[发明专利]一种锂过渡金属复合氧化物、电化学装置和电子装置

说明书

本申请提供一种锂过渡金属复合氧化物、电化学装置和电子装置，锂过渡金属复合氧化物具有孪晶结构，孪晶结构包括第一晶区和第二晶区，第一晶区和第二晶区之间具有晶界，第一晶区包括距离晶界20nm以内的第一区域，第二晶区包括距离晶界20nm以内的第二区域，第一区域中的过渡金属层和第二区域中的过渡金属层之间的夹角为65°至80°。通过调控第一区域和第二区域过渡金属层之间的夹角为65°至80°，能够提高孪晶结构的稳定性，从而提高电化学装置在高电压下的循环性能。

技术领域

本申请涉及电化学技术领域，特别是涉及一种锂过渡金属复合氧化物、电化学装置和电子装置。

背景技术

锂离子电池具有储能密度大、开路电压高、自放电率低、循环寿命长、安全性好等优点，广泛应用于便携式电能储存、电子设备、电动汽车等各个领域。但也对锂离子电池的综合性能提出更高的要求，例如在高电压(例如大于4.2V)下具有良好的循环性能等。

发明内容

本申请的目的在于提供一种锂过渡金属复合氧化物、电化学装置和电子装置，以提高电化学装置在高电压下的循环性能。

本申请的第一方面提供了一种锂过渡金属复合氧化物，其中，锂过渡金属复合氧化物具有孪晶结构，孪晶结构包括第一晶区和第二晶区，第一晶区和第二晶区之间具有晶界，第一晶区包括距离晶界20nm以内的第一区域，第二晶区包括距离晶界20nm以内的第二区域，第一区域中的过渡金属层和第二区域中的过渡金属层之间的夹角为65°至80°。通过调控第一区域和第二区域过渡金属层之间的夹角为65°至80°，能够降低充放电过程中第一晶区和第二晶区之间的应力和应变，提高孪晶结构的稳定性，进而提高电化学装置在高电压下的循环性能。

在本申请的一些实施方案中，第一区域中的过渡金属层包括Co、Mn或Ni中的至少一种。在本申请的一些实施方案中，第二区域中的过渡金属层包括Co、Mn或Ni中的至少一种。第一区域和第二区域的主体都是包含Co/Ni/Mn的层状氧化物材料，它们之间在高温的作用下会相互融合并生长形成孪晶界；第一区域和第二区域包括上述过渡金属元素，并且均呈现层状结构，两者之间通过孪晶的方式连接，是一种能量最低的连接方式，有利于结构的稳定性。

在本申请的一些实施方案中，晶界包含元素A，元素A包括Mg、Al、Ti、Zr、La、Nb、Hf、Zn、Y或F中的至少一种。通过包含上述元素A，能够修饰第一晶区和第二晶区之间的晶界，提高晶界结构的稳定性，从而降低孪晶结构开裂的风险。

在本申请的一些实施方案中，第一区域包括距离晶界10nm以内的第三区域和距离晶界10nm至20nm的第四区域，基于第三区域中Co、Mn和Ni的摩尔总数，第三区域中元素A的摩尔百分含量为X；基于第四区域中Co、Mn和Ni的摩尔总数，第四区域中元素A的摩尔百分含量为Y，满足：X/Y≥2。此时，更有利于提高第一晶区中靠近晶界处的结构稳定性，降低孪晶结构开裂的风险，从而提高锂过渡金属复合氧化物在高电压下的结构稳定性。

在本申请的一些实施方案中，X为0.2％至2.5％。此时，能够更好地保证第一晶区中靠近晶界处的结构稳定性。

在本申请的一些实施方案中，在锂过渡金属复合氧化物的截面中，基于截面的面积，第二晶区的面积占比为30％至60％。通过调控第二晶区的面积占比在上述范围内，有利于改善电化学装置的倍率性能和循环性能。

在本申请的一些实施方案中，锂过渡金属复合氧化物包括基体和位于基体表面的第一层，第一层包括金属氟化物。第一层包括金属氟化物时，可以抑制基体表面与电解液发生副反应，提高锂过渡金属复合氧化物表面结构的稳定性，从而提高电化学装置的循环性能。