CN109599548B - 正极材料及包含所述正极材料的电化学装置 - Google Patents

正极材料及包含所述正极材料的电化学装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109599548B
CN109599548B CN201811500034.1A CN201811500034A CN109599548B CN 109599548 B CN109599548 B CN 109599548B CN 201811500034 A CN201811500034 A CN 201811500034A CN 109599548 B CN109599548 B CN 109599548B
Authority
CN
China
Prior art keywords
positive electrode
active material
ltoreq
carbon atoms
electrode material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811500034.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109599548A (zh
Inventor
张飞
徐磊敏
王梦
陈鹏伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningde Amperex Technology Ltd
Original Assignee
Ningde Amperex Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningde Amperex Technology Ltd filed Critical Ningde Amperex Technology Ltd
Priority to CN201811500034.1A priority Critical patent/CN109599548B/zh
Publication of CN109599548A publication Critical patent/CN109599548A/zh
Priority to US16/429,999 priority patent/US20200185715A1/en
Application granted granted Critical
Publication of CN109599548B publication Critical patent/CN109599548B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G53/00—Compounds of nickel
    • C01G53/40—Nickelates
    • C01G53/42—Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2
    • C01G53/44—Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2 containing manganese
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0471—Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/60—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
    • H01M4/602—Polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/364—Composites as mixtures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本申请涉及正极材料及包含所述正极材料的电化学装置。所述正极材料包括基体和包覆层，所述基体包括能够可逆地嵌入或脱出锂离子的正极活性物质，所述包覆层包含具有通式X‑R‑CnFaClb的有机物，其中所述R为烃基且所述X为硅氧烷基。其中，所述包覆层不仅能够降低电化学装置中的电解液与正极活性物质之间的副反应，还能充当锂快离子导体层加速锂离子的嵌入和脱出。因此，经过上述包覆层包覆的正极材料在具有良好的循环稳定性的同时，还具有优越的倍率性能和阻抗特性。

Description

正极材料及包含所述正极材料的电化学装置
技术领域
本申请涉及储能领域，尤其涉及正极材料以及包括所述正极材料的电化学装置。
背景技术
随着消费电子类的产品如笔记本电脑、手机、掌上游戏机、平板电脑、移动电源和无人机等的普及，人们对其中的电化学装置(例如，电池)的要求越来越严格。例如，人们不仅要求电池轻便，而且还要求电池拥有高容量和长的工作寿命。在众多的电池中，锂离子电池凭借其具有能量密度高、安全性高、自放电低、无记忆效应、工作寿命长等突出优点已经在市场上占据主流地位。其中，正极材料是锂离子电池中最关键的组成之一。目前，高能量密度、超高倍率、良好循环性能的正极材料的开发是锂离子电池领域的研发重点。
发明内容
本申请提供一种正极材料以及该正极材料的制备方法以试图在至少某种程度上解决至少一个存在于相关领域中的问题。
在一个实施例中，本申请提供了一种正极材料，其包括：基体，所述基体包括能够可逆地嵌入或脱出锂离子的正极活性物质；和包覆层，其设置在所述基体的表面上；其中所述包覆层包含具有通式X-R-CnFaClb的有机物，其中所述R为烃基且所述X为具有如下通式的硅氧烷基：
Figure BDA0001896361230000021
其中R1、R2和R3分别独立地表示碳原子数为1～5的烷氧基或经F或Cl取代的碳原子数为1～5的烷氧基；n为大于等于7的整数；且a和b分别为大于等于0的整数，a+b＝2n+1。
在一些实施例中，其中所述R为具有1至10个碳原子的直链烃基。
在一些实施例中，其中所述有机物的分子式为X-(CcH2c)-CnFaClb，其中1≤c≤5，且n为大于等于10的整数。
在一些实施例中，其中所述有机物的分子式为(CH3-O)3-Si-(C2H4)-CnF(2n+1)。
在一些实施例中，其中-CnFaClb为直链。
在一些实施例中，其中所述有机物相对于所述正极活性物质的质量百分比为约0.05wt.％至约5wt.％
在一些实施例中，所述正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、镍锰尖晶石或磷酸铁锂。
