方法

本申请涉及电化学储能领域，具体地涉及电化学装置和电子装置。

背景技术：

1、伴随电化学储能技术的发展，对电化学装置(例如，锂离子电池)的循环性能和安全性能提出了越来越高的要求。通常地，为了提升电化学装置的能量密度，提高电化学装置的电压是一种有效的方式。然而，在提高电化学装置的电压之后，可能存在正极释氧、电解液分解、电极组件产气和循环性能剧烈下降等问题。因此，期望进一步改进电化学装置的循环性能和高温存储性能。

技术实现思路

1、本申请提供了一种电化学装置，电化学装置包括正极极片，其中，正极极片包括正极活性材料层，正极活性材料层包括正极活性材料，正极活性材料含有li、ni和mn三种元素。正极活性材料中的li元素的摩尔含量为a，正极活性材料中的ni元素的摩尔含量为b，正极活性材料中的mn元素的摩尔含量为c，b/a的值为0.4至0.6，b/c的值为0.8至1.2。通过使得b/a的值为0.4至0.6，b/c的值为0.8至1.2，有利于促进正极活性材料的结构稳定性，进而改善电化学装置的循环性能和高温存储性能。其中，b/c的值进一步优选为1至1.2。

2、在一些实施例中，电化学装置放电的dq/dv-v曲线在4.1v以上至少具有1个峰。当电化学装置放电的dq/dv-v曲线在4.1v以上至少具有1个峰时，表明正极活性材料为不含钴且具有中等水平镍含量的活性材料，即，无钴中镍材料，该活性材料可以具有和高镍正极活性材料同水平的高容量。

3、在一些实施例中，电化学装置还包括电解液，电解液包括氟代溶剂、酯基溶剂或锂盐添加剂中的至少一种，氟代溶剂包括氟代碳酸乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯、氟代碳酸二乙酯、氟代碳酸甲乙酯、三氟代碳酸丙烯酯或氟代碳酸二甲酯中的至少一种。这些氟代溶剂具有高耐氧化特性，可以降低正极活性材料和电解液的界面反应活性。在一些实施例中，酯基溶剂包括碳酸乙烯脂、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯或碳酸二甲酯中的至少一种。这些酯基溶剂可以不同程度地改善电化学装置的循环性能和高温存储性能，尤其是高温存储性能。在一些实施例中，锂盐添加剂包括双氟磺酰亚胺锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂或高氯酸锂中的至少一种。这些锂盐添加剂有利于保持电解液中的锂盐浓度，进而改善电化学装置的循环性能。

4、在一些实施例中，在电解液包括氟代溶剂时，基于电解液的总质量，氟代溶剂的质量百分含量为50％至90％。当电解液中的氟代溶剂的质量百分含量大于90％时，会增大电解液的粘度，恶化阻抗，从而恶化电化学装置的循环性能。当电解液中的氟代溶剂的质量百分含量小于50％时，则氟代溶剂改善电化学装置的循环性能和高温存储性能的作用相对有限。其中，基于电解液的总质量，氟代溶剂的质量百分含量进一步优选为50％至80％。

5、在一些实施例中，在电解液包括酯基溶剂时，基于电解液的总质量，酯基溶剂的质量百分含量为2％至10％。当电解液中的酯基溶剂的质量百分含量大于10％时，会恶化界面阻抗，进而影响电化学装置的动力学性能。当电解液中的酯基溶剂的质量百分含量小于2％时，则酯基溶剂改善电化学装置的循环性能和高温存储性能的作用相对有限。

6、在一些实施例中，在电解液包括锂盐添加剂时，电解液中的锂盐添加剂的质量百分含量为0.1％至1％。当电解液中的锂盐添加剂的质量百分含量大于1％时，电解液的粘度增加，降低锂离子迁移速率，且电解液阴阳离子的相互作用增强，降低了游离锂离子的数量，从而降低电解液的电导率，同时，电解液粘度增加，会导致电解液对正极极片和负极极片的浸润效果变差，恶化内阻。当电解液中的锂盐添加剂的质量百分含量小于0.1％时，则锂盐添加剂改善电化学装置的循环性能的作用相对有限。

7、在一些实施例中，电化学装置处于满充态时，对正极极片进行x射线衍射表征，在36.3°至37.3°范围内具有衍射峰a，衍射峰a的峰强为ia，在43.6°至44.6°范围内具有衍射峰b，衍射峰b的峰强为ib，ia/ib的值为1.5至2。当ia/ib的值为1.5至2时，有利于改善电化学装置的循环性能和高温存储性能。

