[发明专利]一种正极极片及包含该正极极片的电化学装置和电子装置

说明书

本申请提供了一种正极极片及包含该正极极片的电化学装置和电子装置，其中正极极片包含正极活性材料层，正极活性材料层表面的元素含量分布满足：锰元素与氟元素之间的摩尔比α为10至80。本申请的正极极片能够抑制电化学装置中氟化氢的生成，减少氟化氢与含锰正极活性材料发生反应，从而减少高温环境下正极活性材料中锰的溶出，进而减少电化学装置在高温环境下的容量衰减，达到提高电化学装置在高温环境下的稳定性、延长电化学装置高温下使用寿命的效果。

技术领域

本申请涉及电化学技术领域，特别是涉及一种正极极片及包含该正极极片的电化学装置和电子装置。

背景技术

锂离子电池具有比能量大、工作电压高、自放电率低、体积小、重量轻等特点，广泛应用于电能储存、便携式电子设备和电动汽车供电等各个领域。随着锂离子电池的使用范围不断扩大，市场对锂离子电池提出了更高的要求，例如，要求锂离子电池在高温环境下也能稳定。

但是目前的锂离子电池在高温下比容量衰减比较严重，这是由于高温促使锂离子电池内部副反应的发生，导致电极活性材料结构被破坏，影响了锂离子电池的稳定性和使用寿命。因此亟需一种在高温下也具有长时间使用寿命的锂离子电池。

发明内容

本申请的目的在于提供一种正极极片及包含该正极极片的电化学装置和电子装置，以提高电化学装置在高温环境下的稳定性。

需要说明的是，本申请的以下内容中，以锂离子电池作为电化学装置的例子来解释本申请，但是本申请的电化学装置并不仅限于锂离子电池。

本申请的第一方面提供了一种正极极片，其包含正极活性材料层，所述正极活性材料层表面的元素含量分布满足：锰元素与氟元素之间的摩尔比α为10至80。

发明人发现，在锂离子电池中，含锰正极活性材料(例如锰酸锂、镍钴锰酸锂)，在充放电过程中特别是在高温情况下(例如高于60℃)，比容量衰减比较严重。由于电解液中含有痕迹量的水分，水与电解液中LiPF₆反应形成HF，导致尖晶石歧化反应。Mn³⁺发生歧化反应后生成Mn⁴⁺和Mn²⁺，Mn²⁺容易溶解，在高温情况下加速溶解，造成含锰正极活性材料的结构被破坏。有鉴于此，本申请通过控制锰元素与氟元素之间的摩尔比α为12至80，在本申请的另一些实施方案中，α为10至40，能够更好地抑制电化学装置中氟化氢的生成，减少氟化氢与含锰正极活性材料发生反应，提高含锰正极活性材料的稳定性，从而减少高温环境下正极活性材料中锰的溶出，进而减少锂离子电池在高温环境下的容量衰减，使锂离子电池在高温条件下储存更加稳定，延长锂离子电池的寿命。

在本申请的一些实施方案中，正极活性材料层的厚度为H，则正极活性材料层中距离表面H/3至2H/3深度区域的锰元素与氟元素的摩尔比为β，β/α为0.35至1.25。

在本申请的另一些实施方案中，β/α为0.35至0.625。可以理解的是，正极活性材料层可设置于集流体的单面或双面，则将集流体单面的正极活性材料层的厚度记为H，则正极活性材料层中距离表面H/3至2H/3深度区域的锰元素与氟元素的摩尔比记为β。发明人发现，不限于任何理论，通过控制β与α之间的比值在上述范围内，使正极活性材料层内部的锰氟比低于表面的锰氟比，一方面能够改善电子阻隔，提高锂离子电池的循环性能，另一方面能够进一步抑制高电压的正极活性材料层内部氟化氢的生成，从而进一步提高含锰正极活性材料的稳定性。

在本申请的一些实施方案中，所述β范围为5至50。不限于任何理论，当β过低时(例如低于5)，正极活性材料层内部的锰氟比过低，不利于锂离子电池能量密度的提升；当β过高时(例如高于50)，正极活性材料层内部的锰氟比过高，难以有效抑制锂离子电池中氟化氢的生成。通过控制β在上述范围内，能够在提升锂离子电池能量密度的同时进一步抑制锂离子电池中氟化氢的生成。