[发明专利]电化学装置用正极活性物质组合物和正极以及电化学装置

说明书

技术领域

本公开涉及用于电化学装置的正极活性物质组合物、正极和电化学装置。

背景技术

锂可再充电电池作为小型便携式电子设备的电源已引人关注。因为它们使用有机电解液，所以它们具有为使用碱性水溶液的常规电池约两倍的放电电压，因此具有高能量密度。

作为用于可再充电锂电池的正极活性物质，人们已对能够嵌入锂的锂-过渡元素复合氧化物，如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)等进行了研究。负极活性物质可包括各种形式的能够嵌入/解嵌锂的含碳材料，如人造或天然石墨和硬碳。然而，考虑到稳定性，目前正在研究非碳类负极活性物质如Si。

发明内容

本发明一个实施方式提供了一种具有优异的高倍率和循环寿命特性的用于电化学装置的正极活性物质组合物。

本发明另一个实施方式提供了一种用所述组合物制造的用于电化学装置的正极。

本发明另一个实施方式提供了一种包括用所述组合物制造的正极的电化学装置。

根据一个实施方式，一种用于电化学装置的正极活性物质组合物包括：碳类添加剂，所述碳类添加剂包括在表面上的羟基(-OH)和烯醇基(-C＝C-OH)，具有在约0.5至约10范围内的傅立叶红外光谱法(FT-IR)光谱的羟基峰面积和烯醇基峰面积的峰面积比(OH/C＝COH)，具有约50m²/g至约3000m²/g的比表面积，且具有含量小于约15wt％的含氧异类元素(oxygen-containing heterogeneous element)；正极活性物质；导电材料；和粘结剂。

根据另一个实施方式，一种用于电化学装置的正极包括集流体；以及形成在所述集流体上并包括所述正极活性物质组合物的正极活性物质层。

根据本发明的另一实施方式，一种电化学装置包括所述正极。

所述电化学装置可为可再充电锂电池或电容器。

根据本公开一个实施方式制备的正极活性物质组合物提供了具有优异的高倍率和循环寿命特性的电化学装置。

附图说明

图1为根据一个实施方式的可再充电锂电池的代表性结构的示意图。

具体实施方式

下文中将详细地描述示例性实施方式。然而，这些实施方式仅是实例，且本发明实施方式不限于此。

根据一个实施方式的正极活性物质组合物包括碳类添加剂、正极活性物质、导电材料和粘结剂。

碳类添加剂包括键合在表面上的羟基(-OH)和烯醇基(-C＝C-OH)，且红外光谱法(FT-IR)光谱的羟基峰面积和烯醇基峰面积的峰面积比(OH/C＝COH)为约0.5至约10。羟基峰面积和烯醇基峰面积的峰面积比(OH/C＝COH)为约0.5至约8。当与碳类添加剂成键的羟基和烯醇基的峰面积比为约0.5至约10时，碳类添加剂的比表面积增加，且离子的吸附和解吸速度会提高，因此可改进高倍率充电/放电特性，并减少与电解液的反应以改进循环寿命特性。本文中，峰面积是指积分面积。

烯醇基是烯醇中引入的基团-C＝C-OH，烯醇又称作链烯醇(alkenol)，是包括羟基的烯烃。

除羟基(-OH)和烯醇基(-C＝C-OH)外，与碳类添加剂表面成键的官能团包括羰基(-C(＝O)-)、醌基(＝O)、羧酸酐基(-C(＝O)-O-C(＝O)-)和内酯基(-C(＝O)-O-)。

在这些官能团中，烯醇基(-C＝C-OH)是具有低pKa值的官能团，如强酸性官能团。随着越来越多的酸性官能团与碳类添加剂表面成键，官能团的活性变得更高。因此，在充电/放电反应进行的同时，因锂离子攻击导致更多副反应发生，并促进电解液分解反应。因此，更多的气体从电解液分解反应中产生并会出现自放电，这会导致循环寿命特性变差。

为了解决此问题，根据一个实施方式的用于正极活性物质组合物的碳类添加剂通过控制羟基峰面积和烯醇基峰面积的峰面积比(OH/C＝COH)为约10来使电解液分解反应引起的副反应最少。当峰面积比(OH/C＝COH)超过10时，会促进电解液分解反应。