CN116759535B - 电化学装置以及电子设备 - Google Patents
电化学装置以及电子设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116759535B CN116759535B CN202311055289.2A CN202311055289A CN116759535B CN 116759535 B CN116759535 B CN 116759535B CN 202311055289 A CN202311055289 A CN 202311055289A CN 116759535 B CN116759535 B CN 116759535B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrochemical device
- positive electrode
- active material
- lithium
- hard carbon
- 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
Links
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 55
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 49
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 43
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000006183 anode active material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 15
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 14
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 12
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 17
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 abstract description 17
- 239000011149 active material Substances 0.000 abstract description 11
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 abstract description 11
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 11
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 7
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 description 5
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 5
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 4
- -1 Polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 4
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 244000060011 Cocos nucifera Species 0.000 description 2
- 235000013162 Cocos nucifera Nutrition 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002261 Corn starch Polymers 0.000 description 2
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SMWDFEZZVXVKRB-UHFFFAOYSA-N Quinoline Chemical compound N1=CC=CC2=CC=CC=C21 SMWDFEZZVXVKRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 2
- 239000008120 corn starch Substances 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 2
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 229920001027 sodium carboxymethylcellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006245 Carbon black Super-P Substances 0.000 description 1
- 229910012820 LiCoO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 101150058243 Lipf gene Proteins 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006256 anode slurry Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 1
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009461 vacuum packaging Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- 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
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
-
- 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
- H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本申请公开了一种电化学装置以及电子设备，所述电化学装置包括正极极片和负极极片，所述负极极片包括负极活性材料层，所述负极活性材料层中的负极活性材料包括硬碳，所述正极极片包括正极活性材料层，所述正极活性材料层中的正极活性材料包括正极补锂材料，所述电化学装置的满充充电电压≥4.5V，所述电化学装置的CB值小于1.05。本申请通过将降低所述电化学装置的CB值，并结合在所述电化学装置的负极活性材料层中掺混硬碳以及在所述电化学装置的正极活性材料层中掺混正极补锂材料，最终实现在高电压下得到的锂离子电池兼具能量密度高且循环性能好的特点。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种电化学装置以及电子设备。
背景技术
锂离子电池能量密度的提升意义重大，提升正极容量是提升能量密度的最直接有效的途径，正极可通过提升钴酸锂的充电电压，使钴酸锂的脱锂量增加从而提升容量，然而当电芯充电上限电压超过4.5V时，正极钴酸锂的实际电位通常超过4.55V，此时钴酸锂材料会发生不可逆相变，晶格释氧，钴溶出等一系列问题，导致循环过程（尤其是高温循环）容量快速衰减。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种电化学装置以及电子设备，本申请通过将降低所述电化学装置的CB值，并结合在所述电化学装置的负极活性材料层中掺混硬碳以及在所述电化学装置的正极活性材料层中掺混正极补锂材料，以上技术手段的协同配合，最终实现在高电压下得到的锂离子电池兼具能量密度高且循环性能好的特点。
第一方面，本申请提供了一种电化学装置，所述电化学装置包括正极极片和负极极片，所述负极极片包括负极活性材料层，所述负极活性材料层中的负极活性材料包括人造石墨和硬碳，所述正极极片包括正极活性材料层，所述正极活性材料层中的正极活性材料包括钴酸锂和正极补锂材料，所述电化学装置的满充充电电压≥4.5V，所述电化学装置的CB值小于1.05，其中，CB值为单位面积负极容量与单位面积正极容量的比值。
本申请通过降低所述电化学装置的CB值以降低所述电化学装置在满充时的阴极电位，从而改善高电压钴酸锂体系（满充充电电压≥4.5V）的循环性能，同时，本申请为了避免降低CB导致的满充负极析锂问题，在负极活性材料中掺混适量的硬碳，同时，为了解决硬碳首效（首次效率）低的问题，本申请还在正极活性材料中掺混适量的正极补锂材料，弥补硬碳引入导致的首效损失，如此，可以实现在4.5V以上的高电压下得到的锂离子电池同时具有能量密度高，且循环性能好的特点。
在一些实施方式中，所述硬碳的可逆克容量为380~450mAh/g，所述硬碳的首次效率为65%~80%。如此，更利于提供较多的微孔储锂点位，进而避免析锂。
在一些实施方式中，所述电化学装置的CB值为1.01~1.035。优选地，所述电化学装置的CB值为1.025~1.035。所述电化学装置的CB值在上述范围内，能够降低满充时的阴极电位，利于改善高电压钴酸锂体系的循环性能。
在一些实施方式中，基于所述负极活性材料的总质量，所述硬碳的质量百分含量为1wt%~10 wt%。优选地，基于所述负极活性材料的总质量，所述硬碳的质量百分含量为3wt%~5 wt%。硬碳在0V电位处可通过微孔储锂机制提供大量容量，且其在所述负极活性材料层中的含量合适，能够有效避免电芯析锂问题。
在一些实施方式中，基于所述正极活性材料的总质量，将所述正极补锂材料的质量百分含量记为A，将正极极片的首次效率记为B，将负极极片的首次效率记为C，满足：A≤(B-C)/(0.5C+B)。优选地，A=(B-C)/(0.5C+B)。由于硬碳首效低，硬碳的引入会显著降低负极极片的首效，从而降低整体电芯的能量密度，因此，需要在正极极片中掺混适量的正极补锂材料，弥补硬碳引入导致的首效损失，所述正极补锂材料的含量在上述范围时，可以实现电芯循环性能和能量密度的同时提升。
在一些实施方式中，满足：B-C≥1.8%。
在一些实施方式中，B的取值范围为90%~96%。
