JP2024503741A - 電気化学装置及びそれを含む電力使用設備 - Google Patents

電気化学装置及びそれを含む電力使用設備 Download PDF

Info

Publication number
JP2024503741A
JP2024503741A JP2023544329A JP2023544329A JP2024503741A JP 2024503741 A JP2024503741 A JP 2024503741A JP 2023544329 A JP2023544329 A JP 2023544329A JP 2023544329 A JP2023544329 A JP 2023544329A JP 2024503741 A JP2024503741 A JP 2024503741A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
positive electrode
electrochemical device
peak
exothermic peak
active 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.)
Pending
Application number
JP2023544329A
Other languages
English (en)
Inventor
劉文元
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
Publication of JP2024503741A publication Critical patent/JP2024503741A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • 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
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • 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
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
    • 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
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
    • 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
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • 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
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/446—Initial charging measures
    • 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
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • 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
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • 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
    • H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • 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
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • 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
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
    • 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)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

【課題】電気化学装置及びそれを含む電力使用設備を提供することにより、電気化学装置のサイクル特性、レート特性及び安全特性を向上させる電気化学装置及びそれを含む電力使用設備を提供する。【解決手段】本発明は、正極片を含む電気化学装置であって、正極片は正極活物質を含み、電気化学装置の充電状態ＳＯＣが９０％～１００％である場合、正極片のＤＳＣ曲線は１５０℃～４００℃の間に第１発熱ピークＡ１及び第２発熱ピークＡ２を有し、正極活物質の質量に対して、第１発熱ピークＡ１は４００℃に最も近いピーク強度が０．１ｍＷ／ｍｇ超である発熱ピークであり、第２発熱ピークＡ２は１５０℃に最も近いピーク強度が０．１ｍＷ／ｍｇ超である発熱ピークであり、第１発熱ピークＡ１のピーク位置Ｔａと第２発熱ピークＡ２のピーク位置Ｔｂとの差は２０℃～１５０℃である、電気化学装置。

Description

本発明は電気化学分野に関し、具体的には、電気化学装置及びそれを含む電力使用設備に関する。
リチウムイオン電池は、エネルギー貯蔵密度が大きく、開放電圧が高く、自己放電率が低く、サイクル寿命が長く、安全特性が高いなどの利点を有するため、電気エネルギー貯蔵、携帯電子デバイス、電気自動車、電動自転車及び宇宙航空機器などの様々な分野に広く応用されている。携帯電子装置及び電気自動車が急速な発展段階に入ることに伴い、市場がリチウムイオン電池のエネルギー密度、安全特性、サイクル特性及び寿命等に対して掲げた要求はますます高くなっている。
本発明は、電気化学装置及びそれを含む電力使用設備を提供することにより、電気化学装置のサイクル特性、レート特性及び安全特性を向上させることを目的とする。