在一些实施例中，其中所述正极活性物质为LiNixCoyMnzTdO2，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，其中x、y和z不同时为零，其中T选自由Mg、Al、Ti、Ca、Si、Ga、Ge、La、Y、Zr、Sc、Nb、Mo、Ce及其组合所组成的群组，且其中0≤d≤0.05。
在一些实施例中，其中在所述正极活性物质LiNixCoyMnzTdO2中，0.55≤x＜1，0≤y＜0.45，0≤z＜0.45。
在另一个实施例中，本申请提供了一种正极极片，所述正极极片的正极集电体的表面形成有正极活性物质层，所述正极活性物质层包含上述实施例中的正极材料的其中之一。
在另一个实施例中，本申请提供了一种电化学装置，其包括正极、负极、隔离膜和电解液，其中所述正极包含上述实施例中的正极材料的其中之一。
在一些实施例中，所述电化学装置为锂离子电池。
在另一个实施例中，本申请提供了一种电子装置，其包括上述实施例中的电化学装置。
在又一个实施例中，本申请提供了一种制备正极材料的方法，其包括：将上述实施例所述的有机物中的其中一者溶解于有机溶剂中，然后再与能够可逆地嵌入或脱出锂离子的正极活性物质混合得到混合溶液；加热所述混合溶液以使所述有机溶剂蒸发，从而得到由所述有机物包覆所述正极活性物质的正极材料。
在一些实施例中，所述制备正极材料的方法进一步包括回收蒸发后的有机溶剂。
在一些实施例中，所述有机溶剂选自由甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇及其组合所组成的群组。
本申请实施例的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述、显示、或是经由本申请实施例的实施而阐释。
附图说明
在下文中将简要地说明为了描述本申请实施例或现有技术所必要的附图以便于描述本申请的实施例。显而易见地，下文描述中的附图仅只是本申请中的部分实施例。对本领域技术人员而言，在不需要创造性劳动的前提下，依然可以根据这些附图中所例示的结构来获得其他实施例的附图。
图1为本申请实施例所描述的经有机物包覆的正极材料的模型示意图。
图2A为本申请对比例1所合成的未经包覆的钴酸锂的扫描式电子显微镜(SEM)图；图2B为本申请实施例9所合成的经包覆的钴酸锂的SEM图。
具体实施方式
本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。在本申请说明书全文中，将相同或相似的组件以及具有相同或相似的功能的组件通过类似附图标记来表示。在此所描述的有关附图的实施例为说明性质的、图解性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。
如本文中所使用，术语“大致”、“大体上”、“实质”及“约”用以描述及说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指代其中事件或情形精确发生的例子以及其中事件或情形极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差值小于或等于所述值的平均值的±10％(例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％)，那么可认为所述两个数值“大体上”相同。
另外，有时在本文中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。
术语“烃基”涵盖烷基、烯基、炔基。例如，烃基预期是具有1至20个碳原子的直链烃结构。“烃基”还预期是具有3至20个碳原子的支链烃结构。当指定具有具体碳数的烃基时，预期涵盖具有该碳数的所有几何异构体。本文中烃基还可以为1～15个碳原子的烃基、1～10个碳原子的烃基、1～5个碳原子的烃基、5～20个碳原子的烃基、5～15个碳原子的烃基或5～10个碳原子的烃基。另外，烃基可以是任选地被取代的。例如，烃基可被包括氟、氯、溴和碘在内的卤素取代。
术语“烷基”预期是具有1至20个碳原子的直链饱和烃结构。“烷基”还预期是具有3至20个碳原子的支链结构。例如，烷基可为1～20个碳原子的烷基、1～10个碳原子的烷基、1～5个碳原子的烷基、5～20个碳原子的烷基、5～15个碳原子的烷基或5～10个碳原子的烷基。当指定具有具体碳数的烷基时，预期涵盖具有该碳数的所有几何异构体；因此，例如，“丁基”意思是包括正丁基、仲丁基、异丁基和叔丁基；“丙基”包括正丙基和异丙基。烷基实例包括，但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、新戊基、正己基、异己基、正庚基、辛基、降冰片基等。另外，烷基可以是任选地被取代的。
术语“烯基”是指可为直链或具支链且具有至少一个且通常1个、2个或3个碳碳双键的单价不饱和烃基团。除非另有定义，否则所述烯基通常含有2-20个碳原子，例如可以为2～20个碳原子的烯基、6～20个碳原子的烯基、2～10个碳原子的烯基或2～6个碳原子的烯基。代表性烯基包括(例如)乙烯基、正丙烯基、异丙烯基、正-丁-2-烯基、丁-3-烯基、正-己-3-烯基等。另外，烯基可以是任选地被取代的。
术语“炔基”是指可为直链或具支链且具有至少一个且通常具有1个、2个或3个碳碳三键的单价不饱和烃基团。除非另有定义，否则所述炔基通常含有2个到20个碳原子，例如可以为2～20个碳原子的炔基、6～20个碳原子的炔基、2～10个碳原子的炔基或2～6个碳原子的炔基。代表性炔基包括(例如)乙炔基、丙-2-炔基(正-丙炔基)、正-丁-2-炔基、正-己-3-炔基等。另外，炔基可以是任选地被取代的。
术语“烷氧基”指L-O-基团，其中L为烷基。本文中烷氧基可为1～5个碳原子的烷氧基或者可为经F或Cl取代的碳原子数为1～5的烷氧基。
一、正极材料
自从锂离子电池商业化应用以来，学界及企业都对锂离子电池进行了深入的研究，其中最重要的研究课题为获得具有高的能量密度、良好的倍率特性、工作寿命长的锂离子电池。为了满足人们对锂离子电池高能量密度的需求，锂离子电池的电压平台需要一再的提升。然而，随着电压的提升，正极活性物质与电解液间的副反应愈加严重，正极活性物质表层会发生相变而失活，从而导致阻抗增大和容量损失。此外，电解液还会在正极活性物质表面发生氧化而形成副产物并附着在正极活性物质的表面上，进一步导致阻抗的增大和容量的快速衰减。因此，在提高锂离子电池能量密度的同时，改善正极活性物质表面的稳定性是至关重要的。
在现有技术中，可以对正极活性物质的表面进行包覆来改善正极材料表面的稳定性。包覆层能够适当得隔绝正极活性物质的表面和电解液，抑制正极活性物质的表面和电解液的副反应，从而提升正极材料的表面稳定性。
常用到的包覆材料主要有金属氧化物，例如Al、Mg、Ti的氧化物。然而，使用金属氧化物进行包覆的一个重要的缺陷为难以实现大面积的包覆，无法有效地减少电解液与正极材料之间的接触和副反应，改善效果并不尽如人意。此外，当金属氧化物颗粒聚集在正极材料的表面时，金属氧化物颗粒会在一定程度上阻碍锂离子嵌入至正极活性物质中或者从正极活性物质中脱出，从而增加锂离子电池的直流电阻(DCR)，导致倍率性能的恶化。
