【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池，特别涉及一种阴极极片及其制备方法、电极组件、电池和用电设备。
技术介绍
1、随着便携式电子设备、电动汽车等的迅猛增长，对动力电池的需求也不断增长。而其中，电池的电化学性能也越来越受到人们的关注。
2、层状正极材料中由于存在锂元素与金属元素的混排，导致材料的整体寿命都较差，例如，镍含量的增多造成更多锂镍混排，降低电池循环寿命。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的是提供一种阴极极片，旨在提高电池的循环寿命。
2、为实现上述目的，本专利技术提出的一种阴极极片，所述阴极极片包括集流体及设置在所述集流体的涂层，所述涂层包括正极活性材料，所述正极活性材料包括层状含锂金属氧化物，所述层状含锂金属氧化物中包括比锂离子半径大的其他阳离子，所述阴极极片的电阻r满足：0.05mω≤r≤20mω。
3、可选地，所述阴极极片的电阻r满足：0.1mω≤r≤3mω。
4、为了避免阴极极片电阻较大，离子传输困难，倍率性能和循环性能下降，因此，阴极极片的电阻r满足：0.1mω≤r≤3mω。
5、可选地，定义所述涂层中所述层状含锂金属氧化物占所述正极活性材料的质量比为s，则满足0＜s≤100％
6、随着大半径阳离子构成的层状含锂金属氧化物在阴极极片涂层中的含量的增加，涂层中正极材料间不同离子交换的能垒也会增强，锂离子的脱嵌能力在一定程度上被弱化，膜片电阻随即增加，也即，s增加，阴极极片电阻也会增加，为了调控阴极极片的电阻大
7、同时，层状含锂金属氧化物占正极活性材料的质量比为s，s越大，阴极极片的层级能垒越强，结构稳定性越高，抗压性越强，阴极极片可以实现更高的压密上限。也即，压实密度和s成正比例关系，压实密度越大，则需要的层状含锂金属氧化物正极材料的添加量越多，压实密度越大说明材料间隙变小，为了扩展间隙，所以需要更多的比锂半径大的其他阳离子来支撑材料层。
8、可选地，10％＜s＜90％，可选为10％＜s＜40％。
9、随着大半径阳离子构成的层状含锂金属氧化物在阴极极片涂层中的添加量增加，正极材料间不同离子交换的能垒越强，锂离子的脱嵌能力在一定程度上被弱化，阴极极片电阻会增加，s为10％＜s＜90％，可保证阴极极片电阻范围落在0.05mω-20mω之间，可选地，10％＜s＜40％。
10、可选地，所述层状含锂金属氧化物的dv50为1μm-10μm。
11、层状含锂金属氧化物的平均粒径会影响离子的扩散速率，从而影响阴极极片电阻值，可以理解的是，一次颗粒大小决定了正极材料的颗粒大小，一次颗粒粒径越小，锂离子的扩散距离越小，在相同导电剂含量条件下阴极极片电阻也越小。本申请中层状含锂金属氧化物的dv50为1μm-10μm，上述1μm-10μm中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm等。
12、可选地，所述涂层中还包括导电剂，所述导电剂的含量占所述涂层总质量的1％-20％。
13、涂层中导电剂的含量会影响阴极极片电阻值，导电剂含量增加，电阻值下降，本申请中，涂层中导电剂的含量占涂层总质量的1％-20％，上述1％-20％中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及1％、2％、5％、7％、10％、11％、12％、15％、17％、20％等。
14、可选地，所述导电剂的含量占所述涂层总质量的1％-10％。
15、上述1％-10％中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及1％、2％、5％、7％、10％等。
16、可选地，所述导电剂包括超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。
17、可以理解的是，导电剂包括超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。
18、可选地，所述涂层中还包括粘结剂，所述粘结剂占所述涂层总质量的1％-8％。
19、涂层中粘结剂占涂层总质量的1％-8％，上述1％-8％中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％等。
20、可选地，所述涂层中正极活性材料占所述涂层总质量的85％-98％。
21、涂层中正极活性材料占涂层总质量的85％-98％，上述85％-98％中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％等。
22、可选地，所述层状含锂金属氧化物包括层状含锂过渡金属氧化物；和/或
23、所述其他阳离子的离子半径大于76pm，可选为所述其他阳离子的离子半径大于84pm，小于100pm。
24、层状含锂金属氧化物包括层状含锂过渡金属氧化物，层状含锂过渡金属氧化物中的过渡金属相比其他金属，更易与锂发生混排，采用在层状含锂过渡金属氧化物中包括比锂离子半径大的其他阳离子，可有效提高层状结构稳定性。
25、锂离子半径为76pm，大于76pm的阳离子能有效在层状材料中形成支撑作用，提升层状结构稳定性进而提高循环性能。并且，大于76pm的阳离子能够在层状材料中，增强不同离子交换的能垒，锂离子的脱嵌能力在一定程度上被弱化，膜片电阻增加，也即，通过在涂层中添加大半径阳离子构成的层状含锂金属氧化物，可以提高极片的电阻，减小析锂现象。
26、其他阳离子的离子半径大于84pm，小于100pm，其他阳离子的离子半径在84pm-100pm范围，以保证其他阳离子有效嵌入层状结构中，可以在层状材料起到支撑作用，增强混排能垒，提高极片的电阻，减小析锂现象。