本発明の第１態様は、正極片を含み、正極片が正極活物質を含む電気化学装置を提供する。電気化学装置の充電状態ＳＯＣが９０％～１００％である場合、正極片のＤＳＣ（示差走査熱量法）曲線は１５０℃～４００℃の間に第１発熱ピークＡ１及び第２発熱ピークＡ２を有する。ここで、正極活物質の質量に対して、第１発熱ピークＡ１は４００℃に最も近いピーク強度が０．１ｍＷ／ｍｇ超である発熱ピークであり、第２発熱ピークＡ２は１５０℃に最も近いピーク強度が０．１ｍＷ／ｍｇ超である発熱ピークであり、第１発熱ピークＡ１のピーク位置Ｔａと第２発熱ピークＡ２のピーク位置Ｔｂとの差は２０℃～１５０℃である。理解できるように、前記発熱ピークは、界面保護膜と正極活物質自体が協働して形成される発熱ピークを含み、つまり、第１発熱ピークＡ１のピーク位置Ｔａ及びピーク強度、並びに、第２発熱ピークＡ２のピーク位置Ｔｂ及びピーク強度は、界面保護膜及び正極活物質の両方によって決定される。いかなる理論にも限定されないが、正極活物質の質量に対して、第２発熱ピークＡ２のピーク強度が０．１ｍＷ／ｍｇ超であり、且つ発熱ピークのうち４００℃に最も近い第１発熱ピークＡ１のピーク位置Ｔａと１５０℃に最も近い第２発熱ピークＡ２のピーク位置Ｔｂとの差が２０℃～１５０℃であることから、界面保護膜と正極活物質が協働して形成される発熱ピークの間のピーク位置の差が小さく、正極活物質と電解液との界面における熱安定性が高く、高温で破壊されにくいため、正極活物質の表面をより良好に保護し、副反応の発生を抑制し、正極活物質の安定性を向上させることができることを表している。同時に、正極活物質の質量に対して、第２発熱ピークＡ２のピーク強度が０．１ｍＷ／ｍｇ超であることにより、正極活物質の表面に十分な保護膜があることが確保される。これにより、電気化学装置は熱安定性が効果的に改善されたため、良好なサイクル特性、レート特性及び安全特性を有する。
本発明において、正極片が同じ正極活物質を採用する場合、注液係数、電気化学装置がパッケージされた後のフォーメーション上限電圧、フォーメーション温度、フォーメーション静置時間などを調整することにより、発熱ピークのピーク位置、ピーク強度、及び第１発熱ピークＡ１のピーク位置Ｔａと第２発熱ピークＡ２のピーク位置Ｔｂとの差を本発明の範囲内に制御し、それによって、本発明の目的を達成し、電気化学装置は良好なサイクル特性、レート特性及び安全特性を有する。本発明は、注液係数、電気化学装置がパッケージされた後のフォーメーション上限電圧、フォーメーション温度、フォーメーション静置時間の具体的な範囲は特に制限がなく、本発明の目的を達成することができればよい。
本発明の一つの実施形態において、第１発熱ピークＡ１のピーク位置Ｔａは２５０℃～４００℃に位置し、第２発熱ピークＡ２のピーク位置Ｔｂは２００℃～３００℃に位置する。このように、第１発熱ピークＡ１と第２発熱ピークＡ２のピーク位置をともに高くすることにより、正極活物質及びその表面保護膜の熱安定性を向上させる。
本発明の一つの実施形態において、第１発熱ピークＡ１のピーク強度と第２発熱ピークＡ２のピーク強度との比Ｓは０．１～１０である。例えば、第１発熱ピークＡ１のピーク強度と第２発熱ピークＡ２のピーク強度との比Ｓは、０．１、０．７、１．２、１．４、１．５、６．１、９．８、１０、又は上記のいずれか二つの数値の範囲の間におけるいずれか一つの数値であってもよい。さらに、第１発熱ピークＡ１のピーク強度と第２発熱ピークＡ２のピーク強度との比Ｓは０．７～１０である。いかなる理論にも限定されないが、第１発熱ピークＡ１のピーク強度と第２発熱ピークＡ２のピーク強度との比Ｓを上記の範囲内に制御することにより、正極活物質とその表面保護膜との間の安定性の差異を低減することができ、電気化学装置のサイクル特性及びレート特性を改善することにさら有利となる。
本発明の一つの実施形態において、正極片をＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）に２５℃で８ｈ浸漬した後、同じ配合比率でＮ－メチルピロリドンを交換し、２回繰り返して浸漬した後、正極片のＤＳＣ曲線は２４０℃～４００℃の間に発熱ピークＢを有し、正極活物質の質量に対して、発熱ピークＢのピーク面積が３６０Ｊ／ｇ未満である。正極片をＮＭＰに浸漬するたびに、正極片とＮＭＰとの体積比は１：１０～１：２０である。正極片をＮＭＰに三回繰り返して浸漬した後、正極活物質の表面の保護膜の大半又は全部が洗い出されたため、発熱ピークＢのピーク位置Ｔｃは主に正極活物質によって決定される。発熱ピークＢのピーク位置Ｔｃは２４０℃～４００℃にあり、且つ正極活物質の質量に対して、発熱ピークＢのピーク面積は３６０Ｊ／ｇ未満であることから、正極活物質の熱安定性が高いと示され、このように、電気化学装置の熱安定性が高いため、電気化学装置は良好な安全特性を有する。
本発明の一つの実施形態において、正極活物質はリチウム遷移金属複合酸化物を含み、リチウム遷移金属複合酸化物はドープ元素Ｍを含み、ドープ元素ＭはＡｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｗ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｎｂ、及びＧｄのうちの少なくとも一つを含む。リチウム遷移金属複合酸化物はＭｎをさらに含む。上記のドープ元素の選択は、電気化学装置のサイクル特性及びレート特性を改善することにさらに有利となる。
さらに、ドープ元素ＭとＭｎとのモル比ｎＭ／ｎＭｎは０．１％～１０％である。例えば、ドープ元素ＭとＭｎとのモル比ｎＭ／ｎＭｎは０．１％、２％、４％、６％、９％、１０％、又は上記のいずれか二つの数値の範囲の間におけるいずれか一つの数値であってもよい。いかなる理論にも限定されないが、ドープ元素ＭとＭｎとのモル比ｎＭ／ｎＭｎを前記範囲内に制御することは、電気化学装置のサイクル特性及びレート特性を改善することに有利となる。
さらに、正極活物質はＬｉｘＭｎｙＭｚＯ４を含み、０．６≦ｘ≦１．２、０．８≦ｙ≦１、０＜ｚ≦０．２であり、ＭはＡｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｗ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｎｂ、及びＧｄのうちの少なくとも一つを含む。
好ましくは、正極活物質は、ＬｉＭｎ１．９６Ａｌ０．０４Ｏ４、ＬｉＭｎ１．９６Ｍｇ０．０４Ｏ４、ＬｉＭｎ１．９２Ａｌ０．０４Ｍｇ０．０４Ｏ４、ＬｉＭｎ１．８８Ａｌ０．０４Ｍｇ０．０４Ｎｂ０．０４Ｏ４、ＬｉＭｎ１．８８Ａｌ０．０８Ｎｂ０．０４Ｏ４、ＬｉＭｎ１．８４Ａｌ０．１２Ｎｂ０．０４Ｏ４、ＬｉＭｎ１．８４Ａｌ０．１６Ｏ４、及びＬｉＭｎ１．８８Ａｌ０．０８Ｎｂ０．０４Ｏ４などを含む。
本発明の一つの実施形態において、ドープ元素ＭはＡｌ及びＮｂのうちの少なくとも一つを含み、正極活物質に前記ドープ元素Ｍを加えることにより、電気化学装置をサイクル特性及びレート特性により優れたものとする。
さらに、Ａｌ及びＮｂのモル量の合計とＭｎとのモル比ｎ（Ａｌ＋Ｎｂ）／ｎＭｎは１％～１０％である。例えば、Ａｌ及びＮｂのモル量の合計とＭｎとのモル比ｎ（Ａｌ＋Ｎｂ）／ｎＭｎは、１％、２％、４％、６％、９％、１０％、又は上記のいずれか二つの数値の範囲の間におけるいずれか一つの数値であってもよい。いかなる理論にも限定されないが、Ａｌ及びＮｂのモル量の合計とＭｎとのモル比ｎ（Ａｌ＋Ｎｂ）／ｎＭｎを前記範囲内に制御することは、電気化学装置のサイクル特性とレート特性を改善することに有利となる。
