正极极片及其制备方法、电池和用电装置与流程

本发明涉及电池，特别涉及一种正极极片及其制备方法、电池和用电装置。

背景技术：

1、二次电池因其具有能量密度大，输出电压高，安全性好，以及无污染、无记忆效应等优点，已被广泛应用于各类消费类电子产品和电动车辆中。

2、随着二次电池的应用范围越来越广泛，客户对二次电池的使用需求也日益增多。如何使二次电池具有较好的电化学性能，仍是当前二次电池开发的难点。

3、由于在首次充放电化成过程中负极表面固体电解质膜(sei膜)的形成等一些不可逆反应，正极材料会出现离子损失的现象，这会导致离子电池能量密度的降低。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种正极极片，旨在改善二次电池的性能。

2、为实现上述目的，本发明提出的一种正极极片，所述正极极片包括集流体和层叠设于所述集流体同一侧的正极涂层与补阳离子层，所述正极涂层包括活性材料层与界面共混层，所述界面共混层位于所述活性材料层与所述补阳离子层之间，所述界面共混层包括互混的所述活性材料层的材料与所述补阳离子层的材料。

3、本技术将补阳离子层和正极涂层位于集流体，在化成或循环过程中补阳离子层可以补充损失的阳离子，从而提高电池的循环性能。且正极涂层包括活性材料层与界面共混层，界面共混层位于活性材料层与补阳离子层之间，该界面共混层可以提高正极涂层与补阳离子层之间的粘结性，同时，该界面共混层还可以降低正极涂层中粘结剂上浮的风险，降低正极涂层开裂的问题，改善正极涂层与集流体之间的粘结性，降低电池极化的风险，减轻电池循环性能下降的问题。

4、例如，一实施例中，可以采用将正极涂层与补阳离子层用以通过双层涂布工艺同步涂覆于集流体的同一侧，使得在正极涂层朝向补阳离子层的一侧形成界面共混层，也即，正极涂层包括活性材料层与界面共混层，界面共混层位于活性材料层与补阳离子层之间，该界面共混层可以提高正极涂层与补阳离子层之间的粘结性。

5、可以理解的是，双层涂布工艺比起其他制备方法区别在于双层涂布时两层浆料（正极涂层浆料与补阳离子层浆料）都是湿的，相比其他制备方法它们在界面处会有互混，也即，在活性材料层与补阳离子层之间形成有界面共混层，如此，使得形成的界面共混层包括互混的活性材料层的材料与补阳离子层的材料；界面共混层可以通过观察正极极片的截面处得到，具体地，一实施例中，取正极极片样品，将正极极片用刀具切割，暴露出正极极片的截面，观察活性材料层与补阳离子层之间的界面，界面处出现界面共混层，该界面共混层中包括互混的活性材料层的材料与补阳离子层的材料，从形貌上看，例如，在扫描电镜下观察到界面共混层的形貌不同于活性材料层的截面形貌，也不同于补阳离子层的形貌，该界面共混层中包括互混的活性材料层的材料与补阳离子层的材料。

6、双层涂布工艺，是指将正极涂层的浆料与补阳离子层浆料通过双层挤压涂布机同步涂布在集流体上，形成上下层的涂层结构。

7、例如，双层挤压涂布机包括支撑辊，支撑辊上设有集流体，支撑辊用以带动集流体转动，使得在涂布过程中集流体上均匀涂布浆料层；双层挤压涂布机还包括两个不同的通道，两个不同的通道中分别用以装载不同的浆料，两个不同的通道分别设有两个不同的喷嘴，两喷嘴朝向集流体的不同位置，在同步涂布的过程中，一通道中的浆料通过其喷嘴涂布在集流体上，形成第一层浆料层，随着支撑辊的转动，该第一层浆料层转动至另一通道浆料的喷嘴位置，另一通道中的浆料通过其喷嘴将浆料涂布至该第一层浆料层表面，随着支撑辊的不断转动，一通道中的浆料不断涂布至集流体上，另一通道的浆料不断涂布至第一浆料层上，在集流体上形成层叠设置的双层浆料层；如此实现同步涂布，采用上述方法，在涂布第一层浆料层的过程中同步进行使另一层浆料涂布在该第一层浆料表面，无须采用传统的在实现第一层浆料涂布并干燥后，再进行一次涂布并再次干燥的步骤。

