正极材料组合物、正极、二次电池及用电装置的制作方法

本申请涉及电池，尤其涉及一种正极材料组合物、正极、二次电池及用电装置。

背景技术：

1、近年来，随着二次电池的应用范围越来越广泛，二次电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。由于二次电池取得了极大的发展，因此对其能量密度、循环性能等也提出了更高的要求。

2、锂离子电池在纯电动汽车中的广泛应用正在加速。但是相比于传统的燃油车，里程焦虑、充电时间长等问题成为阻碍电动汽车发展的主要问题。因此，快速充电(fastcharging)能力的提升成为电池厂商和整车厂普遍的发展目标。

技术实现思路

1、鉴于上述课题，本申请提供一种新型正极材料组合物、正极、二次电池及用电装置，下面分别描述。

2、在第一方面，本申请提供一种正极材料组合物，含有正极活性材料和介电材料颗粒；其中，所述介电材料颗粒的a值为50-200，其中

3、a＝[ε/(c/a)]

4、ε是介电材料颗粒的相对介电常数；

5、c是介电材料颗粒的晶胞的c轴长度，

6、a是介电材料颗粒的晶胞的a轴长度。

7、基于上述方案的正极材料组合物用于二次电池，二次电池表现出以下一项或多项改善的性能：提高的比容量，改善的首周库伦效率，降低的充电电阻，较长的循环寿命。

8、在上述方案中，介电材料颗粒的a值为50-200对于改善二次电池的性能是关键的，原因在于：二次电池(如锂离子电池)在大电流充放电过程中，正极膜中的阳离子会迁移到正极活性材料与电解液的界面处。由于正极活性材料的表面存在固体电解质界面膜(cei膜)，而且溶剂化的阳离子在cei膜的嵌入和脱出壁垒比较高，因此有一部分阳离子会堆积在界面处，导致浓差极化的发生。同时，cei膜的阻抗会导致阳离子在cei膜中的迁移速率变慢，从而会导致较高的放电dcr，降低电芯整体的功率输出。介电材料颗粒在受到电场激发时，材料中心的正负电荷中心会发生分离，从而在内部产生反电场，该反电场会在电解液、介电材料颗粒、正极活性材料的三相交界处形成三相界面，该三相界面较薄，会促使锂离子快速的嵌入和脱出。介电材料颗粒的a值为50-200，能够使溶剂化的锂离子在cei膜嵌入和脱出的速度显著增大。

9、在一些实施方案中，介电材料颗粒的相对介电常数为80至200。基于此方案，介电材料颗粒的介电常数与电解液的介电常数产生阻抗匹配效应，二次电池表现出以下一项或多项改善的性能：提高的比容量，改善的首周库伦效率，降低的充电电阻，较长的循环寿命。

10、在一些实施方案中，介电材料颗粒的晶胞的c轴长度为0.3nm-0.5nm。基于此方案，介电材料颗粒的介电常数与电解液的介电常数产生阻抗匹配效应，二次电池表现出以下一项或多项改善的性能：提高的比容量，改善的首周库伦效率，降低的充电电阻，较长的循环寿命。

11、在一些实施方案中，介电材料颗粒的晶胞的a轴长度为0.3nm-0.5nm。基于此方案，介电材料颗粒的介电常数与电解液的介电常数产生阻抗匹配效应，二次电池表现出以下一项或多项改善的性能：提高的比容量，改善的首周库伦效率，降低的充电电阻，较长的循环寿命。

12、在一些实施方案中，述介电材料颗粒选自以下一种或多种：钛酸钡颗粒，钛酸铅颗粒，铌酸锂颗粒，锆钛酸铅颗粒，偏铌酸铅颗粒，铌酸铅钡锂颗粒。

13、在一些实施方案中，所述正极活性材料选自以下的一种或多种：

14、(1)层状氧化物型正极活性材料；

15、(2)尖晶石型正极活性材料；

16、(3)聚阴离子型正极活性材料。

17、在一些实施方案中，所述介电材料颗粒为四方晶系钛酸钡颗粒。基于此方案，二次电池表现出以下一项或多项改善的性能：提高的比容量，改善的首周库伦效率，降低的充电电阻，较长的循环寿命。

18、在一些实施方案中，所述介电材料颗粒的体积中值粒径为50～100nm。基于此方案，介电材料颗粒能够良好地结合在正极活性材料的表面上，二次电池表现出以下一项或多项改善的性能：提高的比容量，改善的首周库伦效率，降低的充电电阻，较长的循环寿命。

