电池单体、电池装置、用电装置和复合正极活性材料的制备方法与流程

本技术涉及电池，具体涉及一种电池单体、电池装置、用电装置和复合正极活性材料的制备方法。

背景技术：

1、电池在实际作业时，一些体系例如三元正极活性材料等在高压条件下会加速晶格释氧，由此导致过渡金属溶出及晶型转变；此外过度脱锂也会导致结构坍塌，晶体结构受到应力增加并出现晶间及晶内的裂隙；高电压也会加剧电解液与正极材料间副反应；以上问题会影响电池在高电压下循环性能。

2、因此，开发一种在高电压下具有优异循环性能的电池单体是至关重要的。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本技术提供一种电池单体、电池装置、用电装置和复合正极活性材料的制备方法，所述电池单体在高电压下具有优异循环性能。

2、第一方面，本技术提供了一种电池单体，所述电池单体包括正极极片；

3、所述正极极片包括正极集流体以及设置于所述正极集流体至少一个表面的正极膜层；

4、所述正极膜层包括复合正极活性材料；所述复合正极活性材料由内至外依次包括核层和壳层；

5、所述核层包括正极活性材料；

6、所述壳层沿着远离所述核层的方向依次包括第一壳层、第二壳层和第三壳层；

7、所述第一壳层具有岩盐相结构；

8、所述第二壳层包括硫酸盐和/或亚硫酸盐；

9、所述第三壳层包括硫单质。

10、本技术实施方式的技术方案中，以上述复合正极活性材料形成正极极片，利于提升电池单体在高压下的循环性能。具体地，第一壳层基本不会脱嵌活性离子，在高压下具有应变小和机械强度高的特点，可以改善电池单体在高压下的循环性能。第二壳层具有热力学性能稳定和电导率高的优势；第三壳层在高压下循环过程中，可以氧化形成亚硫酸盐或者硫酸盐，具有良好的活性离子输运能力，迁移至负极表面或留存于正极表面，均可抑制循环过程动力学恶化，而且硫单质的非极性特性使其具有疏水效果，可以提高复合正极活性材料的耐湿性，减少水分对于电池单体性能的不利影响，提升电池单体在高压下的循环性能；因此，本技术的正极活性材料通过上述三层结构的互相配合，可以整体减少了活性离子脱嵌过程中材料内部的晶格膨胀以及抑制正极活性材料中过渡金属的溶出，可以提升电池单体在高压下的循环性能。除此之外，上述结构的复合正极活性材料相对于不设置第一壳层、第二壳层或第三壳层的正极活性材料，可以降低材料表面的碱性，改善凝胶现象，进一步优化电池单体的循环性能尤其是在高压下的循环性能。

11、在一些实施方式中，所述正极活性材料包括三元正极材料；

12、所述三元正极材料的结构式为linixcoyn1-x-yo2，其中，n包括mn、al、b、mo、zr、ta、w、nb、la、sb中的至少一种，0.35≤x＜1，0≤y＜0.35，0≤1-x-y＜0.35。

13、在一些实施方式中，三元正极材料属于适用性较广的活性材料，以其作为核层，配合壳层，形成的电池单体在满足基本电化学性能的基础上，还在高压下具有优异的循环性能。

14、在一些实施方式中，所述第一壳层包括岩盐相结构的材料；

15、所述岩盐相结构的材料的化学式为niacobn1-a-bo1.5，其中，n包括mn、al、b、mo、zr、ta、w、nb、la、sb中的至少一种，0.35≤a≤1，0≤b＜0.35，0≤1-a-b＜0.35。

16、本技术实施方式的技术方案中，岩盐相结构是一种典型的立方晶系结构，岩盐相结构的第一壳层具有高结构稳定性和良好的离子传输性能，可以提高电池单体的循环性能，尤其是在高压下的循环性能。

17、在一些实施方式中，所述第一壳层的厚度为3～6nm。

18、本技术实施方式的技术方案中，第一壳层的厚度在上述范围内，在结构稳定性优异的基础上，活性离子的传输通道也适当，对电池的内阻影响较小，即，第一壳层的厚度在上述范围内在提高电池单体的循环性能的基础上，对电池单体电化学性能的不利影响较小，使得电池单体的综合性能较好。

19、在一些实施方式中，以所述复合正极活性材料的质量为100％计，所述第二壳层的质量含量为0.25％～0.7％。

20、本技术实施方式的技术方案中，第二壳层的质量含量在上述范围内，其与核层、第一壳层或第三壳层的相互配合良好，可以优化电池单体在高压下的循环性能。

21、在一些实施方式中，所述正极活性材料中，0.7≤x＜0.8，以所述复合正极活性材料的质量为100％计，所述第二壳层的质量含量为0.25％～0.5％；和/或；

22、所述正极活性材料中，0.8≤x＜0.9，以所述复合正极活性材料的质量为100％计，所述第二壳层的质量含量为0.35％～0.6％；和/或；

23、所述正极活性材料中，0.9≤x＜1，以所述复合正极活性材料的质量为100％计，所述第二壳层的质量含量为0.45％～0.7％。

24、本技术实施方式的技术方案中，ni元素含量不同的三元正极材料的质量含量各自在上述范围内，不同的三元正极材料在复合正极活性材料的质量含量在不同的范围内，核层和第二壳层可以更好地配合，进一步优化了电池单体在高压下的循环性能。

25、在一些实施方式中，以所述复合正极活性材料的质量为100％计，所述第三壳层的质量含量为0.02％～0.2％。

26、本技术实施方式的技术方案中，第三壳层的质量含量在上述范围内，其与核层、第一壳层或第二壳层的相互配合良好，可以优化电池单体在高压下的循环性能。

27、在一些实施方式中，所述复合正极活性材料的平均粒径为2～4μm。

28、本技术实施方式的技术方案中，复合正极活性材料的平均粒径在上述范围内，可以平衡降低阻抗和减少与电解液副反应的关系，电池单体的综合性能，例如循环性能尤其是高压下的循环性能较好。

29、在一些实施方式中，所述复合正极活性材料的比表面积为0.8～1.5m2/g。

30、本技术实施方式的技术方案中，复合正极活性材料的比表面积在上述范围内，利于与电解质的接触，减少材料表面阻抗的提升，可以优化电池单体的综合性能如循环性能尤其是高压下的循环性能。

31、在一些实施方式中，以所述复合正极活性材料的质量为100％计，硫元素的质量含量为0.01％～0.5％。

32、本技术实施方式的技术方案中，复合正极活性材料中的硫元素的质量含量在上述范围内，有利于提升电池单体的动力学性能，改善其循环性能，尤其是高压下的循环性能。

33、第二方面，本技术提供一种复合正极活性材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

34、将正极活性材料和硫单质混合，减压升华，得到所述复合正极活性材料；

35、所述复合正极活性材料由内至外依次包括核层和壳层；

36、所述核层包括正极活性材料；

37、所述壳层沿着远离所述核层的方向依次包括第一壳层、第二壳层和第三壳层；

38、所述第一壳层具有岩盐相结构；

39、所述第二壳层包括硫酸锂和/或亚硫酸锂；

40、所述第三壳层包括硫单质。

41、在一些实施方式中，所述减压升华的温度为60～100℃；和/或；

42、所述减压升华的时间为0.1-1h。

43、第三方面，本技术提供一种电池装置，所述电池装置包括多个根据第一方面所述的电池单体。

44、第四方面，本技术提供一种用电装置，所述用电装置包括第一方面所述的电池单体，或，第二方面所述的制备方法得到的复合正极活性材料，或，第四方面所述的电池装置。

45、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。