8、在一些实施例中，正极活性材料为由一次颗粒聚集成的二次颗粒，正极活性材料的平均直径为8μm至12μm。如果正极活性材料的平均直径过大，会造成正极活性材料层的压实密度偏小，降低能量密度；而如果正极活性材料的平均直径过小，则正极活性材料层的压实密度偏大，可能造成颗粒破碎，增大材料比表面积，加剧正极过渡金属溶出，破坏正极结构，恶化电化学装置的循环性能，同时，由于压实密度的增大，极片的孔隙率减小，容易发生电解液浸润不良，恶化电化学装置的循环性能。

9、在一些实施例中，将电化学装置放电，满放态的正极极片包含的正极活性材料包括m元素，所述正极活性材料中的所述m元素的摩尔含量为d，m元素包括na、k或mg中的至少一种，正极活性材料中的ni、co和mn的摩尔含量总和为e，d/e的值为0.1至0.2。如果m元素的掺杂含量太高，会恶化正极活性材料的可逆容量，如果m元素的掺杂含量太低，对正极活性材料的结构稳定性的改善不明显，不足以显著改善正极活性材料的循环性能。

10、本申请的实施例还提供了一种电子装置，包括上述的电化学装置。

11、通过使得b/a的值为0.4至0.6，b/c的值为0.8至1.2，有利于促进正极活性材料的结构稳定性，进而改善电化学装置的循环性能和高温存储性能。

12、本申请“满充态”为电化学装置在25℃下，以0.5c的倍率恒流充电至4.35v，然后以4.35v电压恒压充电至电流为0.01c；本申请的“满放态”为电化学装置在25℃下以0.5c的倍率恒流放电至电压为2.8v。

技术特征：

1.一种电化学装置，其特征在于，包括正极极片，其中，所述正极极片包括正极活性材料层，所述正极活性材料层包括正极活性材料，所述正极活性材料含有li、ni和mn三种元素，

2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，b/c的值为1至1.2。

3.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述电化学装置放电的dq/dv-v曲线在4.1v以上至少具有1个峰。

4.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述电化学装置还包括电解液，所述电解液包括氟代溶剂、酯基溶剂或锂盐添加剂中的至少一种，

5.根据权利要求4所述的电化学装置，其特征在于，基于所述电解液的总质量，所述氟代溶剂的质量百分含量为50％至90％。

6.根据权利要求4所述的电化学装置，其特征在于，基于所述电解液的总质量，所述氟代溶剂的质量百分含量为50％至80％。

7.根据权利要求4所述的电化学装置，其特征在于，基于所述电解液的总质量，所述酯基溶剂的质量百分含量为2％至10％。

8.根据权利要求4所述的电化学装置，其特征在于，基于所述电解液的总质量，所述锂盐添加剂的质量百分含量为0.1％至1％。

9.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述电化学装置处于满充态时，对所述正极极片进行x射线衍射表征，在36.3°至37.3°范围内具有衍射峰a，所述衍射峰a的峰强为ia，在43.6°至44.6°范围内具有衍射峰b，所述衍射峰b的峰强为ib，ia/ib的值为1.5至2。

10.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述正极活性材料为由一次颗粒聚集成的二次颗粒，所述正极活性材料的平均直径为8μm至12μm。

11.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，将所述电化学装置放电，满放态的所述正极极片包含的所述正极活性材料包括m元素，所述正极活性材料中所述m元素的摩尔含量为d，所述m元素包括na、k或mg中的至少一种，所述正极活性材料中的ni、co和mn的摩尔含量总和为e，d/e的值为0.1至0.2。

12.一种电子装置，包括根据权利要求1至10中任一项所述的电化学装置。

技术总结
本申请提供了一种电化学装置和电子装置，电化学装置包括正极极片，其中，正极极片包括正极活性材料层，正极活性材料层包括正极活性材料，正极活性材料含有Li、Ni和Mn三种元素。正极活性材料中的Li元素的摩尔含量为a，正极活性材料中的Ni元素的摩尔含量为b，正极活性材料中的Mn元素的摩尔含量为c，b/a的值为0.4至0.6，b/c的值为0.8至1.2。如此，有利于促进正极活性材料的结构稳定性，进而改善电化学装置的循环性能和高温存储性能。

技术研发人员：周娟,程世杨,张辉,李高锋
受保护的技术使用者：宁德新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23