本発明の一つの実施形態において、正極活物質は一次粒子が凝集してなる二次粒子を含み、一次粒子の平均粒子径Ｄｓは０．８μｍ～５μｍである。例えば、一次粒子の平均粒子径Ｄｓは、０．８μｍ、１．２μｍ、２．４μｍ、４．３μｍ、５μｍ、又は上記のいずれか二つの数値の範囲の間におけるいずれか一つの数値であってもよい。いかなる理論にも限定されないが、一次粒子の平均粒子径Ｄｓが小さすぎると、活性部位が多すぎ、電気化学装置の性能に影響を与える副反応が多くなる。一次粒子の平均粒子径Ｄｓが大きすぎると、正極活物質と電解液との接触が制限され、電気化学装置の性能に影響を与える。正極活物質一次粒子の平均粒子径Ｄｓを前記範囲内に制御することは、電気化学装置のサイクル特性及びレート特性を改善することにさら有利となる。
本発明の一つの実施形態において、正極活物質の平均粒子径Ｄｖ５０は５μｍ～１５μｍである。例えば、正極活物質の平均粒子径Ｄｖ５０は５μｍ、６．９μｍ、８．４μｍ、８．７μｍ、１０．３μｍ、１２．４μｍ、１２．６μｍ、又は上記のいずれか二つの数値の範囲の間におけるいずれか一つの数値であってもよい。
本発明の一つの実施形態において、正極活物質の平均粒子径Ｄｖ５０と一次粒子の平均粒子径Ｄｓとの比Ｄｖ５０／Ｄｓは１．５～２０である。例えば、正極活物質の平均粒子径Ｄｖ５０と一次粒子の平均粒子径Ｄｓとの比Ｄｖ５０／Ｄｓは１．５、１．６、３．６、８．６、１０．５、１５．４、１５．５、又は上記のいずれか二つの数値の範囲の間におけるいずれか一つの数値であってもよい。
本発明の一つの実施形態において、正極活物質はスピネル構造であり、正極活物質の単位格子パラメータａは０．８２００ｎｍ～０．８２５０ｎｍである。例えば、正極活物質の単位格子パラメータａは０．８２００ｎｍ、０．８２０４ｎｍ、０．８２１４ｎｍ、０．８２１７ｎｍ、０．８２２０ｎｍ、０．８２２６ｎｍ、０．１５８ｎｍ、０．８２３２ｎｍ、０．８２３３ｎｍ、０．８２３４ｎｍ、０．８２３９ｎｍ、０．８２５０ｎｍ、又は上記のいずれか二つの数値の範囲の間におけるいずれか一つの数値であってもよい。いかなる理論にも限定されないが、正極活物質の単位格子パラメータａを前記範囲内に制御することは、容量の発揮にさらに有利となり、電気化学装置のサイクル特性及びレート特性を改善することにさらに有利となる。
本発明の一つの実施形態において、電気化学装置はさらに電解液を含み、電解液は不飽和炭酸エステル類化合物を含む。不飽和炭酸エステル類化合物を電解液に添加することにより、負極表面に安定な固体電解質界面（ＳＥＩ）膜を形成することができ、正極活物質のＭｎの溶出を改善し、電気化学装置のサイクル特性を改善する。
本発明の一つの実施形態において、不飽和炭酸エステル類化合物は式（Ｉ）で表される化合物を含む。
Figure 2024503741000001
 式（Ｉ）において、Ｒ３は、置換されたＣ１－Ｃ６アルキレン基、置換又は無置換のＣ２－Ｃ６から選択され、置換された場合、置換基は、ハロゲン原子、Ｃ１－Ｃ６アルキル基、Ｃ２－Ｃ６アルケニル基のうちの少なくとも一つを含み、且つ、Ｒ３が置換されたＣ１－Ｃ６アルキレン基から選択される場合、置換基は少なくともＣ２－Ｃ６アルケニル基を含む。
好ましくは、不飽和炭酸エステル類化合物は、以下の化合物（Ｉ－１）～（Ｉ－８）のうちの少なくとも一つから選択される。
Figure 2024503741000002
本発明の一つの実施形態において、電解液の質量に対して、不飽和炭酸エステル類化合物の質量分率は０．０１％～５％である。例えば、不飽和炭酸エステル類化合物の質量分率は、０．０１％、０．０５％、１％、２％、３％、４％、５％、又は上記のいずれか二つの数値の範囲の間におけるいずれか一つの数値であってもよい。いかなる理論にも限定されないが、不飽和炭酸エステル類化合物の質量分率が少なすぎると、負極にＳＥＩ膜を形成して電気化学装置のサイクル特性を改善する効果が明らかではない。不飽和炭酸エステル類化合物の質量分率が高すぎると、負極に形成されるＳＥＩ膜が厚すぎることにより、インピーダンスが増大し、レート特性が低下してしまう。従って、不飽和炭酸エステル類化合物の質量分率を前記範囲内に制御することは、電気化学装置のサイクル特性及びレート特性を改善することに有利となる。
本発明の電解液は、リチウム塩及び非水溶媒をさらに含む。本発明はリチウム塩の種類に特に制限がなく、本発明の目的を達成することができればよい。例えば、リチウム塩は、ヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、ＬｉＣＨ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３、及びＬｉＳｉＦ６のうちの少なくとも一つを含んでもよい。ＬｉＰＦ６は高いイオン伝導率を与え、リチウムイオン電池のサイクル特性を改善することができるため、好ましくは、ＬｉＰＦ６を含んでもよい。本発明は非水溶媒に特に制限がなく、本発明の目的を達成することができればよい。例えば、非水溶媒は炭酸エステル化合物、カルボン酸エステル化合物、エーテル化合物、及び他の有機溶媒のうちの少なくとも一つを含んでもよい。前記炭酸エステル化合物は、鎖状炭酸エステル化合物及び環状エステル化合物のうちの少なくとも一つであってもよい。上記の鎖状炭酸エステル化合物は、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）、エチルプロピルカーボネート（ＥＰＣ）、及びメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）のうちの少なくとも一つを含んでもよい。環状炭酸エステル化合物は、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、及びブチレンカーボネート（ＢＣ）のうちの少なくとも一つを含んでもよい。上記のカルボン酸エステル化合物は、酢酸エチル、酢酸ｎ－プロピル、酢酸ｔｅｒｔ－ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、及びプロピオン酸プロピルのうちの少なくとも一つを含んでもよい。上記のエーテル化合物は、ジブチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、１，２－ジメトキシエタン、１，２－ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタン、２－メチルテトラヒドロフラン、及びテトラヒドロフランのうちの少なくとも一つを含んでもよい。上記の他の有機溶媒は、ジメチルスルホキシド、１，２－ジオキソラン、スルホラン、メチルスルホラン、１，３－ジメチル－２－イミダゾリジノン、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリオクチル、及びリン酸エステルのうちの少なくとも一つを含んでもよい。
