本申请涉及电池,特别是涉及一种正极及包含其的电池和用电装置。
背景技术:
1、锂离子电池现已被广泛应用于纯电动汽车、混合电动汽车以及智能电网等领域。随着锂离子电池大规模应用,本领域对其能量密度、倍率性能和安全性能等也提出了更高的要求。随着人们对锂离子能量密度需求的提升,层状正正极材料从最早的低镍材料逐渐发展为如今的高镍和富锂锰基等高克容量材料。但是,高镍和富锂锰基等材料由于锂镍混排等因素,使得包含这些高克容量材料的正极的结构稳定性较差,严重影响电芯的循环性能。
2、因此,本领域仍然需要开发一种新的用于锂离子电池的正极,其具有改善的稳定性,并且具有良好的循环性能。
技术实现思路
1、本申请是鉴于上述课题而进行的,其目的在于提供一种用于锂离子电池的正极,其可以在高的克容量下具有改善的稳定性,有效地抑制锂镍混排,从而解决现有技术中正极结构稳定性差导致电芯循环寿命不佳的技术问题。
2、为了达到上述目的,本申请第一方面提供一种用于锂离子电池的正极,所述正极包含具有如下通式的正极材料:lialxnibcocmndm(1-b-c-d)oenf或mli2mno3·(1-m)lialxnibcocmndm(1-b-c-d)oenf,其中l离子为半径大于li离子半径的阳离子,m包括mg、zr、al、b、ta、mo、w、nb、sb、la中的至少一种,n包括f、s和p中的至少一种,0<a<1,0≤b<1,0≤c<1,0≤d<1,0<b+c+d≤1,0<e≤2,0≤f<2,0<m<1,0<x≤0.8,a+x=1,e+f=2,并且
3、所述正极涂布有两层或更多层的上述正极材料,其中对于相邻的上下两层正极材料,x上>x下,其中x上为位于上层的正极材料的x值,并且x下为位于下层的正极材料的x值。
4、通过将层状正极材料的部分锂替换成离子半径更大的阳离子,例如钠、钾、铷和铯的离子,可以起到支撑层状结构的作用,抑制锂镍混排,提高材料稳定性。另外,通过在正极上涂布两层或更多层的正极材料,并使得相邻两层的正极材料中上层的掺杂量大于下层的掺杂量,可以有效降低界面上的副反应,增加正极材料的一致性,从而改善电池的循环性能。
5、在任意实施方案中,对于相邻的上下两层正极材料,其各自的x的值满足下式:
6、1.05<x上/x下<5;
7、可选地,满足下式:
8、1.2<x上/x下<3.5。
9、在任意实施方案中,所述正极材料的克容量v满足120mah/g≤v≤300mah/g。
10、在任意实施方案中,所述l离子的元素包括除锂元素以外的碱金属元素、碱土金属元素、过渡金属元素、主族其他金属元素中的至少一种。在进一步的实施方案中,所述碱金属元素包括na、k、rb、cs中的至少一种;所述碱土金属元素包括mg、ca、sr中的至少一种;所述过渡金属元素包括y;并且所述主族其他金属元素包括bi。在进一步的实施方案中,所述l离子的元素包括na、k、rb、cs中的至少两种;可选地,所述至少两种元素各自的摩尔比例大于0.5%,基于li离子的摩尔量计。
11、在任意实施方案中,对于所述正极材料,a满足0.5≤a<1;可选地,0.8≤a<1。
12、在任意实施方案中,对于所述正极材料,0.05≤b≤0.98,并且0.05≤c≤0.85。
13、在任意实施方案中,所述正极材料的涂布厚度为0.05-0.5mm,可选地为0.1-0.3mm;可选地,在双层涂布的情况下,上层正极材料的厚度为0.05-0.2mm,下层正极材料的厚度为0.05-0.3mm。
14、在任意实施方案中,所述正极材料的压实密度为1.1-4.0g/cm3;可选地,在双层涂布的情况下,上层正极材料的压实密度为1.1-3.0g/cm3,下层正极材料的压实密度为1.5-4.0g/cm3。
15、在任意实施方案中,基于相邻的上下两层正极材料的总重量计,上层正极材料的重量占比为20-80%,下层正极材料的重量占比为20-80%。
16、本申请第二方面提供一种锂离子电池,其包括根据本申请第一方面所述的正极。
17、在任意实施方案中,所述锂离子电池包含负极,所述负极的负极活性材料包含石墨、硬碳和软碳中的至少一种。
18、本申请第三方面提供一种用电装置,其包括根据本申请的第二方面所述的锂离子电池。
1.一种用于锂离子电池的正极,所述正极包含具有如下通式的正极材料:lialxnibcocmndm(1-b-c-d)oenf或mli2mno3·(1-m)lialxnibcocmndm(1-b-c-d)oenf,其中l离子为半径大于li离子半径的阳离子,m包括mg、zr、al、b、ta、mo、w、nb、sb、la中的至少一种,n包括f、s和p中的至少一种,0<a<1,0≤b<1,0≤c<1,0≤d<1,0<b+c+d≤1,0<e≤2,0≤f<2,0<m<1,0<x≤0.8,a+x=1,e+f=2,并且
2.根据权利要求1所述的正极,其中对于相邻的上下两层正极材料,其各自的x值满足下式:
3.根据权利要求1或2所述的正极,其中所述正极材料的克容量v满足120mah/g≤v≤300mah/g。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的正极,其中所述l离子的元素包括除锂元素以外的碱金属元素、碱土金属元素、过渡金属元素、主族其他金属元素中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的正极材料,其中所述碱金属元素包括na、k、rb、cs中的至少一种;所述碱土金属元素包括mg、ca、sr中的至少一种;所述过渡金属元素包括y;并且所述主族其他金属元素包括bi。
6.根据权利要求4或5所述的正极材料,其中所述l离子的元素包括na、k、rb、cs中的至少两种;优选地,所述至少两种元素各自的摩尔比例大于0.5%,基于li离子的摩尔量计。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的正极,其中对于各层中的正极材料,a满足0.5≤a<1;可选地,0.8≤a<1。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的正极,其中对于各层中的正极材料,0.05≤b≤0.98,并且0.05≤c≤0.85。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的正极,其中所述正极材料的涂布厚度为0.05-0.5mm,可选地为0.1-0.3mm;可选地,在双层涂布的情况下,上层正极材料的厚度为0.05-0.2mm,下层正极材料的厚度为0.05-0.3mm。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的正极,其中所述正极材料的压实密度为1.1-4.0g/cm3;可选地,在双层涂布的情况下,上层正极材料的压实密度为1.1-3.0g/cm3,下层正极材料的压实密度为1.5-4.0g/cm3。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的正极,其中基于相邻的上下两层正极材料的总重量计,上层正极材料的重量占比为20-80%,下层正极材料的重量占比为20-80%。
12.一种锂离子电池,其包括根据权利要求1至11中任一项所述的正极。
13.根据权利要求12所述的锂离子电池,其包含负极,所述负极的负极活性材料包含石墨、硬碳和软碳中的至少一种。
14.一种用电装置,其包括权利要求12或13所述的锂离子电池。