正极极片及其制备方法、储能装置、用电设备与流程

本发明涉及储能，具体涉及一种正极极片及其制备方法、储能装置、用电设备。

背景技术：

1、在钠离子电池循环过程中，碳负极会消耗正极活性材料中的钠元素以形成固态电解质界面（sei）膜。正极活性材料中钠元素的不可逆消耗很大程度上降低了钠离子电池的能量密度，这一问题已成为制约钠离子电池发展的瓶颈之一。预钠化技术可有效补充正极活性材料在循环过程中的不可逆钠损耗，因此在钠离子电池的实际应用中具有重要地位。目前的补钠路线包括负极补钠路线和正极补钠路线，与负极补钠路线相比，在正极中添加补钠剂的正极补锂路线安全性更高，与现有电池生产工艺的兼容性更好。

2、目前常用的补钠剂中通常不含氟元素。与不含氟补钠剂相比，含氟补钠剂中的氟元素有利于形成固态电解质界面（cei）膜。然而，现有含氟补钠剂具有较强的毒性，不利于商业转化应用。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种正极极片，用于钠电池，包括集流体、正极活性物质层和第一添加剂，所述正极活性物质层设置在所述集流体的至少一侧，所述第一添加剂包括单氟磷酸钠和/或二氟磷酸钠。

3、相对于现有技术，本发明的正极极片至少包括如下所述的有益效果：一方面，单氟磷酸钠和二氟磷酸钠提供额外钠离子，发挥补钠剂的作用，能够有效提升正极的首次库伦效率和首次放电容量，从而提高钠电池的能量密度；另一方面，单氟磷酸钠和二氟磷酸钠还发挥正极成膜添加剂的作用，能够在补充钠离子过程中形成副产物naf和na3po3，naf和na3po3能够在正极极片表面形成界面层，界面层的形成能够减少副反应，减少了电池在高温存储时的自放电，从而提高了钠电池的高温循环稳定性；单氟磷酸钠和二氟磷酸钠无毒，因此正极极片制备过程更加环保；单氟磷酸钠和二氟磷酸钠性质稳定、获取方法简单且成本低廉，适合大批量生产。

4、在本发明的一些实施方式中，所述正极活性物质层中分散有所述第一添加剂。由此，有利于提高正极的首次库伦效率。

5、在本发明的一些实施方式中，所述正极极片还包括功能层，所述功能层位于所述正极活性物质层背离所述集流体的一侧，所述功能层中分散有所述第一添加剂。由此，有利于提高正极的首次库伦效率。

6、在本发明的一些实施方式中，所述功能层的厚度范围值为0.5μm~5μm。由此，可以更好地兼顾补钠效果和电池的综合性能。

7、在本发明的一些实施方式中，以所述正极活性物质层的总质量为基准，所述第一添加剂的质量百分比为4.7wt%-20wt%。由此，可以更好地兼顾补钠效果和钠电池的综合性能。

8、在本发明的一些实施方式中，所述第一添加剂的质量百分比为9wt%-15wt%。

9、在本发明的一些实施方式中，所述正极极片还包括第二添加剂，所述第二添加剂包括na2o、na2o2、na2co3、na2s、na3p、nan3、nanio2、nacro2、nafeo2、na3c6h5o7、na2c6o6、naf、nahf2中的至少一种。由此，有利于提高正极的首次库伦效率。

10、在本发明的一些实施方式中，所述正极极片还包括：功能层，所述功能层位于所述正极活性物质层背离所述集流体一侧，所述功能层中分散有所述第二添加剂，或者所述功能层中分散有所述第一添加剂和所述第二添加剂。

11、在本发明的一些实施方式中，所述第一添加剂分散于所述正极活性物质层中，所述第二添加剂分散于所述功能层中。

12、在本发明的一些实施方式中，所述正极极片满足以下三个条件中的至少之一：所述功能层的厚度范围值为0.5μm~5μm；所述第一添加剂与所述第二添加剂的质量比为1:（1-3）；以所述正极活性物质层的总质量为基准，所述第一添加剂和所述第二添加剂的总质量百分比为4.7wt%-20wt%。

13、在本发明的一些实施方式中，所述第一添加剂和所述第二添加剂的总质量百分比为9wt%-15wt%。

14、本发明的第二方面提供了一种制备前述正极极片的方法，包括：在集流体的至少一侧形成正极活性物质层；其中，所述正极活性物质层中分散有第一添加剂，所述第一添加剂包括单氟磷酸钠和/或二氟磷酸钠。该正极极片的制备方法不仅工艺简单，能更好地满足绿色环保的需求，还不需要对现有正极极片的生产设备进行升级，适合大批量生产，制得的正极极片的首次库伦效率和首次放电容量较高，能够提高钠电池的能量密度和循环稳定性。

15、本发明的第三方面提供了一种制备前述正极极片的方法，包括：在集流体的至少一侧形成正极活性物质层；在所述正极活性物质层背离所述集流体的一侧形成功能层；其中，所述正极活性物质层中分散有第一添加剂，所述功能层中分散有所述第一添加剂和/或第二添加剂，所述第二添加剂包括na2o、na2o2、na2co3、na2s、na3p、nan3、nanio2、nacro2、nafeo2、na3c6h5o7、na2c6o6、naf、nahf2中的至少一种。该正极极片的制备方法不仅工艺简单，能更好地满足绿色环保的需求，还不需要对现有正极极片的生产设备进行升级，适合大批量生产，制得的正极极片的首次库伦效率和首次放电容量较高，能够提高钠电池的能量密度和循环稳定性。