本発明の正極片は特に制限がなく、本発明の目的を達成することができればよい。例えば、正極片は正極集電体及び正極材料層を含む。本発明の正極集電体は特に制限がなく、本発明の目的を達成することができればよい。例えば、正極集電体は、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、及び複合集電体などを含んでもよい。本発明の正極材料層は、本発明の上記のいずれか一つの技術形態に記載された正極活物質を含む。本発明において、正極集電体及び正極材料層の厚さは特に制限がなく、本発明の目的を達成することができればよい。例えば、正極集電体の厚さは５μｍ～２０μｍであり、好ましくは６μｍ～１８μｍである。片面の正極材料層の厚さは３０μｍ～１２０μｍである。本発明において、正極材料層は、正極集電体の厚さ方向の一つの表面上に設置されてもよく、正極集電体の厚さ方向の二つの表面上に設置されてもよい。なお、ここでの「表面」は、正極集電体の領域全体であってもよく、正極集電体の領域の一部であってもよく、本発明は特に制限がなく、本発明の目的を達成することができればよい。任意に、前記正極片は導電層をさらに含み、前記導電層は正極集電体と正極材料層との間に位置する。前記導電層の組成は特に制限がなく、当分野の一般的な導電層であってもよい。例えば、前記導電層は導電剤及びバインダーを含む。
本発明の電気化学装置は、負極片をさらに含む。本発明は負極片に特に制限がなく、本発明の目的を達成することができればよい。例えば、負極片は負極集電体及び負極材料層を含む。本発明の負極集電体は特に制限がなく、本発明の目的を達成することができればよい。例えば、負極集電体は、銅箔、銅合金箔、ニッケル箔、ステンレス鋼箔、チタン箔、発泡ニッケル、発泡銅、又は複合集電体などを含んでもよい。本発明の負極材料層は、負極活物質を含む。本発明は負極活物質の種類に特に制限がなく、本発明の目的を達成することができればよい。例えば、負極活物質は、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、ハードカーボン、ソフトカーボン、シリコン、ケイ素－炭素複合体、ＳｉＯｘ（０＜ｘ＜２）、Ｌｉ－Ｓｎ合金、Ｌｉ－ＳＮ－Ｏ合金、Ｓｎ、ＳｎＯ、ＳｎＯ２、スピネル構造のチタン酸リチウムＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ－Ａｌ合金、又は金属リチウムのうちの少なくとも一つを含んでもよい。本発明において、負極集電体及び負極材料層の厚さは特に制限がなく、本発明の目的を達成することができればよい。例えば、負極集電体の厚さは６μｍ～１０μｍであり、片面の負極材料層の厚さは３０μｍ～１３０μｍである。本発明において、負極材料層は、負極集電体の厚さ方向の一つの表面上に設置されてもよく、負極集電体の厚さ方向の二つの表面上に設置されてもよい。なお、ここでいう「表面」は、負極集電体の領域全体であってもよく、負極集電体の領域の一部であってもよく、本発明は特に制限がなく、本発明の目的を達成することができればよい。任意に、前記負極片は導電層をさらに含み、前記導電層は負極集電体と負極材料層との間に位置する。前記導電層の組成は特に制限がなく、本分野の一般的な導電層であってもよい。前記導電層は導電剤及びバインダーを含む。
前記導電剤は特に制限がなく、本発明の目的を達成することができればよい。例えば、導電剤は、導電性カーボンブラック（Ｓｕｐｅｒ Ｐ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴｓ）、カーボンナノファイバー、黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボン量子ドット、及びグラフェンのうちの少なくとも一つを含んでもよい。例えば、バインダーは、ポリプロピレンアルコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸カリウム、ポリアクリル酸リチウム、ポリイミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニリデンフルオライド、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、水性アクリル樹脂、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、及びカルボキシメチルセルロースナトリウム（ＣＭＣ－Ｎａ）のうちの少なくとも一つを含んでもよい。
本発明の電気化学装置は、正極片と負極片とを分離し、リチウムイオン電池の内部短絡を防止し、電解質のイオンが自由に通過でき、電気化学的充放電過程を完了させる機能を果たすためのセパレータをさらに含む。本発明におけるセパレータは特に制限がなく、本発明の目的を達成することができればよい。例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）を主とするポリオレフィン（ＰＯ）類セパレータ、ポリエステルフィルム（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム）、セルロースフィルム、ポリイミドフィルム（ＰＩ）、ポリアミドフィルム（ＰＡ）、スパンデックス、アラミドフィルム、織フィルム、不織フィルム（不織布）、微孔フィルム、複合フィルム、セパレータ紙、圧縮フィルム、紡糸フィルムのうちの少なくとも一つである。例えば、セパレータは、基材層及び表面処理層を含んでもよい。基材層は、多孔質構造を有する不織布、フィルム又は複合フィルムであってもよく、基材層の材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、及びポリイミドのうちの少なくとも一つを含んでもよい。任意に、ポリプロピレン多孔質フィルム、ポリエチレン多孔質フィルム、ポリプロピレン不織布、ポリエチレン不織布、又はポリプロピレン－ポリエチレン－ポリプロピレン多孔質複合フィルムを使用することができる。任意に、基材層の少なくとも一つの表面上に表面処理層が設置され、表面処理層はポリマー層又は無機物層であってもよく、ポリマーと無機物とを混合してなる層であってもよい。例えば、無機物層は無機粒子及びバインダーを含み、前記無機粒子は特に制限がなく、例えば、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化スズ、酸化セリウム、酸化ニッケル、酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、炭化ケイ素、ベーマイト、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、及び硫酸バリウムのうちの少なくとも一つから選択される。前記バインダーは特に制限がなく、例えば、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレンの共重合体、ポリアミド、ポリアクリロニトリル、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩、ポリビニルピロリドン、ポリビニルエーテル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラフルオロエチレン、及びポリヘキサフルオロプロピレンのうちの少なくとも一つから選択される。ポリマー層にはポリマーが含まれ、ポリマーの材料は、ポリアミド、ポリアクリロニトリル、アクリル酸エステルポリマー、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩、ポリビニルピロリドン、ポリビニルエーテル、ポリフッ化ビニリデン、及びポリ（フッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン）のうちの少なくとも一つを含む。