8、采用双层涂布工艺在涂覆正极涂层的过程中同步实现补阳离子层的涂覆，无需增加额外工序，工艺简单适合大规模量产。

9、可选地，所述正极涂层设于所述集流体的至少一侧，所述补阳离子层设于所述正极涂层背离所述集流体的一侧；

10、和/或，所述界面共混层的厚度为5μm至20μm；

11、和/或，所述正极涂层与所述补阳离子层用以通过双层涂布工艺同步涂覆于所述集流体的同一侧，使得在所述正极涂层朝向所述补阳离子层的一侧形成所述界面共混层。

12、可以理解的是，本技术并不限定正极涂层与补阳离子层在集流体的设置位置，例如，正极涂层可以设置在集流体与补阳离子层之间，或者，补阳离子层可以设置在集流体与正极涂层之间。

13、考虑到将补阳离子层设置于正极涂层的表面可以减少循环前期电解液与正极活性材料反应，提高正极活性材料的稳定性。为此，优选的方案是，将正极涂层设于集流体的至少一侧，补阳离子层设于正极涂层背离集流体的一侧，使得补阳离子层设于正极涂层的表面。

14、还可以理解的是，界面共混层的厚度包括但不限于5μm至20μm。界面共混层的厚度在上述范围可以改善正极涂层与补阳离子层之间的粘结性。

15、还可以理解的是，正极涂层与补阳离子层用以通过双层涂布工艺同步涂覆于集流体的同一侧，使得在正极涂层朝向补阳离子层的一侧形成界面共混层。

16、可选地，所述补阳离子层包括补钠化合物，所述补钠化合物包括非金属的钠盐和/或金属氧化物的钠盐。

17、本技术中的正极极片可以用于锂电池，也可以用于钠电池，例如，用于锂电池时，补阳离子层中包括补锂化合物，用于钠电池时，补阳离子层中包括补钠化合物。

18、当补阳离子层中包括补钠化合物时，补钠化合物包括但不限于非金属的钠盐和/或金属氧化物的钠盐。

19、可选地，所述非金属的钠盐包括nan3、na3n、na2n4o2、na2o、na2o2、naf、na2s、na3p、na2sio3、na2c6o6、na2c2o2n2、na2c2o4、na2co3中的至少一种；

20、和/或，所述金属氧化物的钠盐包括na5feo4、na5fe5o8、na6coo4、na2nio2、nacro2中的至少一种。

21、非金属的钠盐包括但不限于nan3、na3n、na2n4o2、na2o、na2o2、naf、na2s、na3p、na2sio3、na2c6o6、na2c2o2n2、na2c2o4、na2co3中的至少一种。金属氧化物的钠盐包括但不限于na5feo4、na5fe5o8、na6coo4、na2nio2、nacro2中的至少一种。

22、可以理解的是，这些补钠化合物可以溶解于电解液中释放出钠离子，也可以在化成或充电过程中分解补充钠离子，例如这些补钠化合物的分解电位大于3.2v，也即，可以在化成或循环过程中采用大于3.2v的电压条件使补钠化合物分解用于钠离子的补充，例如采用的化成或循环的电压范围值为3.3v至4.3v。

