正极活性材料、正极极片、圆柱电池单体、电池和用电装置的制作方法

本技术涉及一种正极活性材料、正极极片、圆柱电池单体、电池和用电装置。

背景技术：

1、电池具有容量高等特性，因此广泛应用于电子设备，例如手机、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、电动飞机、电动轮船、电动玩具汽车、电动玩具轮船、电动玩具飞机和电动工具等等。

2、电池包括正极极片，在充电过程中，正极极片膨胀持续增加，使得电池的膨胀程度较高，且可能恶化电池的循环性能。

技术实现思路

1、本技术提供一种正极活性材料、正极极片、圆柱电池单体、电池和用电装置，本技术实施方式中正极活性材料应用于电池时，能够降低电池的膨胀程度，并能够改善电池的循环性能。

2、第一方面，本技术实施方式提出了一种正极活性材料，正极活性材料包括核部和包覆层，核部包括含锂过渡金属氧化物，包覆层包覆于核部的至少部分表面，包覆层包括聚合物，聚合物包括含氟聚合物和含氧聚合物中的一种或多种。

3、由此，本技术实施方式中含锂过渡金属氧化物的理论比容量相对较高，能够有效提升电池的能量密度；在核部表面设置有包覆层，包覆层可以包覆核部的部分表面，也可以包覆核部的全部表面；包覆层包括聚合物，聚合物可以包括含氟聚合物和含氧聚合物中的一种或多种，聚合物能够有效连接正极活性材料和正极极片中的助剂例如粘结剂，使得助剂能够随正极活性材料的体积变化而发生同步变化，尤其是在正极活性材料收缩时同步收缩，从而有效降低正极极片整体的体积膨胀，降低电池单体的满充膨胀程度，并改善电池单体的循环性能。

4、在一些实施方式中，含氟聚合物包括聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、偏二氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物和四氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的一种或多种。

5、上述含氟聚合物与正极活性材料之间的粘结力较强，能够有效与正极膜层中的粘结剂等发生粘结，增强各部分之间的结合力，形成同频收缩膨胀，使得正极膜层中的助剂更易随正极活性材料的体积变化而发生同步变化。

6、在一些实施方式中，含氧聚合物包括醚类聚合物和酯类聚合物中的一种或多种。

7、上述含氧聚合物具有优异的柔韧性，使得正极膜层的柔韧性得到提升，延展性能得到提升，而且能够与正极膜层中的粘结剂发生反应降低结晶度，使得整个正极膜层能够跟随正极活性材料的体积变化发生形变，减少因体积变化造成的膨胀及各组分界面接触问题。

8、在一些实施方式中，醚类聚合物包括聚乙二醇和聚丙二醇中的一种或多种。

9、在一些实施方式中，酯类聚合物包括聚醋酸乙烯酯和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。

10、在一些实施方式中，聚合物在所述正极活性材料中的质量含量为0.15％至1.0％。聚合物的质量含量在上述范围时，能够对核部进行有效包覆，使得正极活性材料和粘结剂等能够实现同频收缩和膨胀，降低正极膜层整体的膨胀率，降低电池单体的膨胀程度，并改善电池单体的循环性能。

11、在一些实施方式中，聚合物在所述正极活性材料中的质量含量为0.15％至0.7％。聚合物的质量含量在上述范围时，能够进一步降低正极膜层整体的膨胀率，降低电池单体的膨胀程度，并改善电池单体的循环性能。

12、在一些实施方式中，包覆层还包括快离子导体。快离子导体有利于活性离子例如锂离子的快速移动，能够提升活性离子的迁移能力，使得正极活性材料中活性离子可以快速脱出，降低颗粒内部由于活性离子脱嵌不均匀产生的微应力，减少各向异性，从而能够降低正极活性材料发生体积膨胀的风险。

13、在一些实施方式中，快离子导体在所述正极活性材料中的质量含量为0.5％至2.5％。快离子导体的质量含量在上述范围内，能够进一步使得正极活性材料中活性离子可以快速脱出，降低颗粒内部由于活性离子脱嵌不均匀产生的微应力，减少各向异性，从而能够降低正极活性材料发生体积膨胀的风险。

14、在一些实施方式中，快离子导体在所述正极活性材料中的质量含量为0.5％至2.0％。快离子导体的质量含量在上述范围内，能够进一步降低正极活性材料发生体积膨胀的风险。

15、在一些实施方式中，包覆层包括第一层和第二层，第一层，覆于核部的表面，第一层包括快离子导体；第二层设置于第一层背离核部的一侧，第二层包括聚合物。聚合物位于外层，能够有效连接正极活性材料和正极膜层中的助剂；快离子导体位于靠近核部的层中，更有利于引导活性离子快速脱出核部，降低正极活性材料体积膨胀的风险。