本発明の電気化学装置は特に制限がなく、電気化学反応を起こす任意の装置を含んでもよい。いくつかの実施例において、電気化学装置は、リチウム金属二次電池、リチウムイオン二次電池（リチウムイオン電池）、リチウムポリマー二次電池又はリチウムイオンポリマー二次電池などを含んでもよいが、これらに限定されない。
電気化学装置の作製プロセスは、当業者によく知られており、本発明は特に限定がなく、例えば、正極片、セパレータ及び負極片を順に積層し、必要に応じて、巻回、折り畳みなどの操作により巻回構造の電極アセンブリを得て、電極アセンブリを外装ケース内に入れ、電解液を外装ケースに注入して封口し、電気化学装置を得ること、或いは、正極片、セパレータ及び負極片を順に積層した後、テープで積層構造全体の四つの角を固定して積層構造の電極アセンブリを得て、電極アセンブリを外装ケース内に入れ、電解液を外装ケースに注入して封口し、電気化学装置を得ることを含んでもよいが、これらに限定されない。また、必要に応じて、過電流防止素子、リード板などを外装ケース内に入れることにより、電気化学装置内部の圧力の上昇、過充放電を防止することができる。
本発明の第２態様は、上記したいずれかの実施形態に記載の電気化学装置を含む電力使用設備を提供する。当該電力使用設備は、良好なサイクル特性、レート特性及び安全特性を有する。
本発明の電力使用設備は特に制限がなく、ノートパソコン、ペン入力型コンピューター、モバイルコンピューター、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯型ファクシミリ、携帯型コピー機、携帯型プリンター、ステレオヘッドセット、ビデオレコーダー、液晶テレビ、ポータブルクリーナー、携帯型ＣＤプレーヤー、ミニディスク、トランシーバー、電子ノートブック、電卓、メモリーカード、ポータブルテープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、自動車、オートバイ、アシスト自転車、自転車、照明器具、おもちゃ、ゲーム機、時計、電動工具、閃光灯、カメラ、家庭用大型バッテリー、及びリチウムイオンコンデンサーなどを含んでもよいが、これらに限定されない。
本発明は、電気化学装置及び当該電気化学装置を含む電力使用設備を提供する。当該電気化学装置は、正極片を含み、正極片は正極活物質を含み、電気化学装置の充電状態ＳＯＣが９０％～１００％である場合、正極片のＤＳＣ曲線は１５０℃～４００℃の間に第１発熱ピークＡ１及び第２発熱ピークＡ２を有し、正極活物質の質量に対して、第１発熱ピークＡ１は４００℃に最も近いピーク強度が０．１ｍＷ／ｍｇ超である発熱ピークであり、第２発熱ピークＡ２は１５０℃に最も近いピーク強度が０．１ｍＷ／ｍｇ超である発熱ピークであり、第１発熱ピークＡ１のピーク位置Ｔａと第２発熱ピークＡ２のピーク位置Ｔｂとの差は２０℃～１５０℃である。当該電気化学装置は、良好なサイクル特性、レート特性及び安全特性を有する。当該電気化学装置を含む電子設備も良好なサイクル特性、レート特性及び安全特性を有する。
本発明の目的、技術案、及び利点をより明確にするために、以下、図面及び実施例を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。明らかに、記載される実施例は全ての実施例ではなく、単に本発明の実施例の一部に過ぎない。当業者が本発明における実施例に基づいて得られた他の技術案は、いずれも本発明の保護範囲に入る。
なお、本発明の具体的な実施形態において、リチウムイオン電池を電気化学装置の例として本発明を説明するが、本発明の電気化学装置はリチウムイオン電池に限定されない。
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明の実施形態をより具体的に説明する。各種の試験及び評価は、下記の方法に従って行った。なお、特に断らない限り、「部」、「％」は質量基準である。
測定方法及び設備
ＤＳＣの測定
ＤＳＣは、試料と参照物との熱流差及び温度の関係を測定するために用いられた。ＳＴＡ４４９３Ｆ３型の同期熱分析装置を用いてＤＳＣ曲線を測定した。方法として、リチウムイオン電池を１００％ＳＯＣまで充電し、分解した後、正極片を取り出し、１０ｃｍ×１０ｃｍの規格に切り出し、測定温度の範囲は１５０℃～４００℃であり、昇温速度は１０℃／ｍｉｎであり、ＤＳＣ曲線を得た。
正極活物質における各元素の含有量の測定
リチウムイオン電池を２．８Ｖまで放電し、分解した後、正極片を取り出し、高純度無水ＤＭＣで３回洗浄し、各回８ｈ浸漬し、次に真空乾燥オーブンに１２ｈ静置し、正極活物質を正極片から掻き取った後に誘導結合などのプラズマスペクトル発生装置（ＩＣＰ）の測定を行えばよい。
一次粒子の平均粒子径Ｄｓの測定
走査型電子顕微鏡により正極活物質の一次粒子の平均粒子径Ｄｓを測定し、正極材料を走査型電子顕微鏡（ドイツ ＺＥＩＳＳ Ｓｉｇｍａ－０２－３３）により撮影した後、当該電子顕微鏡像において２００個の形状が完全で遮断されていない正極活物質の一次粒子をランダムに抽出し、一次粒子の顕微鏡像における最も長い径の平均値を平均粒子径Ｄｓとして記録した。
平均粒子径Ｄｖ５０の測定
Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ ３０００レーザー粒度分布測定装置で測定した。レーザー粒度測定は、異なる大きさの粒子がレーザーに異なる強度の散乱を発生させられるというメカニズムに基づいて粒度分布を測定したものである。Ｄｖ５０は体積基準の粒度分布において、小粒子径側から累積した体積が５０％に達する粒子径を示す。
注液係数の算出
注液係数＝電解液の容量／リチウムイオン電池の容量。
高温容量維持率の測定
４５℃で、リチウムイオン電池を０．５Ｃの定電流で４．２Ｖまで充電し、最後に定電圧で電流が０．０５Ｃになるまで充電し、初回サイクルの充電容量を記録した。さらに、１Ｃの定電流で３．０Ｖまで放電し、初回サイクルの放電容量を記録した。次に同じステップで５００回の充放電サイクルを行い、５００回目サイクルの放電容量を記録した。容量維持率をリチウムイオン電池のサイクル特性を評価するための指標とした。
容量維持率＝（５００回目のサイクルの放電容量／初回放電容量）×１００％。
レート特性の測定