此外，有些正极材料对水分非常敏感。例如，高镍材料(Ni占材料中的比例较大)在加工的过程中极易受到空气中水分的影响而导致材料表面结构的迅速恶化。这主要是由于高镍材料的锂配比较高，材料自身的pH值大，更容易在氢键的作用下和水分发生反应而在其表面上形成残锂(LiOH、Li2O、Li2CO3等)。残锂的形成将会降低正极材料的实际容量并影响正极材料其它电化学性能的发挥。因此，通常需要在干燥房中进行对上述正极材料的制备或者进行其它操作，这显然会增加生产成本，不利于工业化生产。
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种正极材料，该正极材料包括基体和设置在基体表面的包覆层，其中基体包括能够可逆地嵌入或脱出锂离子的正极活性物质，而包覆层包含具有通式X-R-CnFaClb的有机物，其中所述R为烃基且所述X为具有如下通式的硅氧烷基：
Figure BDA0001896361230000061
其中R1、R2和R3分别独立地表示碳原子数为1～5的烷氧基或经F或Cl取代的碳原子数为1～5的烷氧基；n为大于等于7的整数；且a和b分别为大于等于0的整数，a+b＝2n+1。
图1直观地展现了本申请所涉及的经有机物包覆的正极材料的结构示意图。如图1所示，有机物X-R-CnFaClb以单分子的形式分散在正极活性物质(即，基体)的周围。具体地，有机物分子X-R-CnFaClb的硅氧烷基X端会吸附在正极活性物质的表面上。以硅氧烷基X为Si-(O-CH3)3为例，三个-O-CH3会以三角的形式牢固地吸附在正极活性物质的表面上。有机物分子X-R-CnFaClb的另一端-CnFaClb会“悬挂”在正极活性物质的周围。
值得注意的是，-CnFaClb不溶于锂离子电池的电解液中，因此会在一定程度上阻止电解液中的溶剂和溶质分子接近正极活性物质，起到隔绝电解液和正极活性物质的作用。然而，-CnFaClb非但不会阻碍锂离子至正极活性物质的传输，还会促进锂离子至正极活性物质的传输。这是由于，-CnFaClb会为锂离子的传输构建簇状通道，促使锂离子更容易得接近正极活性物质，并实现快速的嵌入和脱出。换而言之，经包覆的有机分子层能够起到锂离子导体的作用，不需要锂离子在正极材料与电解液接触的表面形成去溶剂化便能实现锂离子快速传输的目的。
由此可知，本申请所述的有机物包覆层不仅能够实现常规包覆层的功能(即，隔绝电解液和正极活性物质)，还能够起到锂离子导体的作用(即，促进锂离子的传输)。因此，本申请所述的经有机物X-R-CnFaClb包覆的正极材料能够在改善正极材料结构稳定性的同时还能够降低阻抗、提升正极材料的倍率表现。
图2A和图2B分别为本申请对比例1所合成的未经包覆的钴酸锂和本申请实施例9所合成的经包覆的钴酸锂的SEM图(型号：ZEISS sigma 300)。如图2A所示，未经任何包覆的钴酸锂的表面是趋于光滑的，而如图2B所示，经过本申请所述的有机物包覆后，有机物包覆层会大面积地沉积在钴酸锂的表面上。
综上可知，经过通式为X-R-CnFaClb的有机物对正极活性物质进行包覆，能够实现对正极活性物质的大面积包覆，甚至是完全包覆。再者，通式为X-R-CnFaClb的有机物以单分子的形式作用在正极材料的表面，能够形成多个锂离子通道，促进锂离子的快速传输。因此，采用上述正极材料制备的锂离子电池不仅不会如现有技术那般出现“直流内阻增加和倍率性能的恶化”的现象，反而会“降低锂离子电池的直流内阻并改善锂离子电池的倍率表现”。此外，经过通式为X-R-CnFaClb的疏水性有机物包覆后的正极材料将对空气中的水分变得不那么敏感，从而可以转移到常规厂房或常规车间中进行制备或执行其它操作，大幅降低了生产成本。
根据本申请的一些实施例，在有机物分子X-R-CnFaClb中，R为任选地具有1至20个碳原子的直链烃基或者任选地具有3至20个碳原子的支链烃基。另外，烃基可以是任选地被取代的。例如，烃基可被包括氟、氯、溴和碘在内的卤素取代。在一些实施例中，R为任选地具有1至10个碳原子的直链烃基。当被取代时，该直链烃基可被氟或氯取代。在又一些实施例中，有机物的分子式可以表示为X-(CcH2c)-CnFaClb，其中c为大于等于1且小于等于5的整数。
当-CnFaClb基团中的碳原子数过小时，不足以改善正极活性物质的电化学性能，且也无法构建有效的簇状通道供锂离子传输。随着-CnFaClb基团中的碳原子数的增加，包覆层的厚度也会相应的增加。适当的增加包覆层的厚度能够更加有效的减少甚至避免电解液与正极活性物质的接触，从而提高正极材料的循环稳定性。此外，随着-CnFaClb基团碳链的增长，-CnFaClb为锂离子传输形成的簇状通道也会更长，去溶剂化效应将会更加明显，更有利于锂离子的传输，提高正极材料的倍率表现。在一些实施例中，-CnFaClb基团中的n为大于等于7的整数、大于等于10的整数、大于等于15的整数、大于等于20的整数、大于等于25的整数、大于等于30的整数、大于等于35的整数、大于等于40的整数或大于等于50的整数。
根据本申请的一些实施例，有机物的-CnFaClb基团可以为直链结构或支链结构。在一些实施例中，有机物的-CnFaClb基团为直链。当有机物的-CnFaClb为直链时，其能够形成更顺畅的锂离子传输通道，进一步加快锂离子的传输。
根据本申请的一些实施例，有机物的X基团通式中的R1、R2和R3可以分别独立地为C1-C5直链烷氧基或经F或Cl取代的C1-C5直链烷氧基。在一些实施例中，R1、R2和R3可以分别独立地为C1-C3直链烷氧基或经F或Cl取代的C1-C3直链烷氧基。在一些实施例中，R1、R2和R3可以分别独立地为-OCH3、-OCH2F、-OCHF2、-OCF3、-OCH2Cl、-OCHCl2、-OCCl3、-OC2H5、-OCH2CF3、-OCHFCF3、-OCF2CH2F、-OCF2CHF2、-OCF2CF3、-OCH2CCl3、-OCHClCCl3、-OCCl2CH2Cl、-OCCl2CHCl2、-OCCl2CCl3、-OC3H7、-OCH2CH2CH2F、-OCH2CH2CHF2、-OCH2CH2CF3、-OCH2CHFCH3、-OCH2CHFCH2F、-OCH2CHFCHF2、-OCH2CHFCF3、-OCH2CF2CH3、-OCH2CF2CH2F、-OCH2CF2CHF2、-OCH2CF2CF3、-OCHFCF2CH2F、-OCHFCF2CHF2、-OCHFCF2CF3、-OCH2CH2CH2Cl、-OCH2CH2CHCl2、-OCH2CH2CCl3、-OCH2CHClCH3、-OCH2CHClCH2Cl、-OCH2CHClCHCl2、-OCH2CHClCCl3、-OCH2CCl2CH3、-OCH2CCl2CH2Cl、-OCH2CCl2CHCl2、-OCH2CCl2CCl3、-OCHClCCl2CH2Cl、-OCHClCCl2CHCl2或-OCHClCCl2CCl3。