在一些实施方式中，所述正极补锂材料包括富锂锰基材料，所述富锂锰基材料的化学式为Li1+mTnMn1-nO2，其中，T元素选自过渡金属元素中的至少一种，满足：0<m<1且0≤n<1。优选地，T元素选自Ni、Co元素中的至少一种。
在一些实施方式中，所述富锂锰基材料的化学式为Li1+mNixCoyMn1-x-yO2，其中，0<m<1，0<x<0.5，0≤y<0.5。
在一些实施方式中，所述正极补锂材料的首次充电克容量为250mAh/g~350mAh/g。优选地，所述正极补锂材料的首次充电克容量为300mAh/g~350mAh/g。
在一些实施方式中，所述正极补锂材料的比表面积≤1m2/g。优选地，将所述正极补锂材料的比表面积记为S，满足：0.5m2/g≤S≤0.8m2/g。正极补锂材料的比表面积过大，在高电压下容易发生副反应，导致循环恶化。
第二方面，本申请提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述的电化学装置。
本申请提供了一种电化学装置以及电子设备，通过降低所述电化学装置的CB值以降低所述电化学装置在满充时的阴极电位，以及为了避免降低CB导致的满充负极析锂问题，进一步在负极活性材料中掺混适量的硬碳，同时，本申请还在正极活性材料中掺混适量的正极补锂材料，弥补硬碳引入导致的首效损失，通过以上技术手段的协同配合，最终实现在高电压下得到的锂离子电池兼具能量密度高且循环性能好的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例1和对比例1的高温循环测试对比图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
降低电芯的CB值可以降低电芯满充情况下的实际阴极电位，从而缓解钴酸锂在高电压下的循环衰减问题，同时降低CB值可以减少阳极涂布重量，一定程度提升电芯能量密度；然而，由于现有技术中电芯CB值的降低会带来析锂风险增加，进而阻碍了实际电芯设计中的CB值降低。为了解决上述技术问题，本申请的发明人提供了一种电化学装置以及电子设备，所述电化学装置兼具能量密度高且循环性能好的特点。
电化学装置
所述电化学装置包括正极极片和负极极片，所述负极极片包括负极活性材料层，所述负极活性材料层中的负极活性材料包括硬碳，所述正极极片包括正极活性材料层，所述正极活性材料层中的正极活性材料包括正极补锂材料，所述电化学装置的满充充电电压≥4.5V，所述电化学装置的CB值小于1.05，其中，CB值为单位面积负极容量与单位面积正极容量的比值。
在一些实施例中，所述电化学装置的CB值为1.01~1.035。示例性地，所述电化学装置的CB值为1.01、1.015、1.02、1.025、1.03、1.035或上述任意两个值组成的范围。
在一些实施例中，所述电化学装置的CB值为1.025~1.035。示例性地，所述电化学装置的CB值为1.025、1.028、1.030、1.032、1.034、1.035或上述任意两个值组成的范围。
在一些实施例中，基于所述负极活性材料的总质量，所述硬碳的质量百分含量为1wt%~10 wt%。示例性地，所述硬碳的质量百分含量为1wt%、2wt%、3wt%、5wt%、8wt%、10wt%或上述任意两个值组成的范围。
在一些实施例中，基于所述负极活性材料的总质量，所述硬碳的质量百分含量为3wt%~5 wt%。示例性地，所述硬碳的质量百分含量为3wt%、3.5wt%、4wt%、4.5wt%、5wt%或上述任意两个值组成的范围。
在一些实施例中，所述硬碳的可逆克容量为380~450mAh/g。示例性地，所述硬碳的可逆克容量为380mAh/g、385mAh/g、390mAh/g、400mAh/g、410mAh/g、420mAh/g、430mAh/g、440mAh/g、450mAh/g或上述任意两个值组成的范围。
在一些实施例中，所述硬碳的首次效率为65%~80%。示例性地，所述硬碳的首次效率为65%、70%、75%、80%或上述任意两个值组成的范围。
在一些实施例中，基于所述正极活性材料的总质量，将所述正极补锂材料的质量百分含量记为A，将正极极片的首次效率记为B，将负极极片的首次效率记为C，满足：A≤(B-C)/(0.5C+B)。
在一些实施例中，(B-C)≥1.8%。优选地，1.8%≤(B-C)≤6%。示例性地，(B-C)的取值范围为1.8%、2%、3%、4%、5%、6%或上述任意两个值组成的范围。
在一些实施例中，B的取值范围为90%~96%。示例性地，B的取值范围为90%、92%、94%、95%、96%或上述任意两个值组成的范围。
在一些实施例中，所述正极补锂材料包括富锂锰基材料，所述富锂锰基材料的化学式为Li1+mTnMn1-nO2，其中，T元素选自过渡金属元素中的至少一种，满足：0<m<1且0≤n<1。优选地，T元素选自Ni、Co元素中的至少一种。
在一些实施例中，所述富锂锰基材料的化学式为Li1+mNixCoyMn1-x-yO2，其中，0<m<1，0<x<0.5，0≤y<0.5。
在一些实施例中，所述正极补锂材料的首次充电克容量为250mAh/g~350 mAh/g。示例性地，所述正极补锂材料的首次充电克容量为250mAh/g、260mAh/g、280mAh/g、300mAh/g、320mAh/g、330mAh/g、350mAh/g或上述任意两个值组成的范围。