２５℃の条件で、リチウムイオン二次電池を０．２Ｃのレートで４．２Ｖまで定電流充電し、さらに０．０５Ｃまで定電圧充電し、次に３０分間静置し、さらに０．２Ｃのレートで３．０Ｖまで定電流放電し、リチウムイオン電池の０．２Ｃのレートでの放電容量を測定した。
２５℃の条件で、リチウムイオン二次電池を０．２Ｃのレートで４．２Ｖまで定電流充電し、さらに定電圧で電流が０．０５Ｃ以下になるまで充電し、次に３０分間静置し、さらに１Ｃのレートで３．０Ｖまで定電流放電し、リチウムイオン二次電池の１Ｃのレートでの放電容量を測定した。
リチウムイオン電池の１Ｃのレートでの放電容量維持率（％）＝１Ｃのレートでの放電容量／０．２Ｃのレートでの放電容量×１００％。
実施例１－１
＜正極片の作製＞
正極活物質であるＬｉＭｎ１．９６Ａｌ０．０４Ｏ４、導電剤であるアセチレンブラック、バインダーであるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を重量比９６：２：２で混合し、溶剤としてＮＭＰを加えて、固形分含有量が７５％であるスラリーに調製し、真空撹拌機により体系が均一な正極スラリーになるまで撹拌した。正極スラリーを厚さが１０μｍである正極集電体のアルミニウム箔の片面上に均一に塗布し、９０℃の条件で乾燥させ、塗層の厚さが１１０ｍである片面に正極材料が塗布された正極片を得た。その後、当該正極片のもう一方の表面上に上記のステップを繰り返すことにより、両面に正極材料が塗布された正極片を得た。塗布が完了した後、正極片を７４ｍｍ×８６７ｍｍの規格に切り出し、次のステップに備えた。ここで、正極活物質のＤｓは０．８μｍであり、Ｄｖ５０は１２．４μｍであり、正極活物質の単位格子パラメータａは０．８２２０ｎｍであった。
＜負極片の作製＞
負極活物質である黒鉛、バインダーであるＳＢＲ、増粘剤であるカルボキシメチルセルロースナトリウムを重量比９７．５：１．５：１で混合し、溶剤として脱イオン水を加えて、固形分含有量が７０％である負極スラリーに調製し、真空撹拌機により体系が均一な負極スラリーになるまで撹拌した。負極スラリーを厚さが８ｍである負極集電体の銅箔の片面上に均一に塗布し、９０℃の条件で乾燥させ、塗層の厚さが１３０ｍである片面に負極物質が塗布された負極片を得た。その後、当該負極のもう一方の表面に上記のステップを繰り返すことにより、両面に負極物質が塗布された負極片を得た。塗布が完了した後、負極片を７６ｍｍ×８５１ｍｍの規格に切り出し、次のステップに備えた。
＜セパレータの作製＞
ポリエチレン多孔質基材の両側にセラミックコーティングが塗布されたセパレータを採用した。
＜電解液の調製＞
含水量が１０ｐｐｍ未満であるアルゴンガス雰囲気のグローブボックスにおいて、エチレンカーボネートＥＣ、ジエチルカーボネートＤＥＣ、プロピレンカーボネートＰＣ、プロピオン酸プロピルＰＰを質量比２０：３０：２０：３０で均一に混合し、有機溶剤を得た。有機溶媒にビニレンカーボネート（ＶＣ）とリチウム塩ＬｉＰＦ６を加えて均一に混合し、電解液を得た。ここで、ＬｉＰＦ６の濃度は１．１５ｍｏｌ／Ｌであり、電解液の質量に対して、ＶＣの質量分率は０．０５％であった。
＜リチウムイオン電池の作製＞
上記に作製された正極片、セパレータ、負極片を順に積層し、セパレータを正極片と負極片との間に位置させて隔離の役割を果たし、巻回して電極アセンブリを得た。電極アセンブリを外装ケースであるアルミニウムプラスチックフィルムに入れ、８５℃の真空乾燥オーブンに置いて１２ｈ乾燥させて水分を除去し、上記に調製された電解液を注入し、真空パッケージ、静置、フォーメーション、整形などの工程を経て、リチウムイオン電池を得た。ここで、注液係数は４．５５ｇ／Ａｈであり、パッケージした後のフォーメーション上限電圧は４．１２Ｖであり、フォーメーション温度は８５℃であり、フォーメーション処理時間は２．３ｈであった。
実施例１－２では、＜電解液の調製＞において、電解液の質量に対して、ＶＣの質量分率が１％であり、＜リチウムイオン電池の作製＞において、パッケージした後のフォーメーション上限電圧が４．１５Ｖであり、フォーメーション温度が８８℃であり、フォーメーションの静置時間が２．７ｈであったこと以外は、実施例１－１と同様であった。
実施例１－３では、＜リチウムイオン電池の作製＞において、パッケージした後のフォーメーション上限電圧が４．１８Ｖであり、フォーメーション温度が９０℃であり、フォーメーションの静置時間が３．０ｈであったこと以外は、実施例１－２と同様であった。
実施例１－４では、＜リチウムイオン電池の作製＞において、パッケージした後のフォーメーション上限電圧が４．２１Ｖであり、フォーメーション温度が９３℃であり、フォーメーションの静置時間が３．４ｈであったこと以外は、実施例１－２と同様であった。
実施例１－５では、＜電解液の調製＞において、電解液の質量に対して、ＶＣの質量分率が５％であり、＜リチウムイオン電池の作製＞において、注液係数が４．３５ｇ／Ａｈであったこと以外は、実施例１－１と同様であった。
実施例１－６では、＜電解液の調製＞において、電解液の質量に対して、ＶＣの質量分率が３％であり、＜リチウムイオン電池の作製＞において、注液係数が４．１５ｇ／Ａｈであったこと以外は、実施例１－１と同様であった。
実施例２－１～実施例２－１２では、＜電解液の調製＞において、電解液の質量に対して、ＶＣの質量分率が１％であり、表２に従って正極活物質の種類、ｎＭ／ｎＭｎ、ｎ（Ａｌ＋Ｎｂ）／ｎＭｎ、単位格子パラメータａを調整したこと以外は、実施例１－１と同様であった。
実施例３－１～実施例３－７では、表３に従ってＤｓ、Ｄｖ５０、Ｄｖ５０／Ｄｓ、単位格子パラメータａを調整したこと以外は、実施例２－４と同様であった。
実施例４－１では、＜正極片の作製＞において、正極活物質がＬｉＭｎ１．８８Ａｌ０．０８Ｎｂ０．０４Ｏ４であり、Ｄｓが２．４μｍであり、Ｄｖ５０が８．７μｍであり、単位格子パラメータａが０．８２３２ｎｍであり、＜電解液の調製＞において、４，５－ジメチル－１，３－ジオキソール－２－オン（ＤＭＤＯ）（Ｉ－６）をＶＣの代わりに使用し、且つ電解液の質量に対して、４，５－ジメチル－１，３－ジオキソール－２－オンの質量分率が１％であり、＜リチウムイオン電池の作製＞において、注液係数が４．５３ｇ／Ａｈであり、パッケージした後のフォーメーション上限電圧が４．１３Ｖであり、フォーメーション温度が８６℃であり、フォーメーションの静置時間が２．３ｈであったこと以外は、実施例１－１と同様であった。
実施例４－２では、＜電解液の調製＞において、４，５－ジメチル－１，３－ジオキソール－２－オンとＶＣの組み合わせを使用し、且つ電解液の質量に対して、４，５－ジメチル－１，３－ジオキソール－２－オン（ＤＭＤＯ）の質量分率が１％であり、ＶＣの質量分率が１％であり、＜リチウムイオン電池の作製＞において、注液係数が４．５７ｇ／Ａｈであり、パッケージした後のフォーメーション上限電圧が４．１５Ｖであり、フォーメーション温度が８８℃であり、フォーメーションの静置時間が２．３ｈであったこと以外は、実施例４－１と同様であった。