19、在一些实施方案中，所述正极活性材料的体积中值粒径为4～10μm。基于此方案，介电材料颗粒能够良好地结合在正极活性材料的表面上，二次电池表现出以下一项或多项改善的性能：提高的比容量，改善的首周库伦效率，降低的充电电阻，较长的循环寿命。

20、在一些实施方案中，所述介电材料颗粒与所述正极活性材料的体积中值粒径之比为1:40～1:200。基于此方案，介电材料颗粒能够良好地结合在正极活性材料的表面上，二次电池表现出以下一项或多项改善的性能：提高的比容量，改善的首周库伦效率，降低的充电电阻，较长的循环寿命。

21、在一些实施方案中，所述介电材料颗粒附着在所述正极活性材料表面。

22、在一些实施方案中，所述介电材料颗粒与所述正极活性材料的质量比为1:100～10:100。

23、在第二方面，本申请提供一种正极，所述正极含有上述任一项所述的正极材料组合物。

24、在第三方面，本申请提供一种二次电池，含有正极膜层和电解液；

25、其中，所述正极膜层含有上述任一项所述正极材料组合物，所述正极材料组合物含有所述正极活性材料和所述介电材料颗粒；

26、其中，所述介电材料颗粒与所述电解液的相对介电常数之比为50-200：30-90。基于此，能够进一步能够使得相对介电常数材料的表面与电解液产生阻抗匹配效应，从而有利于溶剂化的锂离子快速的脱出和嵌入。

27、在第四方面，本申请提供一种用电装置，包括上述任一项所述的二次电池。

28、有益效果

29、本申请的正极材料组合物、正极、二次电池及用电装置具有以下一项或多项有益效果：

30、(1)正极材料组合物用于二次电池，二次电池表现出提高的比容量；

31、(2)正极材料组合物用于二次电池，二次电池表现出改善的首周库伦效率；

32、(2)正极材料组合物用于二次电池，二次电池表现出降低的充电电阻；

33、(3)正极材料组合物用于二次电池，二次电池表现出较长的循环寿命。

技术特征：

1.一种正极材料组合物，含有正极活性材料和介电材料颗粒；

2.根据权利要求1所述的正极材料组合物，其具有以下一项或多项特征：

3.根据权利要求1～2任一项所述的正极材料组合物，其中，所述介电材料颗粒选自以下一种或多种：钛酸钡颗粒，钛酸铅颗粒，铌酸锂颗粒，锆钛酸铅颗粒，偏铌酸铅颗粒，铌酸铅钡锂颗粒。

4.根据权利要求1～3任一项所述的正极材料组合物，其中，所述正极活性材料选自以下的一种或多种：

5.根据权利要求1～4任一项所述的正极材料组合物，所述介电材料颗粒为四方晶型的钛酸钡颗粒。

6.根据权利要求1～5任一项所述的正极材料组合物，其中，所述介电材料颗粒的体积中值粒径为50～100nm。

7.根据权利要求1～6任一项所述的正极材料组合物，其中，所述正极活性材料的体积中值粒径为4～10μm。

8.根据权利要求1～7任一项所述的正极材料组合物，其中，所述介电材料颗粒与所述正极活性材料的体积中值粒径之比为1:40～1:200。

9.根据权利要求1～8任一项所述的正极材料组合物，其中，所述介电材料颗粒附着在所述正极活性材料表面。

10.根据权利要求1～9任一项所述的正极材料组合物，其中，所述介电材料颗粒与所述正极活性材料的质量比为1:100～10:100。

11.一种正极，含有权利要求1-10任一项所述的正极材料组合物。

12.一种二次电池，含有正极膜层和电解液；

13.一种用电装置，包括权利要求12所述的二次电池。

技术总结
本申请提供一种正极材料组合物、正极、二次电池及用电装置。本申请的正极材料组合物含有正极活性材料和介电材料颗粒；其中，所述介电材料颗粒的A值为50‑200，其中A＝[ε/(c/a)]；ε是介电材料颗粒的相对介电常数；c是介电材料颗粒的晶胞的c轴长度；a是介电材料颗粒的晶胞的a轴长度。

技术研发人员：白文龙,吴益扬,游兴艳,武宝珍,王育文,郑蔚,叶永煌,吴凯
受保护的技术使用者：宁德时代新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15