23、可选地，定义所述正极涂层的厚度为d，则所述补阳离子层的厚度为5%d至20%d。

24、可选地，所述补阳离子层的厚度为10%d至15%d。

25、考虑到电芯卷绕后会形成一定厚度，电池壳也具有一定尺寸，为了均衡正极极片的厚度，以方便电芯装壳，以及方便电芯在电池壳内具有合适的膨胀空间，以及减轻电池质量密度的降低的问题，定义正极涂层的厚度为d，则补阳离子层的厚度为5%d至20%d，优选地，10%d至15%d。并且将补阳离子层的厚度占正极涂层厚度的范围值设置在上述范围，还可以减轻因补钠层过厚影响到正极涂层中钠离子的脱嵌问题。

26、可选地，所述补阳离子层的厚度为10μm至40μm。

27、可选地，所述补阳离子层的厚度为15μm至30μm。

28、为了改善补阳离子层中的补阳离子化合物有效补充损失的阳离子，补阳离子层的厚度为10μm至40μm，优选地15μm至30μm。另外，当补阳离子层设于正极涂层的表面时，为了方便正极涂层中离子的脱出，补阳离子层的厚度为10μm至40μm，优选地15μm至30μm。

29、可选地，所述集流体的至少一侧包括至少两层相邻的结构，所述两层相邻的结构中，一层结构设于所述集流体，另一层结构设于所述一层结构背离所述集流体的一侧，所述一层结构的孔隙率小于所述另一层结构的孔隙率；

30、所述一层结构包括所述正极涂层与所述补阳离子层中的其中之一，所述另一层结构包括所述正极涂层与所述补阳离子层中的其中之另一。

31、正极极片包括集流体，设于集流体的相邻的一层结构与另一层结构。一层结构设于集流体与另一层结构之间，另一层结构相比一层结构更靠近电解液。

32、可以理解的是，一层结构相比另一层结构有更少的机会接触电解液，为了提高一层结构接触电解液的概率，以方便一层结构中的离子迁移至电解液中，设置一层结构的孔隙率小于另一层结构的孔隙率，也即，使接触电解液的另一层结构的孔隙率大于一层结构的孔隙率，有助于电解液通过另一层结构浸润至一层结构。

33、可以理解的是，一层结构包括正极涂层与补阳离子层中的其中之一，另一层结构包括正极涂层与补阳离子层中的其中之另一。也即，可以将正极涂层设于集流体与补阳离子层之间，补阳离子层的孔隙率大于正极涂层的孔隙率，或者，补阳离子层设于集流体与正极涂层之间，正极涂层的孔隙率大于补阳离子层的孔隙率。

34、还可以理解的是，在补阳离子层中的补钠化合物实现钠离子的补充过程中，会逐渐在补阳离子层中留下空隙，如此，使得补阳离子层具有一定的可压缩性，在电芯膨胀的过程中该可压缩性的补阳离子层可以为电芯的膨胀提供更多的空间，有利于提高电池的循环性能。

35、可选地，定义所述一层结构的孔隙率为p1，所述另一层结构的孔隙率为p2，则满足关系：4%≤p2-p1≤10%。

36、孔隙率计算公式是p=[v/v0]*100%。v0是材料在自然状态下的体积，v是材料中所有空隙的体积。

37、可以理解的是，孔隙率指的是正极涂层或补阳离子层干燥冷压后的孔隙率。

38、为了方便集流体的至少一侧的至少两层相邻的结构均有效浸润电解液，以提高离子的传输效率，定义两层相邻的结构中，一层结构的孔隙率为p1，另一层结构的孔隙率为p2，则满足关系：4%≤p2-p1≤10%。

39、可选地，所述补阳离子层的补钠化合物的质量占所述补阳离子层的质量的质量百分数为70%至90％。

40、可选地，所述补阳离子层的补钠化合物的质量占所述补阳离子层的质量的质量百分数为75%至90%。

41、为了有足够的补钠化合物在化成阶段以及循环阶段实现钠离子的补充，补阳离子层的补钠化合物的质量占所述补阳离子层的质量的质量百分数为70%至90％，优选地，75%至90%。另外，考虑到在补钠化合物实现钠离子的补充过程中，会不断在补阳离子层中留下空隙，补钠化合物的质量百分数在上述范围，可以提高循环过程中补阳离子层浸润电解液的性能，从而改善整个正极极片对电解液的浸润性，有助于离子的迁移。