在一些实施例中，所述正极补锂材料的首次充电克容量为300mAh/g~350 mAh/g。示例性地，所述正极补锂材料的首次充电克容量为300mAh/g、310mAh/g、320mAh/g、330mAh/g、340mAh/g、350mAh/g或上述任意两个值组成的范围。
在一些实施例中，所述正极补锂材料的比表面积≤1m2/g。
在一些实施例中，将所述正极补锂材料的比表面积记为S，满足：0.5m2/g≤S≤0.8m2/g。示例性地，所述正极补锂材料的比表面积为0.5m2/g、0.6m2/g、0.7m2/g、0.8m2/g或上述任意两个值组成的范围。
本申请的电化学装置可以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或二次电池。特别地，该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。
电子设备
本申请的电子设备包括本申请的上述任意一种电化学装置。本申请的电子设备置可用于，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。
示例部分
硬碳的合成
硬碳1合成：将生物质玉米淀粉为原料，在空气气氛下180℃氧化5小时（前驱体改性），然后用管式炉于氩气气氛中500℃煅烧2h（第一次煅烧），降温后破碎分级（去除400目以下的大颗粒），然后进行第二次煅烧，于氩气气氛中升温至1000℃，保温2h，降温后获得最终产物，记作硬碳1；
硬碳2合成：将生物质椰壳破碎至1mm以下后，用清水洗净，装入反应釜中用1M的氢氧化钠溶液浸泡并在180℃水热5小时（前驱体改性），取出后烘干并用管式炉于氩气气氛中500℃煅烧2h，降温后破碎分级（去除400目以下的大颗粒），并用去离子水洗至中性，然后烘干并进行第二次煅烧，于氩气气氛中升温至1100℃，保温2h，后降温；然后在900℃进行CVD包覆，包覆气氛为10%CH4/Ar混合气（即CH4占混合气的含量为10wt%），时间为1h（表面改性包覆及第三次煅烧），得到的产物记作硬碳2，其中形成的包覆层的热解温度为750℃。
硬碳3合成：以石油沥青为原料，将Dv50为15um的沥青颗粒用喹啉浸泡5小时，抽滤烘干，然后在流动空气气氛下，分别于150℃，200℃，250℃，300℃下各氧化5小时（前驱体改性），然后用管式炉于氩气气氛中500℃煅烧2h，降温后破碎分级（去除400目以下的大颗粒），然后进行第二次煅烧，于氩气气氛中升温至1100℃，保温2h，后降温；然后在900℃进行CVD包覆，包覆气氛为10%CH4/Ar混合气（即CH4占混合气的含量为10wt%），时间为1h，得到的产物记作硬碳3。
基于扣电测试，硬碳1的可逆克容量和首次效率分别为391 mAh/g和67.8%，硬碳2的可逆克容量和首次效率分别为393 mAh/g和67.4%，硬碳3的可逆克容量和首次效率分别为390 mAh/g和68.0%。
其中，生物质玉米淀粉、生物质椰壳、酚醛树脂和石油沥青均通过商业途径购买获得。
以下，举出实施例及对比例来对本申请的实施方式进行更具体地说明。
实施例1
（一）锂离子电池的制备
（1）正极极片的制备
将正极活性材料、导电炭黑Super-P、粘结剂PVDF按重量比97.6:1.3:1.1在N-甲基吡咯烷酮NMP溶剂体系中，通过真空搅拌机进行充分搅拌，获得正极浆料；将所述正极浆料涂覆于9μm Al箔基材的两个表面上，涂布重量为280mg/1540.25mm2，先后通过干燥、冷压、分条、裁切，得到正极极片，冷压后正极极片厚度为95μm。
其中，正极活性材料为钴酸锂（LiCoO2）和补锂材料（化学式：Li1.2Ni0.13Co0.33Mn0.54O2）。
（2）负极极片的制备
将负极活性材料、与丁苯橡胶（SBR）和羧甲基纤维素钠（CMC）按照重量比97:2:1在适量的去离子水中充分搅拌混合，使其形成均匀的负极浆料，其中负极浆料的固含量为40wt%。将此浆料涂覆于负极集流体（Cu箔）上，在85℃下烘干，然后经过冷压、裁片、分切后，在120℃的真空条件下干燥12小时，得到负极极片。
其中，负极活性材料为人造石墨和硬碳1。
实施例1-1、实施例1-2与实施例1相比，区别在于，实施例1-1和实施例1-2中的硬碳分别为硬碳2和硬碳3。
（3）电解液的制备
在干燥的氩气气氛手套箱中，将碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二乙酯（DEC）按照质量比为EC:EMC:DEC=30:50:20进行混合均匀，加入锂盐LiPF6，混合均匀后获得电解液，基于电解液的质量，LiPF6的质量百分含量为12.5%。
（4）隔离膜的制备
以7μm厚的聚乙烯（PE）多孔聚合物薄膜作为隔离膜。
（5）锂离子电池的制备
将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正极极片和负极极片之间起到隔离的作用，然后卷绕、焊接极耳后、置于外包装箔铝塑膜中，注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形、容量测试等工序，获得软包锂离子电池。
实施例2~11以及对比例1~2的整体设计与实施例1基本一致，不同之处如下表1所示。
（二）锂离子电池的测试
（1）负极极片首次效率的测试方法