根据本申请的一些实施例，有机物的分子式为(CH3-O)3-Si-(C2H4)-CnF(2n+1)，n为大于等于7的整数。例如，在这些实施例中，有机物可以包括但不限制为以下各者中的其中一者：SiO3C12H13F15、SiO3C13H13F17、SiO3C14H13F19、SiO3C15H13F21、SiO3C16H13F23、SiO3C17H13F25、SiO3C18H13F27、SiO3C19H13F29、SiO3C20H13F31、SiO3C21H13F33、SiO3C22H13F35、SiO3C23H13F37、SiO3C24H13F39、SiO3C25H13F41、SiO3C26H13F43、SiO3C27H13F45、SiO3C28H13F47、SiO3C29H13F49、SiO3C30H13F51、SiO3C31H13F53、SiO3C32H13F55、SiO3C33H13F57、SiO3C34H13F59、SiO3C35H13F61、SiO3C36H13F63、SiO3C37H13F65、SiO3C38H13F67、SiO3C39H13F69、或者SiO3C40H13F71。
在一些实施例中，有机物相对于正极活性物质的质量百分比约为0.05wt.％至10wt.％或约为0.05wt.％至5wt.％。逐渐地增加有机物包覆的含量能够实现更大面积的包覆，也能够构建更厚的包覆层，从而能够改善正极材料的循环性能、阻抗特性和倍率表现等电化学性能。然而当有机物的包覆含量增加到一定的程度时对正极材料电化学性能的改善将变得不那么明显。
在一些实施例中，正极活性物质可以选自，但不限制为，钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、镍锰尖晶石、磷酸铁锂或其组合。
在一些实施例中，正极活性物质为LiNixCoyMnzTdO2，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，其中x、y和z不同时为零，其中T选自由Mg、Al、Ti、Ca、Si、Ga、Ge、La、Y、Zr、Sc、Nb、Mo、Ce及其组合所组成的群组，且其中0≤d≤0.05。
在一些实施例中，正极活性物质为LiNixCoyMnzTdO2，其中0.55≤x＜1，0≤y＜0.45，0≤z＜0.45，其中T选自由Mg、Al、Ti、Ca、Si、Ga、Ge、La、Y、Zr、Sc、Nb、Mo、Ce及其组合所组成的群组，且其中0≤d≤0.05。当镍占镍、钴和锰的总和的摩尔分数在约55％以上时，此时正极活性物质被界定为高镍材料。对于高镍材料作为正极活性物质而言，经过本申请有机物包覆后的正极材料除了具备改善的循环稳定性、倍率性能和阻抗特性以外，还具有如下额外的优势：对高镍正极材料的加工只需要在常规厂房中进行即可，而不需要如现有技术那样在干燥的环境中进行。
二、正极材料的制备方法
本申请的实施例还提供了一种用于制备正极材料的方法。具体地，本申请采用了成本低廉的湿法包覆来制备上述正极材料，该方法包括以下两个步骤：
步骤1：将有机物溶解于有机溶剂中，然后再与能够可逆地嵌入或脱出锂离子的正极活性物质混合得到混合溶液；以及
步骤2：加热所述混合溶液以使所述有机溶剂蒸发，从而得到由所述有机物包覆所述正极活性物质的正极材料。
其中上述有机物指的是上文实施例中已经详细讨论的有机物，而上述正极活性物质指的是上文实施例中已经详细讨论的正极活性物质。在此并不重复赘述。
根据以上所述的制备方法，在一些实施例中，有机溶剂可以选自由甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇及其组合所组成的群组。
根据以上所述的制备方法，在一些实施例中，加热蒸发后的有机溶剂可以被回收再利用以进一步降低成本。
例如，当选择乙醇作为有机溶剂时，可以将步骤1所得的混合溶液在约70一约80℃下进行加热，待乙醇挥发后得到经有机物包覆的正极材料。而蒸发后的乙醇可以进一步回收利用以降低成本。
根据以上所述的制备方法，在一些实施例中，有机溶剂的体积主要根据正极活性物质的质量来确定。例如，每5kg的正极活性物质，需要与约600ml的乙醇互溶。
根据以上所述的制备方法，在一些实施例中，通过控制有机物与正极活性物质的质量配比来调整有机物相对于正极活性物质的质量分数。在其中一些实施例中，有机物相对于正极活性物质的质量百分比约为0.05wt.％至10wt.％或约为0.05wt.％至5wt.％。
本申请实施例提供的制备方法具有以下的特点及优势：
首先，该制备方法简单易行、反应条件易于控制、资源可以回收再利用，非常适用于工业化生产，具有广大的商业化应用前景。
其次，该包覆过程为物理包覆过程，即有机物包覆层以物理形式沉积在正极活性物质的表面上，而对正极活性物质本身的晶体结构不会带来任何影响。例如，在上述制备方法中，有机物溶解于有机溶剂中，随后再与正极活性物质进行混合；待有机溶剂加热挥发后，有机物分子的硅氧烷基X端将会吸附在正极活性物质的表面上，而有机物分子的另一端-CnFaClb则会“悬挂”在正极活性物质的周围。
此外，有机物不溶于电解液中，因此在浆料搅拌过程中电解液的加入不会溶解破坏包覆层。另外，该有机物自身的沸点较高(约在200℃以上)，因此在利用经上述有机物包覆的正极材料来生产加工电化学装置的过程(例如，涂布、高温焙烧等过程)中，包覆层也不会轻易遭到破坏。
三、电化学装置
本申请的实施例还提供了包括本申请正极材料的电化学装置。电化学装置包括含有本申请正极材料的正极极片、含有负极材料的负极极片、隔离膜以及电解液，其中本申请的正极极片包含在正极集电体的表面形成的正极活性物质层，其中正极活性物质层包含了本申请所述的正极材料。在一些实施例中，所述电化学装置为锂离子电池。在本申请的一些实施例中，所述正极集电体可以为，但不限于，铝箔或镍箔，负极集电体可为，但不限于，铜箔或镍箔。
负极极片包括能够吸收和释放锂(Li)的负极材料(下文中，有时称为“能够吸收/释放锂(Li)的负极材料”)。能够吸收/释放锂(Li)的负极材料可以包括但不限于：碳材料、金属化合物、氧化物、硫化物、锂的氮化物例如LiN3、锂金属、与锂一起形成合金的金属和聚合物材料。
碳材料可以包括但不限于：低石墨化的碳、易石墨化的碳、人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、热解碳、焦炭、玻璃碳、有机聚合物化合物烧结体、碳纤维和活性碳。其中，焦炭可以包括沥青焦炭、针状焦炭和石油焦炭。有机聚合物化合物烧结体指的是通过在适当的温度下煅烧聚合物材料(例如，苯酚塑料或者呋喃树脂)以使之碳化获得的材料，这些材料可以分为低石墨化碳或者易石墨化的碳。聚合物材料可以包括但不限于聚乙炔和聚吡咯。
