极片、其制备方法及电池与流程

本发明涉及电池，尤其是涉及一种极片、其制备方法及电池。

背景技术：

1、相关技术中，锂离子电池作为一种高能量密度的可充电电池，被广泛应用于移动电子设备、电动车辆和储能系统等领域。然而，锂离子电池的性能和循环稳定性受到正极材料的限制。正极材料通常由过渡金属氧化物或磷酸盐组成，这些材料对水分非常敏感，易水解产生碱性物质，对电池的循环性能造成危害。

2、首先，正极材料的水解问题对电池性能具有重要影响。在电池的运行过程中，电解液中存在微量的水分，当水分进入电池正极材料，与其水解产生氢氧化物，破坏了正极材料的结构，导致电池性能衰减。此外，氢氧化物的生成还会与电解液中的锂离子发生反应，降低电池的可用锂离子含量，进一步影响电池容量和循环寿命。其次，正极材料本身的纯度也会对电池性能产生影响。正极材料的制备过程中，可能存在一些杂质和残留物，其中包括一些碱性物质。这些碱性物质一旦与电解液中的成分相互作用，会导致电解液中的电荷传输发生变化，影响电池的整体体系。

3、预锂化技术是提高锂离子电池性能的重要手段。预锂化是将锂离子在正极材料中进行充放电循环，形成一层锂离子的“储能膜”，即固体电解质界面(sei)，以提高电池的容量和循环稳定性。li5feo4作为一种常见的预锂化材料，可以在正极浆料中添加少量，以弥补由于sei膜损失带来的容量损失。然而，li5feo4的高li含量使得其更容易发生水解反应，且在合成过程中无法充分利用材料，导致残留一些强碱性物质，影响电池的循环稳定性。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种极片，安全性高，耐碱性强，具有优异的循环性能。

2、本发明的另一个目的在于提出一种极片的制备方法。

3、本发明的再一个目的在于提出一种电池。

4、根据本发明第一方面的实施例，本发明提供了一种极片，包括基片，所述基片包括集流体和敷于集流体表面的活性材料层，所述活性材料包括磷酸铁锂或磷酸铁锂掺杂铁酸锂；钙钛矿层，所述钙钛矿层至少设于所述活性材料层的远离所述集流体的一侧表面；tio2层，所述tio2层至少设于所述钙钛矿层的远离所述集流体的一侧表面。

5、根据本发明的极片，活性材料包括磷酸铁锂或磷酸铁锂掺杂铁酸锂，在活性材料中加入铁酸锂能够补充预锂化过程中电池容量的损失，有利于提高电池的循环性能。在活性材料层表面依次设置有钙钛矿层和tio2层，tio2层与钙钛矿层的共同作用，以提高电池片的性能。其中，钙钛矿层则有利于于提高能量存储，tio2层主要提供保护和稳定性。二者的作用具有叠加效应。这种，不仅保护了电极材料，还增加了极片的能量存储容量。

6、根据本发明的一些实施例，所述钙钛矿层的厚度为d1，其中，所述d1满足：8nm≤d1≤12nm；和/或所述tio2层的厚度为d2，其中，所述d2满足：15nm≤d1≤25nm。

7、根据本发明的一些实施例，所述活性材料包括磷酸铁锂掺杂0％～5％铁酸锂。

8、根据本发明第二方面的实施例，本发明提供了一种极片的制备方法，包括如下步骤：将基片干燥后，在基片的活性材料层的至少远离集流体的一侧表面依次沉积一层钙钛矿层、tio2层。

9、根据本发明的一些实施例，包括如下步骤：

10、步骤一、先将所述基片干燥处理，然后将所述基片置于原子层沉积反应腔中，先通入0.005～0.020sccm流量的阳离子源，再通入0.010～0.030sccm流量的阴离子源，通入气体时间均为0.5～1.5秒，在基片的活性材料层的至少远离集流体的一侧表面形成一层均匀的钙钛矿膜，重复上述通入阳离子源和阴离子源的操作100～1000个循环，从原子层沉积装置中取出处理后基片；

11、步骤二、将步骤一处理后的基片放置于原子层沉积反应腔中，先通入0.010～0.100sccm流量的钛源，再通入0.005～0.050sccm流量的氧源，通入气体时间均为0.5～1.5秒，在步骤一处理后的基片的活性材料层的至少远离集流体的一侧表面形成一层均匀的tio2膜，重复上述通入阳离子源和阴离子源的操作100～1000个循环，从原子层沉积装置中取出处理后的基片；

12、步骤三、热处理。

13、根据本发明的一些实施例，在步骤一中，所述干燥处理为真空干燥箱中、气压不高于-0.1mpa，干燥6～10小时。

14、根据本发明的一些实施例，在步骤一中，所述阳离子钛源包括四丁基钛、四异丙基钛和钛酸异丙酯中的至少一种；和/或所述阴离子源包括金属有机化合物和/或金属卤化物；优选地，包括li(c5h5)、na(c5h5)、k(c5h5)、ca(c5h5)2和mg(c5h5)2中的至少一种。

15、根据本发明的一些实施例，在步骤二中，所述钛源包括四异丙氧基钛、四异丙氧基锆和四异丙氧基锡中的至少一种；和/或所述氧源为臭氧。

16、根据本发明的一些实施例，在步骤三中，所述热处理的反应温度为400～800℃，反应时间为2～24小时，升温速率3～7℃/min。

17、根据本发明第三方面的实施例，本发明提供了一种电池，包括根据本发明第一方面所述的极片或根据本发明第二方面所述的制备方法制得的极片。

18、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种极片，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述钙钛矿层的厚度为d1，其中，所述d1满足：8nm≤d1≤12nm；和/或

3.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述活性材料包括磷酸铁锂掺杂0％～5％铁酸锂。

4.一种根据权利要求1-3中任一项所述的极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将基片干燥后，在基片的活性材料层的至少远离集流体的一侧表面依次沉积一层钙钛矿层、tio2层。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤一中，所述干燥处理为真空干燥箱中、气压不高于-0.1mpa，干燥6～10小时。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤一中，所述阳离子钛源包括四丁基钛、四异丙基钛和钛酸异丙酯中的至少一种；和/或

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤二中，所述钛源包括四异丙氧基钛、四异丙氧基锆和四异丙氧基锡中的至少一种；和/或

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：在步骤三中，所述热处理的反应温度为400～800℃，反应时间为2～24小时，升温速率3～7℃/min。

10.一种电池，其特征在于，包括根据权利要求1-3中任一项所述的极片或根据权利要求4-9中任一项所述的制备方法制得的极片。

技术总结
本发明公开了一种极片、其制备方法及电池，所述极片，包括基片，所述基片包括集流体和敷于集流体表面的活性材料层，所述活性材料包括磷酸铁锂或磷酸铁锂掺杂铁酸锂；钙钛矿层，所述钙钛矿层至少设于所述活性材料层的远离所述集流体的一侧表面；TiO<subgt;2</subgt;层，所述TiO<subgt;2</subgt;层至少设于所述钙钛矿层的远离所述集流体的一侧表面。根据本发明的极片，活性材料包括磷酸铁锂或磷酸铁锂掺杂铁酸锂，在活性材料中加入铁酸锂能够补充预锂化过程中电池容量的损失，有利于提高电池的循环性能。在活性材料层表面依次设置有钙钛矿层和TiO<subgt;2</subgt;层，TiO<subgt;2</subgt;层与钙钛矿层的共同作用，不仅保护了电极材料，还增加了极片的能量存储容量。

技术研发人员：董竹,高立军,朱其锋
受保护的技术使用者：阿特斯储能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17