16、本发明的第四方面提供了一种储能装置，包括前述正极极片。该储能装置具有前面所述的正极极片所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该储能装置具有较高的能量密度和循环性能。

17、在本发明的一些实施方式中，所述储能装置还包括负极极片和隔膜，所述正极极片和所述负极极片之间设有所述隔膜，所述隔膜包括本体和设在所述本体至少一侧上的氧化铝层。

18、在本发明的一些实施方式中，所述储能装置满足以下条件中的至少之一：所述隔膜还包括设在所述本体至少一侧的纤维网格层，所述氧化铝层包括氧化铝颗粒，所述氧化铝颗粒的至少一部分分布于所述纤维网格层的间隙中；所述隔膜的孔隙率≥30%；所述隔膜的平均孔径≥25nm；所述隔膜的离子电导率≥1.1ms/cm；所述本体的厚度为2μm~20μm。

19、在本发明的一些实施方式中，所述氧化铝颗粒的粒径dv50满足：2μm≤dv50≤12μm。由此，能够提高储能装置的循环寿命。

20、在本发明的一些实施方式中，所述氧化铝层的厚度为0.1μm ~10μm。由此，能够中和掉较多的含氟气体，且保证了电解液的浸渍性能。

21、本发明的第五方面提供了一种用电设备，包括前述储能装置。该用电设备具有前面所述的储能装置所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。

技术特征：

1.一种正极极片，用于钠电池，其特征在于，包括：集流体、正极活性物质层和第一添加剂，所述正极活性物质层设置在所述集流体的至少一侧，所述第一添加剂包括单氟磷酸钠和/或二氟磷酸钠。

2.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述正极活性物质层中分散有所述第一添加剂。

3.根据权利要求1或2所述的正极极片，其特征在于，还包括功能层，所述功能层位于所述正极活性物质层背离所述集流体的一侧，所述功能层中分散有所述第一添加剂。

4.根据权利要求3所述的正极极片，其特征在于，所述功能层的厚度范围值为0.5μm~5μm。

5.根据权利要求1或4所述的正极极片，其特征在于，以所述正极活性物质层的总质量为基准，所述第一添加剂的质量百分比为4.7wt%-20wt%。

6.根据权利要求5所述的正极极片，其特征在于，所述第一添加剂的质量百分比为9wt%-15wt%。

7.根据权利要求1或2所述的正极极片，其特征在于，还包括第二添加剂，所述第二添加剂包括na2o、na2o2、na2co3、na2s、na3p、nan3、nanio2、nacro2、nafeo2、na3c6h5o7、na2c6o6、naf、nahf2中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的正极极片，其特征在于，还包括：功能层，所述功能层位于所述正极活性物质层背离所述集流体一侧，所述功能层中分散有所述第二添加剂，或者所述功能层中分散有所述第一添加剂和所述第二添加剂。

9.根据权利要求8所述的正极极片，其特征在于，所述第一添加剂分散于所述正极活性物质层中，所述第二添加剂分散于所述功能层中。

10.根据权利要求8或9所述的正极极片，其特征在于，满足以下三个条件中的至少之一：

11.根据权利要求10所述的正极极片，其特征在于，所述第一添加剂和所述第二添加剂的总质量百分比为9wt%-15wt%。

12.一种制备权利要求1~11中任一项所述的正极极片的方法，其特征在于，包括：

13.一种制备权利要求1~11中任一项所述的正极极片的方法，其特征在于，包括：

14.一种储能装置，其特征在于，包括权利要求1~11中任一项所述的正极极片。

15.根据权利要求14所述的储能装置，其特征在于，还包括负极极片和隔膜，所述正极极片和所述负极极片之间设有所述隔膜，所述隔膜包括本体和设在所述本体至少一侧上的氧化铝层。

16.根据权利要求15所述的储能装置，其特征在于，满足以下条件中的至少之一：

17.根据权利要求16所述的储能装置，其特征在于，所述氧化铝颗粒的粒径dv50满足：2μm≤dv50≤12μm。

18.根据权利要求15~17中任一项所述的储能装置，其特征在于，所述氧化铝层的厚度为0.1μm ~10μm。

19.一种用电设备，特征在于，包括权利要求14~18中任一项所述的储能装置。

技术总结
本发明提供了正极极片及其制备方法、储能装置、用电设备。正极极片包括：集流体、正极活性物质层和第一添加剂，所述正极活性物质层设置在所述集流体的至少一侧，所述第一添加剂包括单氟磷酸钠和/或二氟磷酸钠。该正极极片中，单氟磷酸钠和二氟磷酸钠提供额外钠离子，发挥添加剂的作用，能够有效提升正极的首次库伦效率和首次放电容量，从而提高钠电池的能量密度；同时，单氟磷酸钠和二氟磷酸钠还发挥正极成膜添加剂的作用，能够在补充钠离子过程中在正极极片表面形成界面层，界面层的形成能够减少副反应，减少电池在高温存储时的自放电，从而提高钠电池的高温循环稳定性；此外，单氟磷酸钠和二氟磷酸钠无毒，极片制备过程更加环保。

技术研发人员：文佳琪,张国栋,柯梦晶
受保护的技术使用者：深圳海辰储能控制技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13