取单面涂覆的负极极片，将其裁切成一定面积后作为工作电极，之后以锂片（或钠片等）作为对电极，以多孔聚乙烯膜作为隔膜，注入电解液后组装得到纽扣电池；将负极极片与锂片组装的纽扣电池先分别以0.05C/50μA/20μA三阶段小电流放电至0.005V后，记录纽扣电池的首次放电容量；再以0.1C恒流充电至0.8V，记录纽扣电池的首次充电容量。
负极首次效率=首次充电容量/首次放电容量*100%。
（2）正极极片首次效率的测试方法
取单面涂覆的正极极片，将其裁切成一定面积后作为工作电极，之后以锂片（或钠片等）作为对电极，以多孔聚乙烯膜作为隔膜，注入电解液后组装得到纽扣电池；将正极极片与锂片组装的纽扣电池先以0.1C恒流充电至4.55V后，记录纽扣电池的首次放电容量；再以0.05C/50μA/20μA三阶段小电流放电至3.0V后，记录纽扣电池的首次充电容量。
正极首次效率=首次充电容量/首次放电容量*100%。
（3）硬碳克容量与首次效率的测试方法
将硬碳材料、导电剂SP、丁苯橡胶（SBR）和羧甲基纤维素钠（CMC）按照重量比97:0.5:1.5:1在适量的去离子水中充分搅拌混合，使其形成均匀的负极浆料，其中，负极浆料的固含量为45wt%。将此浆料涂覆于负极集流体（Cu箔）上，在85℃下烘干，然后裁切成一定面积后作为工作电极，之后以锂片（或者钠片等）作为对电极，以多孔聚乙烯膜作为隔膜，注入电解液后组装得到纽扣电池；将纽扣电池先分别以0.05C/50μA/20μA三阶段小电流放电至0V后，记录纽扣电池的首次放电容量；再以0.1C恒流充电至0.8V，记录纽扣电池的首次充电容量，将首次充电容量与活性材料质量之比记为硬碳材料的可逆克容量。
硬碳首次效率=首次充电容量/首次放电容量*100%。
（4）高温循环性能测试
在45℃下，将锂离子电池以1.2C倍率恒流充电至4.53V，再4.53V恒压充电至电流为0.05C，再以0.7C倍率恒流放电至3.0V，此为一个充放电循环，记录锂离子电池第一次循环的放电容量。将锂离子电池按照上述方法进行充放电循环，记录每一次循环的放电容量，直至锂离子电池的放电容量衰减至第一次循环的放电容量的80%，记录充放电循环次数。
表1 实施例和对比例的关键参数及能量密度和45℃循环寿命对比
从表1可以看出，实施例1~10的能量密度均在730~740Wh/L左右，45℃循环寿命均在550-610圈之间；相比之下，基于对比例1和实施例1得到的锂离子电池45℃循环性能如图1所示，对比例1通过钴酸锂搭配人造石墨，且CB设计为1.05，在45℃循环下，钴酸锂衰减速率会明显快于石墨，随着循环的进行，正极电位会逐渐升高，从而进一步恶化钴酸锂衰减，导致在循环约100圈后衰减速率出现了明显加速的现象；而实施例1中将CB设计降低至1.025，可有效降低阴极电位，对阴极起到保护作用，从而有效延缓了衰减加速现象，显著提升了45℃循环寿命，同时，实施例1的能量密度可达735Wh/L，实施例1可作为本申请的最优实施例。实施例1-1和实施例1-2均是实施例1的平行实施例，其可以获得和实施例1相似的技术效果，进一步证明了本申请技术方案的可靠性。对比例2中没有引入正极补锂材料，虽然循环性能与实施例1接近，但由于硬碳的引入导致首效降低，能量密度降低明显降低。实施例11中虽然引入了正极补锂材料，但由于正极补锂材料的比表面积过大，在高电压下容易发生副反应，导致45℃循环发生一定程度恶化。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电化学装置，其特征在于，
所述电化学装置包括正极极片和负极极片；
所述负极极片包括负极活性材料层，所述负极活性材料层中的负极活性材料包括硬碳；
所述正极极片包括正极活性材料层，所述正极活性材料层中的正极活性材料包括钴酸锂和正极补锂材料；
所述电化学装置的满充充电电压≥4.5V；
所述电化学装置的CB值为1.01~1.035；
基于所述正极活性材料的总质量，将所述正极补锂材料的质量百分含量记为A，将正极极片的首次效率记为B，将负极极片的首次效率记为C；满足：A≤(B-C)/(0.5C+B)；
基于所述负极活性材料的总质量，所述硬碳的质量百分含量为1wt%~10wt%；
其中，CB值为单位面积负极容量与单位面积正极容量的比值。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，满足以下条件中的至少一者：
（I）所述电化学装置的CB值为1.025~1.035；
（II）基于所述负极活性材料的总质量，所述硬碳的质量百分含量为3wt%~5wt%。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，(B-C)≥1.8%。
4.根据权利要求3所述的电化学装置，其特征在于，B的取值范围为90%~96%。
5.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述正极补锂材料包括富锂锰基材料；
所述富锂锰基材料的化学式为Li1+mTnMn1-nO2，其中，T元素选自过渡金属元素中的至少一种，满足：0<m<1且0≤n<1。
6.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，满足以下条件中的至少一者：
（i）所述正极补锂材料的首次充电克容量为250mAh/g~350 mAh/g；
（ii）所述正极补锂材料的比表面积≤1m2/g。
7.根据权利要求6所述的电化学装置，其特征在于，满足以下条件中的至少一者：