27、可选地，定义所述层状含锂金属氧化物结构中，所述锂离子所在的位置为锂位，所述其他阳离子在所述层状含锂金属氧化物结构中占据至少部分所述锂位。
28、在层状含锂金属氧化物结构中，各元素有各自的排列位置，定义层状含锂金属氧化物结构中，锂离子所在的位置为锂位，其他阳离子在层状含锂金属氧化物结构中占据至少部分锂位。为了减少锂离子与金属离子的混排，将层状正极材料的部分锂位替换成离子半径更大的其他阳离子，并且其他阳离子半径大，占据锂位稳定，难以进一步出现混排的现象，如此，提高层状结构的稳定性，并且，其他阳离子取代锂位能有效降低锂镍混排的问题。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种阴极极片，其特征在于，所述阴极极片包括集流体及设置在所述集流体的涂层，所述涂层包括正极活性材料，所述正极活性材料包括层状含锂金属氧化物，所述层状含锂金属氧化物中包括比锂离子半径大的其他阳离子，所述阴极极片的电阻R满足：0.05mΩ≤R≤20mΩ。
2.如权利要求1所述的阴极极片，其特征在于，所述阴极极片的电阻R满足：0.1mΩ≤R≤3mΩ。
3.如权利要求1或2所述的阴极极片，其特征在于，所述层状含锂金属氧化物占所述正极活性材料的质量比S满足0＜S≤100％。
4.如权利要求3所述的阴极极片，其特征在于，10％＜S＜90％，可选为10％＜S＜40％。
5.如权利要求1至4中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述层状含锂金属氧化物的Dv50为1μm-10μm。
6.如权利要求1至5中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述涂层中还包括导电剂，所述导电剂的含量占所述涂层总质量的1％-20％。
7.如权利要求6所述的阴极极片，其特征在于，所述导电剂的含量占所述涂层总质量的1％-10％。
8.如权利
9.如权利要求1至8中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述涂层中还包括粘结剂，所述粘结剂占所述涂层总质量的1％-8％。
10.如权利要求1至9中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述涂层中正极活性材料占所述涂层总质量的85％-98％。
11.如权利要求1至10中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述层状含锂金属氧化物包括层状含锂过渡金属氧化物；和/或
12.如权利要求1至11中任一项所述的阴极极片，其特征在于，定义所述层状含锂金属氧化物结构中，所述锂离子所在的位置为锂位，所述其他阳离子在所述层状含锂金属氧化物结构中占据至少部分所述锂位。
13.如权利要求1至12中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述其他阳离子元素包括除锂元素以外的碱金属元素、碱土金属元素、非金属元素中的至少一种。
14.如权利要求1至13中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述碱金属元素包括Na、K、Rb、Cs中的至少一种；
15.如权利要求1至14中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述层状含锂金属氧化物的通式为LixY(2-x)NiaCobMncM(1-a-b-c)O2，Y代表所述其他阳离子，M包括Mg、Zr、Al、B、Ta、Mo、W、Nb、Sb、La中的至少一种；其中，0.3≤a<1.0，0<b<0.5，0≤c≤0.2，a+b+c≤1，0<x<2。
16.如权利要求15所述的阴极极片，其特征在于，0.6≤a<1.0，0.3<b<0.5。
17.如权利要求15或16所述的阴极极片，其特征在于，0<x<1。
18.如权利要求15至17中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述正极活性材料包括层状含锂金属氧化物和除所述层状含锂金属氧化物以外的其他正极活性材料，定义所述层状含锂金属氧化物的通式为LixY(2-x)NiaCobMncM(1-a-b-c)O2，分子质量为m，所述其他正极活性材料的通式为LixNiaCobMncM(1-a-b-c)O2，分子质量为n；
19.如权利要求18所述的阴极极片，其特征在于，0.1＜(A×m)/{(A×m)+(B×n)}＜0.9，可选为0.1＜(A×m)/{(A×m)+(B×n)}＜0.4。
20.如权利要求1至19中任一项所述的阴极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
21.如权利要求20所述的阴极极片的制备方法，其特征在于，在将所述正极活性材料、粘结剂、导电剂、溶剂混合，得到浆料的步骤中，所述导电剂的含量占所述正极活性材料、所述粘结剂、所述导电剂总含量的1％-20％。
22.如权利要求20或21所述的阴极极片的制备方法，其特征在于，在将所述正极活性材料、粘结剂、导电剂、溶剂混合，得到浆料的步骤中，所述正极活性材料的含量占所述正极活性材料、所述粘结剂、所述导电剂总含量的85％-98％。
23.如权利要求22所述的阴极极片的制备方法，其特征在于，在准备正极活性材料，所述正极活性材料包括层状含锂金属氧化物，所述层状含锂金属氧化物中包括比锂离子半径大的其他阳离子的步骤中，所述层状含锂金属氧化物占所述正极活性材料的质量比S满足0＜S≤100％。
24.如权利要求23所述...