42、可选地，所述补钠化合物的dv50范围值为50nm至2μm。

43、可选地，所述补钠化合物的dv50范围值为200nm至1μm。

44、为了减轻补钠化合物易团聚，引起的补阳离子层中补钠化合物分布不均匀的问题，以及方便得到合适厚度的补阳离子层，补钠化合物的dv50范围值为50nm至2μm，优选地，200nm至1μm。另外，补钠化合物的dv50在上述范围，还可以改善补钠化合物构成的浆料的稳定性。

45、可选地，所述补阳离子层还包括导电剂和/或粘结剂；

46、和/或，所述补阳离子层中导电剂的质量占所述补阳离子层的质量的质量百分数为5%至15%；

47、和/或，所述补阳离子层中粘结剂的质量占所述补阳离子层的质量的质量百分数为2%至15%。

48、可选地，所述补阳离子层中导电剂的质量占所述补阳离子层的质量的质量百分数为7%至10%；

49、和/或，所述补阳离子层中粘结剂的质量占所述补阳离子层的质量的质量百分数为3%至10%。

50、可以理解的是，导电剂可以提供电子移动的通道，在活性物质之间、活性物质与集流体之间起到收集微电流的作用，以减小电池的接触电阻，加速电子的移动速率，特别是当补阳离子层设于集流体与正极涂层之间时，补阳离子层中的导电剂可以加速电子的移动速率。

51、导电剂的质量占补阳离子层的质量的质量百分数在上述范围，可以改善电池的循环性能。

52、补阳离子层还包括粘结剂，粘结剂可以使补阳离子层有效粘接在集流体或正极涂层上。

53、粘结剂的质量占补阳离子层的质量的质量百分数在上述范围，可以使补阳离子层形成稳定的层状结构，以及使补阳离子层有效粘接在集流体或正极涂层上。

54、可选地，所述补阳离子层还包括导电剂，所述导电剂包括导电炭、碳纳米管、石墨烯、科琴黑、乙炔黑中的至少一种；

55、和/或，所述补阳离子层还包括粘结剂，所述粘结剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丙烯酸、聚氧化乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、羟丙基甲基纤维素、羧基丁苯乳胶或聚乙烯醇中的至少一种。

56、补阳离子层还包括导电剂，所述导电剂包括但不限于导电炭、碳纳米管、石墨烯、科琴黑、乙炔黑中的至少一种。

57、补阳离子层还包括粘结剂，所述粘结剂包括但不限于聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丙烯酸、聚氧化乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、羟丙基甲基纤维素、羧基丁苯乳胶或聚乙烯醇中的至少一种。

58、可选地，所述正极涂层包括正极活性材料，定义所述正极活性材料的质量为m，所述补阳离子层的补钠化合物的质量为3%m至15%m。

59、可选地，所述补阳离子层的补钠化合物的质量为5%m至10%m。

60、补阳离子层的补钠化合物的质量在上述范围，可以实现有效的补钠作用。

61、可以理解的是，本技术的方案相比直接在正极涂层中掺混补钠化合物，本技术将补阳离子层设于正极涂层的表面，补阳离子层与电解液浸润的效果更好，补钠效果更好，此时补阳离子层中的补钠化合物可以充分实现补钠的作用，补钠利用率得到提高。

62、可选地，定义所述正极涂层中的粘结剂的质量占所述正极涂层的质量的质量百分数w1，所述补阳离子层中的粘结剂的质量占所述补阳离子层的质量的质量百分数w2，满足关系：0≤w2-w1≤10%，或者，0≤w1-w2≤10%；