在能够吸收/释放锂(Li)的这些负极材料中，更进一步地，选择充电和放电电压接近于锂金属的充电和放电电压的材料。这是因为负极材料的充电和放电电压越低，锂离子电池越容易具有更高的能量密度。其中，负极材料可以选择碳材料，因为在充电和放电时它们的晶体结构只有小的变化，因此，可以获得良好的循环特性以及大的充电和放电容量。尤其可以选择石墨，因为它可以给出大的电化学当量和高的能量密度。
此外，能够吸收/释放锂(Li)的负极材料可以包括单质锂金属、能够和锂(Li)一起形成合金的金属元素和半金属元素，包括这样的元素的合金和化合物等等。特别地，将它们和碳材料一起使用，因为在这种情况中，可以获得良好的循环特性以及高能量密度。除了包括两种或者多种金属元素的合金之外，这里使用的合金还包括包含一种或者多种金属元素和一种或者多种半金属元素的合金。所述合金可以处于以下状态固溶体、共晶晶体(共晶混合物)、金属间化合物及其混合物。
金属元素和半金属元素的例子可以包括锡(Sn)、铅(Pb)、铝(Al)、铟(In)、硅(Si)、锌(Zn)、锑(Sb)、铋(Bi)、镉(Cd)、镁(Mg)、硼(B)、镓(Ga)、锗(Ge)、砷(As)、银(Ag)、锆(Zr)、钇(Y)和铪(Hf)。上述合金和化合物的例子可以包括具有化学式：MasMbtLiu的材料和具有化学式：MapMcqMdr的材料。在这些化学式中，Ma表示能够与锂一起形成合金的金属元素和半金属元素中的至少一种元素；Mb表示除锂和Ma之外的金属元素和半金属元素中的至少一种元素；Mc表示非金属元素中的至少一种元素；Md表示除Ma之外的金属元素和半金属元素中的至少一种元素；并且s、t、u、p、q和r满足s＞0、t≥0、u≥0、p＞0、q＞0和r≥0。
此外，可以在负极中使用不包括锂(Li)的无机化合物，例如MnO2、V2O5、V6O13、NiS和MoS。
上述锂离子电池还包括电解液，电解液可以是凝胶电解质、固态电解质和液态电解液中的一种或多种，电解液包括锂盐和非水溶剂。
锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、LiSiF6、LiBOB和二氟硼酸锂中的一种或多种。例如，锂盐选用LiPF6，因为它具有高的离子导电率并改善循环特性。
非水溶剂可为碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物、其它有机溶剂或它们的组合。
碳酸酯化合物可为链状碳酸酯化合物、环状碳酸酯化合物、氟代碳酸酯化合物或其组合。
链状碳酸酯化合物的实例为碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸甲乙酯(MEC)及其组合。所述环状碳酸酯化合物的实例为碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)、丙酸丙酯(PP)及其组合。所述氟代碳酸酯化合物的实例为碳酸氟代亚乙酯(FEC)、碳酸1，2-二氟亚乙酯、碳酸1，1-二氟亚乙酯、碳酸1，1，2-三氟亚乙酯、碳酸1，1，2，2-四氟亚乙酯、碳酸1-氟-2-甲基亚乙酯、碳酸1-氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1，2-二氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1，1，2-三氟-2-甲基亚乙酯、碳酸三氟甲基亚乙酯及其组合。
羧酸酯化合物的实例为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯、甲瓦龙酸内酯、己内酯、甲酸甲酯及其组合。
醚化合物的实例为二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、1，2-二甲氧基乙烷、1，2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃、四氢呋喃及其组合。
其它有机溶剂的实例为二甲亚砜、1，2-二氧戊环、环丁砜、甲基环丁砜、1，3-二甲基-2-咪唑烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、甲酰胺、二甲基甲酰胺、乙腈、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三辛酯、和磷酸酯及其组合。
根据本申请实施例，锂离子电池还包括隔离膜，当容许在电解液中的锂离子通过锂离子电池内的隔离膜时，锂离子电池内的隔离膜避免负极与正极之间的直接物理接触且阻止了短路的发生。隔离膜通常由与电解液和电极接触时化学稳定且惰性的材料制成。同时，隔离膜需要有机械稳健性以承受电极材料的拉伸和刺穿，且隔离膜孔径通常小于1微米。包括微孔聚合物膜，无纺布垫和无机膜的各种隔离膜已经用于锂离子电池中，其中基于微孔聚烯烃材料的聚合物膜是最常与液体电解液组合使用的隔离膜。微孔聚合物膜能够制成非常薄(通常约25μm)和高多孔性(通常40％)以降低电阻且提高离子传导性。同时，该聚合物膜仍然有机械稳健性。本领域技术人员当能理解，广泛使用于锂离子电池的各种隔离膜都适用于本申请。
虽然上面以锂离子电池进行了举例说明，但是本领域技术人员在阅读本申请之后，能够想到本申请的正极材料可以用于其他合适的电化学装置。这样的电化学装置包括发生电化学反应的任何装置，它的具体实例包括所有种类的一次电池、二次电池、燃料电池、太阳能电池或电容器。特别地，所述电化学装置是锂二次电池，包括锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池。
四、应用
由本申请所述的正极材料制造的电化学装置适用于各种领域的电子设备。
本申请的电化学装置的用途没有特别限定，其可用于现有技术中已知的任何用途。在一个实施例中，本申请的电化学装置可用于，但不限于，笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。
下面以锂离子电池为例并且结合具体的制备本申请正极材料的实施例及对电化学装置的测式方式以用于说明本申请锂离子电池的制备及效能，本领域的技术人员将理解，本申请中描述的制备方法仅是实例，其他任何合适的制备方法均在本申请的范围内。
五、实施例
锂离子电池的制备
采用以下制备方法将实施例和对比例中的正极材料制备成锂离子电池。具体的，将以下实施例和对比例中所制备的正极材料、导电剂导乙炔黑、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按重量比96∶2∶2在N-甲基吡咯烷酮中充分搅拌混合均匀制成正极浆料，然后将所得正极浆料均匀涂布在正极集电体铝箔的正反两个表面上，之后在85℃下烘干，得到正极活性材料层，之后经过冷压、分条、裁片、焊接正极极耳，得到正极极片。