【技术特征摘要】
1.一种阴极极片，其特征在于，所述阴极极片包括集流体及设置在所述集流体的涂层，所述涂层包括正极活性材料，所述正极活性材料包括层状含锂金属氧化物，所述层状含锂金属氧化物中包括比锂离子半径大的其他阳离子，所述阴极极片的电阻r满足：0.05mω≤r≤20mω。
2.如权利要求1所述的阴极极片，其特征在于，所述阴极极片的电阻r满足：0.1mω≤r≤3mω。
3.如权利要求1或2所述的阴极极片，其特征在于，所述层状含锂金属氧化物占所述正极活性材料的质量比s满足0＜s≤100％。
4.如权利要求3所述的阴极极片，其特征在于，10％＜s＜90％，可选为10％＜s＜40％。
5.如权利要求1至4中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述层状含锂金属氧化物的dv50为1μm-10μm。
6.如权利要求1至5中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述涂层中还包括导电剂，所述导电剂的含量占所述涂层总质量的1％-20％。
7.如权利要求6所述的阴极极片，其特征在于，所述导电剂的含量占所述涂层总质量的1％-10％。
8.如权利要求6或7所述的阴极极片，其特征在于，所述导电剂包括超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。
9.如权利要求1至8中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述涂层中还包括粘结剂，所述粘结剂占所述涂层总质量的1％-8％。
10.如权利要求1至9中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述涂层中正极活性材料占所述涂层总质量的85％-98％。
11.如权利要求1至10中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述层状含锂金属氧化物包括层状含锂过渡金属氧化物；和/或
12.如权利要求1至11中任一项所述的阴极极片，其特征在于，定义所述层状含锂金属氧化物结构中，所述锂离子所在的位置为锂位，所述其他阳离子在所述层状含锂金属氧化物结构中占据至少部分所述锂位。
13.如权利要求1至12中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述其他阳离子元素包括除锂元素以外的碱金属元素、碱土金属元素、非金属元素中的至少一种。
14.如权利要求1至13中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述碱金属元素包括na、k、rb、cs中的至少一种；
15.如权利要求1至14中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述层状含锂金属氧化物的通式为lixy(2-x)niacobmncm(1-a-b-c)o2，y代表所述其他阳离子，m包括mg、zr、al、b、ta、mo、w、nb、sb、la中的至少一种；其中，0.3≤a<1.0，0<b<0.5，0≤c≤0.2，a+b+c≤1，0<x<2。
16.如权利要求15所述的阴极极片，其特征在于，0.6≤a<1.0，0.3<b<0.5。
17.如权利要求15或16所述的阴极极片，其特征在于，0<x<1。
18.如权利要求15至17中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述正极活性材料包括层状含锂金属氧化物和除所述层状含锂金属氧化物以外的其他正极活性材料，定义所述层状含锂金属氧化物的通式为lixy(2-x)niacobmncm(1-a-b-c)o2，分子质量为m，所述其他正极活性材料的通式为lixniacobmncm(1-a-b-c)o2，分子质量为n；
19.如权利要求18所述的阴极极片，其特征在于，0.1＜(a×m)/{(a×m)+(b×n)}＜0.9，可选为0.1＜(a×m)/...
【专利技术属性】
技术研发人员：傅寒立，李振华，朱嘉哲，杨子钰，李星，牛少军，金海族，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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