（1）所述正极补锂材料的首次充电克容量为300mAh/g~350mAh/g；
（2）将所述正极补锂材料的比表面积记为S，满足：0.5m2/g≤S≤0.8m2/g。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1~7任一项所述的电化学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311055289.2A CN116759535B (zh) | 2023-08-22 | 2023-08-22 | 电化学装置以及电子设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311055289.2A CN116759535B (zh) | 2023-08-22 | 2023-08-22 | 电化学装置以及电子设备 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116759535A CN116759535A (zh) | 2023-09-15 |
| CN116759535B true CN116759535B (zh) | 2024-01-05 |
Family
ID=87948290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311055289.2A Active CN116759535B (zh) | 2023-08-22 | 2023-08-22 | 电化学装置以及电子设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116759535B (zh) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110854382A (zh) * | 2019-11-04 | 2020-02-28 | 宁德新能源科技有限公司 | 正极补锂材料、包含正极补锂材料的正极及其制备方法 |
| CN113437250A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-09-24 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置和电子装置 |
| CN113921757A (zh) * | 2021-09-29 | 2022-01-11 | 东莞新能安科技有限公司 | 一种电化学装置及电子装置 |
| CN114497498A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-13 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置和电子装置 |
| CN114628630A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-06-14 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置和电子装置 |
| CN115312753A (zh) * | 2022-08-24 | 2022-11-08 | 中南大学 | 正极补锂材料及其制备和在锂离子电池正极补锂中的应用 |
| CN115425215A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-12-02 | 宁德新能源科技有限公司 | 复合材料及其制备方法、电化学装置及电子装置 |
| CN115548482A (zh) * | 2022-11-29 | 2022-12-30 | 瑞浦兰钧能源股份有限公司 | 一种补锂方法、电池制备方法及电池 |
| CN115579505A (zh) * | 2022-10-27 | 2023-01-06 | 欣旺达电动汽车电池有限公司 | 二次电池及用电装置 |
| CN115763740A (zh) * | 2022-11-18 | 2023-03-07 | 蜂巢能源科技股份有限公司 | 一种锂离子电池及包含其的储能装置 |
| CN116097472A (zh) * | 2022-03-18 | 2023-05-09 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置、电子装置和制备负极极片的方法 |
-
2023
- 2023-08-22 CN CN202311055289.2A patent/CN116759535B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110854382A (zh) * | 2019-11-04 | 2020-02-28 | 宁德新能源科技有限公司 | 正极补锂材料、包含正极补锂材料的正极及其制备方法 |
| CN113437250A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-09-24 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置和电子装置 |