将负极活性物质人造石墨、导电剂导乙炔黑、粘结剂丁苯橡胶(SBR)、增稠剂碳甲基纤维素钠(CMC)按照重量比96∶1.5∶1.5∶1在去离子水中充分搅拌混合均匀制成负极浆料，之后将负极浆料均匀涂覆在负极集电体铜箔的正反两面上，然后在85℃下烘干，形成负极活性材料层，然后进行冷压、分条、裁片、焊接负极极耳，得到负极极片。
将锂盐LiPF6与非水有机溶剂(碳酸乙烯酯(EC)∶碳酸二乙酯(DEC)∶碳酸亚丙酯(PC)∶丙酸丙酯(PP)∶碳酸亚乙烯酯(VC)＝20∶30∶20∶28∶2，质量比)按质量比8∶92配制而成的溶液作为锂离子电池的电解液。
隔离膜采用陶瓷涂覆的聚乙烯(PE)材料隔离膜。
将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正负极中间起到隔离的作用。将电极组件置于包装壳中，注入电解液并封装，进行化成之后制成最终的锂离子电池。
锂离子电池的测试
对制备的锂离子电池进行如下测试，测试条件如下：
(1)循环性能测试
对含有以下部分实施例和对比例中的正极材料的锂离子电池进行循环性能测试。
在45℃下，以0.7C倍率恒定电流充电至截止电压，再在该恒定的截止电压下充电至电流低于0.05C，使其处于4.5V满充状态。满充后以1C倍率恒定电流放电，记录此时的放电容量D0，并作为基准。重复上述步骤，并记录其放电容量分别为D1、D2、……Dn。按照下述公式计算容量保持率：
容量保持率＝Dn/D0，n＝1、2、3、4、5……。
其中，针对实施例1-10和对比例1-2中的电池(即，该电池采用LiCoO2作为正极材料的基体)，截止电压为4.5V；而针对实施例11-16和对比例3-4中的电池(即，该电池采用LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2作为正极材料的基体)，截止电压为4.4V。
(2)倍率性能测试
对含有以下部分实施例和对比例中的正极材料的锂离子电池进行倍率性能测试。
在常温25℃下，先以0.2C的倍率恒定电流将其满放至3.0V，然后以0.7C的倍率恒定电流满充至截止电压，然后分别以0.2C、0.5C、1C、1.5C和2C的放电电流进行倍率放电。记录电池在上述放电电流下的放电容量分别为D0.2、D0.5、D1、D1.5和D2。按照下述公式计算容量保持率：
容量保持率＝D2/D0.2。
其中，针对实施例1-10和对比例1-2中的电池(即，该电池采用LiCoO2作为正极材料的基体)，截止电压为4.5V；而针对实施例11-16和对比例3-4中的电池(即，该电池采用LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2作为正极材料的基体)，截止电压为4.4V。
(3)直流阻抗(DCR)测试
对含有以下部分实施例和对比例中的正极材料的锂离子电池进行直流阻抗(DCR)测试。
针对实施例1-10和对比例1-2中的电池(即，该电池采用LiCoO2作为正极材料的基体)，在常温25℃和0℃下，分别测试在10％、20％和70％荷电状态(SOC)下的DCR。首先，以0.7C倍率恒定电流满充至4.5V，然后以0.1C的放电电流放电至电量的70％，再以lC的放电电流放电1s，计算此时的DCR(DCR@70％)。接着再以0.1C的放电电流放电至电量的20％，同样以1C的放电电流放电1s，计算此时的DCR(DCR@20％)。最后，再以0.1C的放电电流放电至电量的10％，同样以1C的放电电流放电ls，计算此时的DCR(DCR@10％)。
针对实施例11-16和对比例3-4中的电池(即，该电池采用LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2作为正极材料的基体)，按照相同的步骤在常温25℃和0℃下分别测试其在80％、50％和30％下的DCR。此外，在对这些电池进行测试时，将其满充至4.4V即可。
具体实施方式
以下将详细描述本申请所提供的正极材料的具体实施方式。实施例1-10和对比例1-2是以LiCoO2作为正极材料的基体，而实施例11-16和对比例3-4是以LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2作为正极材料的基体。
实施例1：
将钴酸锂及化学式为(CH3O-)3-Si-(C2H4)-(C7F15)的有机物依照99.95wt％及0.05wt％的质量比例在酒精中充分搅拌混合均匀混合。将所得混合物放入烘箱中进行烘干，然后过筛，获得实施例1正极材料。
实施例2-5：
实施例2-5与实施例1的差异仅在于：将有机物相对于正极活性物质的质量分数分别控制为0.5wt％、1wt％、2wt％和5wt％，其他处理工艺及参数均与实施例1相同。
实施例6：
实施例6与实施例1的差异仅在于：将有机物分子替换为(CH3O-)3-Si-(C2H4)-(C10F21)，其中有机物中的-CnFaClb含有10个碳原子，其他处理工艺及参数均与实施例1相同。
实施例7-10：
实施例7-10与实施例6差异仅在于：将有机物相对于正极活性物质的质量分数分别控制为0.5wt％、1wt％、2wt％和5wt％，其他处理工艺及参数均与实施例6相同。
对比例1：
不对钴酸锂正极材料进行任何包覆处理，而直接将其制备成极片并组装电池。
对比例2：
对比例2与实施例3的差异仅在于：将有机物分子替换为(CH3O-)3-Si-(C2H4)-(C3F7)，其中有机物中的-CnFaClb含有3个碳原子，其他处理工艺及参数均与实施例3相同。
实施例11：
将正极活性材料(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)及化学式为(CH3O-)3-Si-(C2H4)-(C7F15)的有机物依照99.9wt％及0.1wt％的质量比例在酒精中充分搅拌混合均匀混合。将所得混合物放入烘箱中进行烘干，然后过筛，获得实施例11所述的正极材料。
实施例12-16：
实施例12-16与实施例11的差异仅在于：将有机物相对于正极活性物质的质量分数分别控制为0.5wt％、1wt％、2wt％、3wt％和5wt％，其他处理工艺及参数均与实施例11相同；
对比例3：
不对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料进行任何包覆处理，而直接将其制备成极片并组装电池。
对比例4：
对比例4与实施例13的差异仅在于：将有机物分子替换为(CH3O-)3-Si-(C2H4)-(C3F7)，其中有机物中的-CnFaClb含有3个碳原子，其他处理工艺及参数均与实施例13相同。
分别对实施例1-16和对比例1-4所得的锂离子电池进行性能测试，测试结果请见表1：
