本发明涉及电化学,具体涉及一种正极极片及包含其的电化学装置、用电装置。
背景技术:
1、近年来,随着电动汽车和储能系统的迅速发展,对高性能、高安全性能的动力电池材料的需求也越来越迫切。磷酸铁锂(lfp)正极材料因其安全性高、成本低廉、循环寿命长等优点,得到了广泛关注和应用。然而,传统的lfp材料在能量密度方面存在一定局限,为了克服传统lfp材料的这些限制,磷酸锰铁锂(lmfp)相较磷酸铁锂,具有高电压、高能量密度,成为了一种备受关注的替代品。
2、相较于lfp,lmfp的扩散系数更低,快充性能较差。因此,对于lmfp来说,需要更小的颗粒粒径,从而减少锂离子在正极活性物质颗粒内部的扩散路径,以便高效脱嵌,有助于提高电子传导性,从而改善快充性能。然而,lmfp粒径较小时,与电解液的反应表面过多,导致电解液副反应严重,并且对于小粒径的lmfp颗粒,需要增加粘结剂的使用量,从而导致电池面密度下降,限制了能量密度的提高。
3、有现有技术报道,采用含有多个小粒径一次颗粒的lmfp团聚体,能够降低粘结剂的使用量,提高能量密度。但是lmfp团聚体的使用又限制了极片的压实密度的提高,在较高压实的加工过程中材料内部可能产生破碎,电化学性能劣化。并且,团聚体也会导致材料的体相传输能力劣化,动力学性能特别是快充性能下降。
4、因此,需要开发出一种兼具良好快充性能和能量密度的正极极片。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种正极极片及包含其的电化学装置、用电装置,所述的正极极片采用lmfp材料体系,通过调控lmfp团聚体与lmfp/lfp纳米级粒径颗粒的粒径分布,以及材料的锰含量,使得正极极片兼具优异的快充性能和能量密度。
2、为实现上述目的,在本发明的第一方面,本发明提供了一种正极极片,所述正极极片包括正极集流体和设置于所述正极集流体至少一个表面上的正极活性材料层,所述正极活性材料层包含正极活性材料,所述正极活性材料包括粒径为4~20μm的第一活性材料和粒径为200~600nm的第二活性材料;
3、所述第一活性材料包括磷酸锰铁锂(lmfp),按所述第一活性材料中除锂以外的金属元素的总摩尔数计,第一活性材料中锰元素的摩尔百分含量为m%;
4、所述第二活性材料包括磷酸锰铁锂和/或磷酸铁锂(lfp),按所述第二活性材料中除锂以外的金属元素的总摩尔数计,第二活性材料中锰元素的摩尔百分含量为n%;
5、所述m与所述n满足如下关系式:15≤m-n≤85。
6、作为本发明的优选实施方案,所述m与所述n满足如下关系式:40≤m-n≤70。
7、作为本发明的优选实施方案,所述m与所述n满足如下关系式:0.10≤n/m≤0.85。
8、作为本发明的进一步优选实施方案,所述m与所述n满足如下关系式:0.18≤n/m≤0.45。
9、作为本发明的优选实施方案,所述m%为70~95%。
10、作为本发明的优选实施方案,所述n%为0~60%。
11、作为本发明的优选实施方案,所述第一活性材料包括由一次颗粒形成的二次颗粒,所述一次颗粒的直径为20~130nm。
12、作为本发明的优选实施方案,所述正极活性材料中锰元素与铁元素的摩尔比(mn/fe)为1~4。
13、作为本发明的优选实施方案,所述正极极片满足如下关系式:5≤(a×b)/c≤60;
14、所述a为m-n的值;
15、所述b为正极活性材料中锰元素与铁元素的摩尔比;
16、所述c为正极极片的xrd图谱中(101)晶面与(020)晶面衍射峰的峰强比。
17、作为本发明的优选实施方案,所述c的范围是0.75~1.13。在本发明的第二方面,本发明提供了一种电化学装置,包含上述所述的正极极片。
18、在本发明的第三方面,本发明提供了一种用电装置,包含上述所述的电化学装置。
19、本发明的有益效果在于:
20、本发明提供了一种正极极片、包含该正极极片的电化学装置和用电装置。本发明的正极极片主要采用lmfp材料体系,通过控制正极活性材料中lmfp/lfp团聚体与纳米级粒径颗粒的粒径分布,以及lmfp/lfp的锰含量关系,使得正极极片兼具优异的快充性能和能量密度。
1.一种正极极片,所述正极极片包括正极集流体和设置于所述正极集流体至少一个表面上的正极活性材料层,所述正极活性材料层包含正极活性材料,其特征在于,所述正极活性材料包括粒径为4~20μm的第一活性材料和粒径为200~600nm的第二活性材料;
2.根据权利要求1所述正极极片,其特征在于,所述m与所述n满足如下关系式:40≤m-n≤70。
3.根据权利要求1或2所述正极极片,其特征在于,所述m与所述n满足如下关系式:0.10≤n/m≤0.85。
4.根据权利要求3所述正极极片,其特征在于,所述m与所述n满足如下关系式:0.18≤n/m≤0.45。
5.根据权利要求1所述正极极片,其特征在于,所述m%为70~95%。
6.根据权利要求1所述正极极片,其特征在于,所述n%为0~60%。
7.根据权利要求1所述正极极片,其特征在于,所述第一活性材料包括由一次颗粒形成的二次颗粒,所述一次颗粒的平均直径为20~130nm。
8.根据权利要求1所述正极极片,其特征在于,所述正极活性材料中锰元素与铁元素的摩尔比为1~4。
9.根据权利要求1所述正极极片,其特征在于,所述正极极片满足如下关系式:5≤(a×b)/c≤60;
10.根据权利要求9所述正极极片,其特征在于,所述c的范围是0.75~1.13。
11.一种电化学装置,其特征在于,包含权利要求1~10中任一项所述的正极极片。
12.一种用电装置,其特征在于,包含权利要求11所述的电化学装置。