| CN113921757A (zh) * | 2021-09-29 | 2022-01-11 | 东莞新能安科技有限公司 | 一种电化学装置及电子装置 |
| CN114497498A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-13 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置和电子装置 |
| CN116097472A (zh) * | 2022-03-18 | 2023-05-09 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置、电子装置和制备负极极片的方法 |
| CN114628630A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-06-14 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置和电子装置 |
| CN115312753A (zh) * | 2022-08-24 | 2022-11-08 | 中南大学 | 正极补锂材料及其制备和在锂离子电池正极补锂中的应用 |
| CN115425215A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-12-02 | 宁德新能源科技有限公司 | 复合材料及其制备方法、电化学装置及电子装置 |
| CN115579505A (zh) * | 2022-10-27 | 2023-01-06 | 欣旺达电动汽车电池有限公司 | 二次电池及用电装置 |
| CN115763740A (zh) * | 2022-11-18 | 2023-03-07 | 蜂巢能源科技股份有限公司 | 一种锂离子电池及包含其的储能装置 |
| CN115548482A (zh) * | 2022-11-29 | 2022-12-30 | 瑞浦兰钧能源股份有限公司 | 一种补锂方法、电池制备方法及电池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116759535A (zh) | 2023-09-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7157252B2 (ja) | リチウム二次電池用正極添加剤、その製造方法、それを含むリチウム二次電池用正極およびそれを含むリチウム二次電池 | |
| CN113097441B (zh) | 电化学装置及电子装置 | |
| CN111029543B (zh) | 负极材料及包含其的电化学装置和电子装置 | |
| CN111987296A (zh) | 负极材料及使用其的电化学装置和电子装置 | |
| EP4220754A1 (en) | Lithium metal negative electrode plate, electrochemical apparatus, and electronic device | |
| WO2023087213A1 (zh) | 一种电池包及其用电装置 | |
| CN114335685A (zh) | 电化学装置及包含其的电子装置 | |
| WO2023197807A1 (zh) | 正极材料及其制备方法、复合正极材料、正极极片及二次电池 | |
| WO2023078047A1 (zh) | 正极活性材料、其制备方法、包括其的锂离子电池、电池模块、电池包和用电装置 | |
| WO2023050044A1 (zh) | 一种电化学装置和电子装置 | |
| CN112467078B (zh) | 电化学装置和电子装置 | |
| CN116759535B (zh) | 电化学装置以及电子设备 | |
| WO2022198614A1 (zh) | 负极材料及其制备方法、电化学装置及电子装置 | |
| CN116053567A (zh) | 一种电解液及电化学装置 | |
| WO2024082292A1 (zh) | 硅掺杂石墨烯的负极活性材料、制备方法、二次电池和用电装置 | |
| JP7469496B2 (ja) | 電解液、二次電池、電池モジュール、電池パックおよび電気設備 | |
| WO2023225849A1 (zh) | 电化学装置及电子设备 | |
| CN116053461B (zh) | 电化学装置和包括其的电子装置 | |
| WO2024087013A1 (zh) | 电极组件、电池单体、电池和用电装置 | |
| WO2023225857A1 (zh) | 电化学装置及电子设备 | |
| WO2022099561A1 (zh) | 硅基材料、其制备方法及其相关的二次电池、电池模块、电池包和装置 | |
| WO2024077507A1 (zh) | 粘结组合物、电极浆料、电极极片、二次电池及用电装置 | |
| WO2024065276A1 (zh) | 二次电池及其制备方法、用电装置 | |
| WO2023060587A1 (zh) | 负极极片、二次电池、电池模块、电池包及用电装置 | |
| WO2023225853A1 (zh) | 电化学装置及电子设备 |
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 |