16、在一些实施方式中，含锂过渡金属氧化物包括通式为lixayniacobmncm(1-a-b-c)qz的化合物，其中，0＜x≤2.1，0≤y≤2.1，且0.9≤x+y≤2.1；0＜a＜1，0＜b＜1，0≤c＜1，且0.1≤a+b+c≤1；1.8≤z≤3.5；a包括na、k、mg中的一种或多种；m包括b、mg、al、si、p、s、ca、sc、ti、v、cr、fe、cu、zn、sr、y、zr、nb、mo、cd、sn、sb、te、ba、ta、w、yb、la、ce、se中的一种或多种；q包括o、f中的一种或多种。上述含锂过渡金属氧化物的理论比容量相对较高，有利于提升电池单体的能量密度。

17、在一些实施方式中，0.6≤a≤1。上述含锂过渡金属氧化物的理论比容量相对较高，有利于提升电池单体的能量密度。

18、在一些实施方式中，正极活性材料的体积平均粒度dv50为5μm至15μm。正极活性材料的体积平均粒度在上述范围时，正极活性材料的活性表面相对较大，其和正极膜层中的其他助剂接触面积较大，正极活性材料表面的聚合物能够提升正极活性材料和助剂等之间的粘结性能，降低正极极片的体积膨胀。

19、在一些实施方式中，正极活性材料的体积平均粒度dv50为7μm至12μm。正极活性材料的体积平均粒度在上述范围时，正极活性材料表面的聚合物能够提升正极活性材料和助剂等之间的粘结性能，进一步降低正极极片的体积膨胀。

20、第二方面，本技术实施方式还提出了一种正极极片，正极极片包括正极集流体和设置于正极集流体至少一侧的正极膜层，正极膜层包括如本技术第一方面任一实施方式的正极活性材料。

21、在一些实施方式中，正极膜层还包括正极粘结剂，正极粘结剂包括氟代聚合物和丙烯酸酯类树脂中的一种或多种。上述正极粘结剂能够和正极活性材料中聚合物有效配合，提升正极活性材料和正极粘结剂的连接能力，实现正极活性材料和正极粘结剂的同步体积变化，降低正极极片的膨胀程度。

22、在一些实施方式中，氟代聚合物包括聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、偏二氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的一种或多种；和/或

23、在一些实施方式中，丙烯酸酯类树脂包括聚氟代丙烯酸甲酯和聚丙烯酸酯中的一种或多种。

24、第三方面，本技术实施方式还提出了一种圆柱电池单体，圆柱电池单体包括如本技术第二方面任一实施方式的正极极片。

25、在一些实施方式中，正极极片的满充膨胀率小于等于6％。正极极片的膨胀率相对较小，有利于降低电池单体整体的膨胀率。

26、在一些实施方式中，正极极片的满充膨胀率小于等于4.9％。正极极片的膨胀率相对较小，有利于降低电池单体整体的膨胀率。

27、在一些实施方式中，圆柱电池单体包括负极极片，负极极片包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面且包括负极活性材料的负极膜层，负极活性材料包括硅基材料，基于负极活性材料的质量，硅基材料中硅元素在负极膜层中的质量含量为1％至50％。硅元素的质量含量在上述范围时，负极活性材料的理论比容量相对较高，能够有效提高电池单体的能量密度。

28、在一些实施方式中，圆柱电池单体还包括外壳，所述外壳包括壳体和端盖，所述壳体具有开口，所述端盖盖合所述开口；所述壳体包括一体形成的侧壁和端壁，所述端壁和所述端盖沿所述圆柱电池单体的轴向相对，所述端盖连接于所述侧壁。

29、在一些实施方式中，圆柱电池单体还包括电极端子，电极端子绝缘设置于端壁；正极极片包括正极极耳，正极极耳与电极端子电连接；圆柱电池单体包括负极极片，负极极片包括负极极耳，负极极耳电连接于端盖。

30、在一些实施方式中，圆柱电池单体还包括外壳，所述外壳沿所述圆柱电池单体的轴向的尺寸是所述外壳沿所述圆柱电池单体的径向的尺寸的1.3倍至2.5倍。

31、在一些实施方式中，所述外壳沿所述轴向的尺寸为50mm至150mm。

32、在一些实施方式中，所述外壳沿所述径向的尺寸为40mm至80mm。

33、第四方面，本技术实施方式还提出了一种电池，电池包括本技术第三方面任一实施方式的圆柱电池单体。

34、第五方面，本技术实施方式还提出了一种用电装置，包括如本技术第四方面任一实施方式的电池。