参见表1，将实施例1-10与对比例1的电池性能进行对比，不难看出实施例1-10中的电池的循环性能、倍率性能和阻抗特性均好于对比例1中的电池。对比实施例11-16与对比例3中的电池性能，同样能够得到相同的结论。这说明本申请所述的有机物包覆层能够有效地改善正极活性物质的循环稳定性、倍率表现和阻抗特性。
将实施例3和8与对比例2的电池性能进行对比，不难看出实施例3和8中的电池的循环性能、倍率性能和阻抗特性均好于对比例2中的电池。这说明当-CnFaClb的碳原子数过少时，不足以改善正极活性物质的电化学性能。同样地，将实施例13和对比例4的电池性能进行对比，能够得出类似的结论。
其次，比较实施例1-5的电池性能，可以得出当有机物的含量逐渐从0.025wt.％增加至5wt.％时，锂离子电池的循环性能和倍率性能不断地优化而阻抗也在不断地降低。然而，当继续增加有机物的含量时，对锂离子电池的电化学性能的改善将变得不那么明显。同样地，比较实施例11-16的电池性能，能够得到相同的结论。
接着参见表1，将实施例1-5和实施例6-10的电池的性能进行对比，不难看出在有机物分子的包覆量相同的前提下，有机物中的-CnFaClb基团中的碳原子数越多，所得到的电池的循环性能和倍率表现越好。
此外，利用表1所述的实施例11-16的正极材料制备锂离子电池的过程是在常规厂房中进行的。参见表1中的电池性能数据，所得到的锂离子电池仍然具备良好的循环稳定性、倍率性能和阻抗特性。由此可知，对于高镍材料作为正极活性物质而言，使用本申请所述的有机物包覆层对高镍材料进行包覆可以放宽对生产条件的要求，降低了生产成本，更有利于工业化生产。
表1
Figure BDA0001896361230000201
Figure BDA0001896361230000211
Figure BDA0001896361230000221
整个说明书中对“一些实施例”、“部分实施例”、“一个实施例”、“另一举例”、“举例”、“具体举例”或“部分举例”的引用，其所代表的意思是在本申请中的至少一个实施例或举例包含了该实施例或举例中所描述的特定特征、结构、材料或特性。因此，在整个说明书中的各处所出现的描述，例如：“在一些实施例中”、“在实施例中”、“在一个实施例中”、“在另一个举例中”，“在一个举例中”、“在特定举例中”或“举例“，其不必然是引用本申请中的相同的实施例或示例。此外，本文中的特定特征、结构、材料或特性可以以任何合适的方式在一个或多个实施例或举例中结合。
尽管已经演示和描述了说明性实施例，本领域技术人员应该理解上述实施例不能被解释为对本申请的限制，并且可以在不脱离本申请的精神、原理及范围的情况下对实施例进行改变，替代和修改。

Claims (14)

1.一种正极材料，其包括：
基体，所述基体包括能够可逆地嵌入或脱出锂离子的正极活性物质；和
包覆层，其设置在所述基体的表面上；
其中所述包覆层包含具有通式X-R-CnFaClb的有机物，其中所述R为烃基且所述X为具有如下通式的硅氧烷基：
Figure FDA0002787938670000011
其中R1、R2和R3分别独立地表示碳原子数为1～5的烷氧基或经F或Cl取代的碳原子数为1～5的烷氧基；
n为大于等于7的整数；且
a和b分别为大于等于0的整数，a+b＝2n+1；
其中，所述R可以任选地被卤素取代；
所述有机物相对于所述正极活性物质的质量百分比为0.05wt.％至5wt.％。
2.根据权利要求1所述的正极材料，其中所述R具有1至20个碳原子的直链烃基或者具有3至20个碳原子的支链烃基。
3.根据权利要求2所述的正极材料，其中所述R为具有1至10个碳原子的直链烃基。
4.根据权利要求1所述的正极材料，其中所述有机物的分子式为X-(CcH2c)-CnFaClb，其中1≤c≤5，且n为大于等于10的整数。
5.根据权利要求1所述的正极材料，其中所述有机物的分子式为(CH3-O)3-Si-(C2H4)-CnF(2n+1)。
6.根据权利要求1所述的正极材料，其中-CnFaClb为直链。
7.根据权利要求1所述的正极材料，其中所述正极活性物质为LiNixCoyMnzTdO2，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，其中x、y和z不同时为零，其中T选自由Mg、Al、Ti、Ca、Si、Ga、Ge、La、Y、Zr、Sc、Nb、Mo、Ce及其组合所组成的群组，且其中0≤d≤0.05。
8.根据权利要求7所述的正极材料，其中在所述正极活性物质LiNixCoyMnzTdO2中，0.55≤x＜1，0≤y＜0.45，0≤z＜0.45。
9.一种电化学装置，其包括正极、负极、隔离膜和电解液，其中所述正极包含根据权利要求1-8中任一者所述的正极材料。
10.根据权利要求9所述的电化学装置，所述电化学装置为锂离子电池。
11.一种电子装置，其包括根据权利要求9或10所述的电化学装置。
12.一种制备正极材料的方法，其包括：
将根据权利要求1-8中任一者所述的有机物溶解于有机溶剂中，然后再与能够可逆地嵌入或脱出锂离子的正极活性物质混合得到混合溶液；
加热所述混合溶液以使所述有机溶剂蒸发，从而得到由所述有机物包覆所述正极活性物质的正极材料。
13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括回收蒸发后的有机溶剂。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述有机溶剂选自由甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇及其组合所组成的群组。
CN201811500034.1A 2018-12-07 2018-12-07 正极材料及包含所述正极材料的电化学装置 Active CN109599548B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811500034.1A CN109599548B (zh) 2018-12-07 2018-12-07 正极材料及包含所述正极材料的电化学装置
US16/429,999 US20200185715A1 (en) 2018-12-07 2019-06-03 Cathode material and electrochemical device comprising the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811500034.1A CN109599548B (zh) 2018-12-07 2018-12-07 正极材料及包含所述正极材料的电化学装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109599548A CN109599548A (zh) 2019-04-09