63、和/或，所述正极涂层中的粘结剂的种类与所述补阳离子层中的粘结剂的种类相同；

64、和/或，所述正极涂层中的导电剂的种类与所述补阳离子层中的导电剂的种类相同。

65、考虑到正极涂层与补阳离子层为两层不同的结构，为了减轻该两层结构出现分层的现象，定义正极涂层中的粘结剂的质量占正极涂层的质量的质量百分数w1，补阳离子层中的粘结剂的质量占补阳离子层的质量的质量百分数w2，满足关系：0≤w2-w1≤10%，或者，0≤w1-w2≤10%；如此，通过两层结构中的粘结剂设置在上述范围，提高两层结构的有效粘结。

66、或者，设置正极涂层中的粘结剂的种类与补阳离子层中的粘结剂的种类相同，提高两层结构的有效粘结。

67、或者，正极涂层中的导电剂的种类与补阳离子层中的导电剂的种类相同，以帮助提高两层结构的有效粘结。

68、可选地，本技术还提供一种正极极片的制备方法，包括：

69、制备补阳离子层的浆料与正极涂层的浆料；

70、将所述补阳离子层的浆料与所述正极涂层的浆料涂布于集流体，干燥得到正极极片，所述正极极片包括所述集流体和层叠设于所述集流体同一侧的正极涂层与补阳离子层。

71、可以理解的是，在制备正极极片的过程中，将补阳离子层的浆料与正极涂层的浆料涂布于集流体的过程中，可以将制备的补阳离子层的浆料与正极涂层的浆料依次涂布至集流体，例如，先将补阳离子层的浆料与正极涂层的浆料的其中之一涂布于集流体，烘干后，再将补阳离子层的浆料与正极涂层的浆料的其中之另一涂布于集流体，烘干，得到正极极片包括集流体和层叠设于集流体同一侧的正极涂层与补阳离子层。

72、当然，也可以采用同步涂布的方式，也即将正极涂层与补阳离子层用以通过双层涂布工艺同步涂覆于所述集流体的同一侧。

73、可选地，在将所述补阳离子层的浆料与所述正极涂层的浆料涂布于集流体的步骤中，包括：

74、将所述补阳离子层的浆料与所述正极涂层的浆料通过双层挤压涂布机的不同通道同步涂布于集流体，干燥得到正极极片，所述正极极片包括集流体和层叠设于所述集流体同一侧的正极涂层与补阳离子层。

75、也即，采用双层涂布工艺在涂覆正极涂层的过程中同步实现补阳离子层的涂覆，具体地，将补阳离子层的浆料与正极涂层的浆料通过双层挤压涂布机的不同通道同步涂布于集流体，干燥得到正极极片，无需增加额外工序，工艺简单适合大规模量产。

76、可选地，在制备补阳离子层的浆料的步骤中，包括：

77、将补钠化合物、导电剂、粘结剂放入搅拌机，加入溶剂搅拌，搅拌转速为400r/min至800r/min，搅拌时间为0.5h至1h。

78、在制备补阳离子层的浆料的过程中，添加导电剂、粘结剂，以改善补阳离子层在集流体或正极涂层上的粘结性，以及改善补阳离子层的导离子性或导电性。

79、可选地，在将补阳离子层的浆料与正极涂层的浆料通过双层挤压涂布机的不同通道同步涂布于集流体，干燥得到正极极片的步骤中，所述补阳离子层的浆料与所述正极涂层的浆料的质量比范围值为5%至20%。

80、将补阳离子层的浆料与正极涂层的浆料的质量比设置在上述范围，以得到合适厚度的补阳离子层与正极涂层。

81、本技术还提供一种电池，所述电池包括如所述的正极极片；或者，所述电池包括如所述的正极极片的制备方法制得的正极极片。

82、本技术还提供一种用电装置，所述用电装置包括如所述的电池。

83、本技术的正极极片，正极极片包括集流体和层叠设于集流体同一侧的正极涂层与补阳离子层，在化成或循环过程中补阳离子层中的阳离子可以补充损失的离子，从而提高电池的循环性能。