実施例４－３では、＜正極片の作製＞において、正極活物質がＬｉＭｎ１．８４Ａｌ０．１６Ｏ４であり、Ｄｓが２．４μｍであり、Ｄｖ５０が８．７μｍであり、単位格子パラメータａが０．８２１４ｎｍであり、＜電解液の調製＞において、電解液の質量に対して、ＶＣの質量分率が２％であり、＜リチウムイオン電池の作製＞において、注液係数が４．６ｇ／Ａｈであり、パッケージした後のフォーメーション上限電圧が４．２Ｖであり、フォーメーション温度が８８℃であり、フォーメーションの静置時間が２．５ｈであったこと以外は、実施例１－１と同様であった。
実施例４－４では、＜電解液の調製＞において、電解液の質量に対して、ＶＣの質量分率が４％であったこと以外は、実施例４－３と同様であった。
比較例１では、＜電解液の調製＞において電解液の質量に対して、ＶＣの質量分率が４％であり、＜リチウムイオン電池の作製＞において、注液係数が４．０６ｇ／Ａｈであり、パッケージした後のフォーメーション上限電圧が４．２０Ｖであり、フォーメーション温度が８８℃であったこと以外は、実施例１－１と同様であった。
実施例１－１～実施例１－６、比較例１に関連する作製パラメータ及び性能パラメータは表１に示され、実施例２－１～実施例２－１２に関連する作製パラメータ及び性能パラメータは表２に示され、実施例３－１～実施例３－７に関連する作製パラメータ及び性能パラメータは表３に示され、実施例４－１～実施例４－４に関連する作製パラメータ及び性能パラメータは表４に示される。
Figure 2024503741000003
実施例１－１～実施例１－６及び比較例１から分かるように、リチウムイオン電池のレート特性及びサイクル特性（容量維持率）は、第１発熱ピークＡ１のピーク位置Ｔａ及びピーク強度、並びに、第２発熱ピークＡ２のピーク位置Ｔｂ及びピーク強度の変化に伴って変化した。第２発熱ピークＡ２のピーク強度が０．１ｍＷ／ｍｇ超であり、且つ第１発熱ピークＡ１のピーク位置Ｔａと第２発熱ピークＡ２のピーク位置Ｔｂとの差が本発明の範囲内にあるリチウムイオン電池を採用することにより、レート特性及びサイクル特性がより良好であった。
Figure 2024503741000004
注：表２における「＼」は対応するパラメータがないことを示す。
Figure 2024503741000005
Figure 2024503741000006
実施例２－１～実施例２－１２の比較から分かるように、Ｍｇのみドープされた実施例２－１と比較して、Ａｌ及び／又はＮｂがドープされた実施例２－２～実施例２－１２は、リチウムイオン電池のサイクル特性を顕著に向上させることができ、且つ正極活物質の種類、ドープ元素ＭとＭｎとのモル比ｎＭ／ｎＭｎ、Ａｌ及びＮｂのモル量の合計とＭｎとのモル比ｎ（Ａｌ＋Ｎｂ）／ｎＭｎ、正極活物質の単位格子パラメータａが本発明の範囲内にさえあれば、リチウムイオン電池は良好なレート特性及びサイクル特性を有することができる。
実施例３－１～実施例３－７から分かるように、正極活物質一次粒子の平均粒子径Ｄｓが０．８μｍ～５μｍにあり、正極活物質の平均粒子径Ｄｖ５０が５μｍ～１５μｍにあり、Ｄｖ５０／Ｄｓが１．５～２０の範囲にある実施例は、優れたレート特性及びサイクル特性を同時に有することができる。
実施例４－１～実施例４－４から分かるように、種類の異なる不飽和炭酸エステル類化合物及びその含有量を選択し、注液係数、フォーメーション条件を調整することにより、いずれもリチウムイオン電池が良好なレート特性及びサイクル特性を有することを実現できる。
以上は、本発明の比較的に好ましい実施例に過ぎず、本発明を限定するためのものではなく、本発明の方針及び原則の内で行われた任意の修正、同等な置換、改善などは、いずれも本発明の保護範囲に含まれるものである。

Claims (12)

  1. 正極片を含む電気化学装置であって、
    前記正極片は正極活物質を含み、
    前記電気化学装置の充電状態ＳＯＣが９０％～１００％である場合、前記正極片のＤＳＣ曲線は１５０℃～４００℃の間に第１発熱ピークＡ１及び第２発熱ピークＡ２を有し、前記正極活物質の質量に対して、第１発熱ピークＡ１は４００℃に最も近いピーク強度が０．１ｍＷ／ｍｇ超である発熱ピークであり、第２発熱ピークＡ２は１５０℃に最も近いピーク強度が０．１ｍＷ／ｍｇ超である発熱ピークであり、第１発熱ピークＡ１のピーク位置Ｔａと第２発熱ピークＡ２のピーク位置Ｔｂとの差は２０℃～１５０℃である、電気化学装置。
  2. 前記第１発熱ピークＡ１のピーク位置Ｔａは２５０℃～４００℃に位置し、前記第２発熱ピークＡ２のピーク位置Ｔｂは２００℃～３００℃に位置する、請求項１に記載の電気化学装置。
  3. 前記第１発熱ピークＡ１のピーク強度と前記第２発熱ピークＡ２のピーク強度との比Ｓは０．１～１０である、請求項１に記載の電気化学装置。
  4. 前記正極片をＮ－メチルピロリドンに２５℃で８ｈ浸漬した後、前記Ｎ－メチルピロリドンを交換し、２回繰り返して浸漬した後、前記正極片のＤＳＣ曲線は２４０℃～４００℃の間に発熱ピークＢを有し、前記正極活物質の質量に対して、前記発熱ピークＢのピーク面積は３６０Ｊ／ｇ未満である、請求項１に記載の電気化学装置。
  5. 前記正極活物質は、リチウム遷移金属複合酸化物を含み、前記リチウム遷移金属複合酸化物はドープ元素Ｍを含み、前記ドープ元素Ｍは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｗ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｎｂ、及びＧｄのうちの少なくとも一つを含み、
    前記リチウム遷移金属複合酸化物はＭｎをさらに含み、前記ドープ元素ＭとＭｎとのモル比ｎＭ／ｎＭｎは０．１％～１０％である、請求項１に記載の電気化学装置。
  6. 前記ドープ元素ＭはＡｌ及びＮｂのうちの少なくとも一つを含み、Ａｌ及びＮｂのモル量の合計とＭｎとのモル比ｎ（Ａｌ＋Ｎｂ）／ｎＭｎは１％～１０％である、請求項５に記載の電気化学装置。
  7. 前記正極活物質は一次粒子が凝集してなる二次粒子を含み、前記電気化学装置は、
    ａ）前記一次粒子の平均粒子径Ｄｓは０．８μｍ～５μｍであることと、
    ｂ）前記正極活物質の平均粒子径Ｄｖ５０は５μｍ～１５μｍであることと、
    ｃ）前記正極活物質の平均粒子径Ｄｖ５０と前記一次粒子の平均粒子径Ｄｓとの比Ｄｖ５０／Ｄｓは１．５～２０であることと、
    ｄ）前記正極活物質はスピネル構造であり、前記正極活物質の単位格子パラメータａは０．８２００ｎｍ～０．８２５０ｎｍであることと、
    のうちの少なくとも一つを満たす、請求項５に記載の電気化学装置。
  8. 前記電気化学装置は電解液をさらに含み、前記電解液は不飽和炭酸エステル類化合物を含む、請求項５に記載の電気化学装置。
  9. 前記不飽和炭酸エステル類化合物は、式（Ｉ）で表される化合物を含み、
    Figure 2024503741000007
     式（Ｉ）において、Ｒ３は置換されたＣ１－Ｃ６アルキレン基、置換又は無置換のＣ２－Ｃ６から選択され、置換された場合、置換基はハロゲン原子、Ｃ１－Ｃ６アルキル基、Ｃ２－Ｃ６アルケニル基のうちの少なくとも一つを含み、且つ、Ｒ３が置換されたＣ１－Ｃ６アルキレン基から選択された場合、置換基は少なくともＣ２－Ｃ６アルケニル基を含む、
    請求項８に記載の電気化学装置。
  10. 前記不飽和炭酸エステル類化合物は以下の化合物（Ｉ－１）～（Ｉ－８）：
    Figure 2024503741000008
     のうちの少なくとも一つから選択される、請求項９に記載の電気化学装置
  11. 前記電解液の質量に対して、前記不飽和炭酸エステル類化合物の質量分率は０．０１％～５％である、請求項８に記載の電気化学装置。
  12. 請求項１～１１のいずれか一項に記載の電気化学装置を含む、電力使用設備。
JP2023544329A 2021-09-28 2021-09-28 電気化学装置及びそれを含む電力使用設備 Pending JP2024503741A (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2021/121292 WO2023050054A1 (zh) 2021-09-28 2021-09-28 电化学装置及包含该电化学装置的用电设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2024503741A true JP2024503741A (ja) 2024-01-26

Family

ID=83476271

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023544329A Pending JP2024503741A (ja) 2021-09-28 2021-09-28 電気化学装置及びそれを含む電力使用設備

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240162434A1 (ja)
EP (1) EP4345936A1 (ja)
JP (1) JP2024503741A (ja)
KR (1) KR20230117624A (ja)
CN (1) CN115176370A (ja)
WO (1) WO2023050054A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116868376A (zh) * 2023-04-18 2023-10-10 宁德时代新能源科技股份有限公司 正极活性材料组合物、正极极片、电池及用电装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103296249B (zh) * 2013-06-19 2018-05-29 宁德新能源科技有限公司 掺杂改性锂镍钴锰、制备方法及锂离子电池
CN103872331A (zh) * 2014-03-24 2014-06-18 宁德新能源科技有限公司 锂离子正极材料的铝包覆方法
CN108807863A (zh) * 2017-05-05 2018-11-13 宁德时代新能源科技股份有限公司 改性正极活性材料及其制备方法及电化学储能装置
CN110120554B (zh) * 2018-02-05 2021-05-18 宁德新能源科技有限公司 一种电解液和含有该电解液的二次电池
CN111699576A (zh) * 2018-02-07 2020-09-22 宁德新能源科技有限公司 正极活性材料和锂离子电池
JP2020123493A (ja) * 2019-01-30 2020-08-13 住友金属鉱山株式会社 リチウムイオン二次電池用正極活物質およびその製造方法と、リチウムイオン二次電池
CN114628786B (zh) * 2020-03-27 2024-02-20 宁德新能源科技有限公司 电化学装置及包括其的电子装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP4345936A1 (en) 2024-04-03
KR20230117624A (ko) 2023-08-08
CN115176370A (zh) 2022-10-11
WO2023050054A1 (zh) 2023-04-06
US20240162434A1 (en) 2024-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7260573B2 (ja) リチウムイオン電池用複合正極活物質、その製造方法、及びそれを含む正極を含むリチウムイオン電池
JP2023534339A (ja) 電気化学装置及び電子装置
KR20200036424A (ko) 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
WO2023015489A1 (zh) 一种电化学装置及电子装置
JP2023503688A (ja) 二次電池及び当該二次電池を含む装置
JP7481503B2 (ja) リチウムイオン二次電池の電解液及びその使用
WO2023070268A1 (zh) 一种电化学装置及包含该电化学装置的用电装置
JP2024501526A (ja) 負極片、電気化学装置及び電子装置
JP2023520277A (ja) 電気化学装置及び電子装置
WO2023070287A1 (zh) 正极极片、电化学装置及电子装置
WO2023050044A1 (zh) 一种电化学装置和电子装置
JP7432608B2 (ja) 正極片、当該正極片を含む電気化学装置及び電子装置
US20240162434A1 (en) Electrochemical apparatus and electric device including same
CN112868123B (zh) 电解液和包括电解液的电化学装置及电子装置
CN113346140A (zh) 一种电解液及其应用
WO2024027551A1 (zh) 电化学装置及包含该电化学装置的电子装置
JP2023553144A (ja) 電気化学装置および電子デバイス
JP7432607B2 (ja) 正極片、当該正極片を含む電気化学装置及び電子装置
JP2024500496A (ja) 負極材料、当該負極材料を含む極片及び電気化学装置
JP2022534525A (ja) リチウム二次電池用非水電解液及びこれを含むリチウム二次電池
JP5029005B2 (ja) 非水電解質及び非水電解質電池
CN113024568B (zh) 正极材料、电化学装置和电子装置
JP2024524099A (ja) 電気化学装置及び当該電気化学装置を含む電子装置
WO2023184143A1 (zh) 电解液、电化学装置及电子装置
WO2022252055A1 (zh) 一种电化学装置和电子装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230721