CN109599548B true CN109599548B (zh) 2021-05-18

Family

ID=65961521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811500034.1A Active CN109599548B (zh) 2018-12-07 2018-12-07 正极材料及包含所述正极材料的电化学装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20200185715A1 (zh)
CN (1) CN109599548B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112234208B (zh) 2019-06-03 2021-11-23 宁德新能源科技有限公司 电化学装置
CN112436110B (zh) * 2019-08-24 2022-04-22 深圳格林德能源集团有限公司 一种疏水高镍三元正极材料及其制备方法
CN111697223A (zh) * 2020-05-15 2020-09-22 浙江美达瑞新材料科技有限公司 一种表面改性的锂离子电池正极材料及制备方法
CN113614941B (zh) * 2020-10-19 2024-02-20 宁德新能源科技有限公司 电化学装置及包含其的电子装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130302681A1 (en) * 2012-04-18 2013-11-14 Lg Chem, Ltd. Cathode active material and the secondary battery comprising the same
CN106299299A (zh) * 2016-09-21 2017-01-04 哈尔滨工业大学 一种具有表面疏水性的锂离子电池正极材料及其制备方法
CN108511744A (zh) * 2018-03-23 2018-09-07 安普瑞斯（无锡）有限公司 一种复合包覆改性的锂离子电池正极材料及其制备方法
CN108604677A (zh) * 2015-11-17 2018-09-28 奈克松有限公司 官能化的电化学活性材料和官能化方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107644989B (zh) * 2017-09-27 2020-09-04 杨小旭 一种纳米储能材料的制备方法及包含其的锂离子电池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130302681A1 (en) * 2012-04-18 2013-11-14 Lg Chem, Ltd. Cathode active material and the secondary battery comprising the same
CN108604677A (zh) * 2015-11-17 2018-09-28 奈克松有限公司 官能化的电化学活性材料和官能化方法
CN106299299A (zh) * 2016-09-21 2017-01-04 哈尔滨工业大学 一种具有表面疏水性的锂离子电池正极材料及其制备方法
CN108511744A (zh) * 2018-03-23 2018-09-07 安普瑞斯（无锡）有限公司 一种复合包覆改性的锂离子电池正极材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109599548A (zh) 2019-04-09
US20200185715A1 (en) 2020-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109980177B (zh) 电极极片和包含所述电极极片的电化学装置
CN112313819B (zh) 制造用于锂二次电池的负极的方法和制造锂二次电池的方法
CN109841794B (zh) 电极极片和包含所述电极极片的电化学装置
EP2927996B1 (en) Cathode active material for lithium-sulfur battery and manufacturing method therefor
CN109599548B (zh) 正极材料及包含所述正极材料的电化学装置
CN110429335B (zh) 电解液及包含其的电化学装置与电子装置
CN105702947B (zh) 锂二次电池
KR101582043B1 (ko) 출력 및 사이클 특성이 우수한 리튬 이차 전지
KR101135605B1 (ko) 리튬 이차전지용 비수 전해액 및 이를 구비한 리튬 이차전지
KR102460957B1 (ko) 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
CN111837259A (zh) 锂二次电池
JP7134556B2 (ja) リチウム二次電池
KR20150014185A (ko) 이차전지용 액체 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR20180083274A (ko) 비수전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2015037367A1 (ja) 非水電解液二次電池
CN109860546B (zh) 正极材料和包含所述正极材料的电化学装置
JP7536331B2 (ja) 二次電池の製造方法
US20130196227A1 (en) Positive electrode, method of manufacturing the same, and lithium battery comprising the positive electrode
KR101651143B1 (ko) 사이클 수명이 개선된 리튬 이차전지
JP2012084426A (ja) 非水電解質二次電池
CN113921757B (zh) 一种电化学装置及电子装置
KR20190073777A (ko) 흑연 복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 음극재 및 리튬이차전지
JP7065013B2 (ja) リチウムイオン二次電池
KR102207523B1 (ko) 리튬 이차전지
KR101651142B1 (ko) 사이클 수명이 개선된 리튬 이차전지

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant