[发明专利]正极材料及包含该正极材料的电化学装置

说明书

本申请涉及一种正极材料及包括所述正极材料的电化学装置。本申请提供的正极包括基体、位于所述基体表面的第一材料，所述第一材料包括第一区域和第二区域，所述第一区域具有非单晶结构，所述第二区域包括具有单晶结构的第三区域。本申请通过设计包覆层具有两种不同类型的晶体结构，并将它们进行有机的结合，显著提高了电化学装置的高电压循环稳定性能。

技术领域

本申请涉及储能技术领域，尤其涉及一种正极材料和包含该正极材料的电化学装置。

背景技术

随着智能产品的普及和应用，人们对手机、笔记本、相机等电子产品的需求逐年增加。锂离子电池作为电子产品的工作电源，具有能量密度高、无记忆效应、工作电压高等特点，正逐步取代传统的Ni-Cd、MH-Ni电池。开发具有高能量密度和高安全性能的锂离子电池成为研发人员关注的焦点。为了提高能量密度，一种可行的方案是提高锂离子电池的工作电压。但在高电压条件下，正极活性材料本身会发生不可逆相变，同时正极活性材料的界面会与电解液发生强烈的副反应，如电解液在正极表面分解，使得电池的电化学性能恶化并降低电池的安全性能，因此正极材料在高电压条件下应用得到限制。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请提供了一种正极材料，该正极材料能够显著改善电化学装置的高电压循环稳定性能。本申请还涉及包括这种正极材料的电化学装置。

本申请的第一方面提供了一种正极材料，该正极材料包括基体、位于基体表面的第一材料，第一材料包括第一区域和第二区域，第一区域具有非单晶结构，第二区域包括具有单晶结构的第三区域。

正极活性材料本体在高电压循环的过程中，其表面会与电解液发生反应而逐步相变、开裂而失效。因此，要实现正极活性材料在高电压的应用，需要对其表面进行修饰。包覆层的作用是阻挡电解液与本体材料表面的副反应，于此同时确保Li离子的正常导通和迁移。本申请的发明人发现，在一般包覆层的基础上，通过对包覆层的物质组成、结构进行设计，可以进一步增强包覆层的作用，甚至可以形成功能化的包覆，带来额外的有益效果。本申请通过设计包覆层具有两种不同类型的晶体结构，并将它们进行有机的结合，实现了 1+12的效果。

本申请中位于基体表面的第一材料包括第一区域以及第二区域，第一区域具有非单晶结构，第二区域包括具有单晶结构的第三区域。第一区域中的非单晶物质，使得结构具有各向同性，并且有利于离子的迁移，同时内部会存在丰富的界面，有利于电子的阻隔，减少该位点副反应的发生。第三区域中的单晶结构物质，具有更加致密的结构，结构稳定性较好，能够避免在高电压下的开裂。通过单晶区域与非单晶区域的组合，可以实现如下优点，一方面，单晶结构单一，可以让离子稳定有序脱出和嵌入，降低非均匀脱嵌的程度；但在脱嵌速率明显变化的时候，非单晶区域可以作为辅助通道，支持部分离子快速通过，以适应倍率的变化。另一方面，材料在脱嵌锂的过程存在体积的变化，单晶存在应变方向性，一些方向的可变程度明显大于另一些方向，多晶则无明显方向性，将其结合后可以适应不同方向及不同程度的变化，降低损坏的可能性。

根据本申请的一些实施方式，第一区域和第二区域分别位于基体的表面。

根据本申请的一些实施方式，第二区域位于基体与第一区域之间。

根据本申请的一些实施方式，第一区域以离散的颗粒形态分布。

根据本申请的一些实施方式，第二区域以层状形态覆盖基体的至少部分表面。

根据本申请的一些实施方式，第二区域在基体表面的平均覆盖度为10％至70％。

根据本申请的一些实施方式，第二区域在基体表面的平均覆盖度为19％至45％。