一种正极片及其制备方法、电池、其制备方法和用电设备与流程

本申请涉及电池领域，尤其涉及一种正极片及其制备方法、电池、其制备方法和用电设备。

背景技术：

1、锂离子电池由于具有高能量密度、长循环寿命、无记忆效应等优势而成为消费类电子电池与新能源汽车动力电池的首选，但锂资源有限且分布不均匀难以支撑未来的规模普及。单质硫作正极由于具有比容量高、成本低的优势成为未来高能量密度电池发展方向，但由于碱金属负极存在的枝晶生长、持续副反应、体积效应大等问题，单质硫正极的穿梭效应，造成锂碱金属电池循环寿命与安全性非常差。

2、而钠在地壳中含量高且分布广泛，钠离子电池对于未来全面实现新能源普及具有举足轻重的作用。而硫化聚丙烯腈工作过程不存在中间的多硫化物而避免的多硫离子的穿梭效应，通过开发以硫化聚丙烯腈作为正极的钠离子电池将在能量密度、寿命、成本等方面具备明显优势。

技术实现思路

1、发明目的：本申请实施例提供一种正极片和电池，具有循环寿命长、安全性好等优势。本申请实施例还提供一种正极片的制备方法，制备得到的正极片，具有循环寿命长、安全性好等优势。

2、本申请第一方面提供一种正极片，包括正极集流体以及设于所述正极集流体至少一侧的正极膜层，所述正极膜层的材质包括正极活性材料、补钠剂、导电剂和粘结剂；其中，所述正极活性材料包括钠化的碳复合的硫化聚丙烯腈；所述正极活性材料、所述补钠剂、所述导电剂和所述粘结剂的质量比为85~92：5~10：0.5~5：1~3。

3、在一些实施方式中，所述正极活性材料的粒径为5~15μm。

4、在一些实施方式中，所述补钠剂选自叠氮化钠、磷化钠、铬酸钠、镍酸钠、碳酸钠、亚硝酸钠、草酸钠、对二苯酸钠中的至少一种。

5、在一些实施方式中，所述导电剂选自乙炔黑、石墨烯、超级导电炭黑、碳纳米管、碳纤维中的至少一种。

6、在一些实施方式中，所述粘结剂选自聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、丁腈橡胶、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。

7、本申请第二方面提供一种正极片的制备方法，包括：

8、将硫化聚丙烯腈和碳材料在溶剂中分散混合后，得第一浆料；

9、将所述第一浆料经喷雾干燥处理后，得碳复合硫化聚丙烯腈颗粒；

10、将所述碳复合硫化聚丙烯腈颗粒与钠化剂混合进行钠化处理，得正极活性材料；

11、将所述正极活性材料、补钠剂、导电剂和粘结剂混合，得正极浆料；

12、将所述正极浆料涂覆在正极集流体上，得正极片。

13、在一些实施方式中，所述硫化聚丙烯腈和所述碳材料的质量比为80~95：5~20。

14、在一些实施方式中，所述碳复合硫化聚丙烯腈颗粒和所述钠化剂的质量比为60~70：30~40。

15、在一些实施方式中，所述正极活性材料、所述补钠剂、所述导电剂和所述粘结剂的质量比为85~92：5~10：0.5~5：1~3。

16、在一些实施方式中，所述硫化聚丙烯腈的分子量为10~30万。

17、在一些实施方式中，所述碳复合硫化聚丙烯腈颗粒的粒径为5~15μm。

18、在一些实施方式中，在所述钠化处理的过程中，温度为250~300℃，升温速率为2~5℃/min，时间为1~3h，压力为50~200kpa。

19、在一些实施方式中，所述碳材料选自炉黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、碳纳米管、碳纳米线、石墨烯、导电石墨片中的至少一种。

20、在一些实施方式中，所述溶剂选自二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、环丁砜、硝酸亚乙基酯、n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。

21、在一些实施方式中，所述补钠剂选自叠氮化钠、磷化钠、铬酸钠、镍酸钠、碳酸钠、亚硝酸钠、草酸钠、对二苯酸钠中的至少一种。

22、在一些实施方式中，所述钠化剂选自叠氮化钠。

23、在一些实施方式中，所述导电剂选自乙炔黑、石墨烯、超级导电炭黑、碳纳米管、碳纤维中的至少一种。

24、在一些实施方式中，所述粘结剂选自聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、丁腈橡胶、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。

25、本申请第三方面提供一种电池，包括正极片、隔膜和负极片，所述正极片为如前所述的正极片或采用如前所述的正极片的制备方法制备得到。

26、相应的，本申请还提供一种如前所述的电池的制备方法，包括：

27、将所述正极片、所述负极片和所述隔膜组装成电芯；

28、对所述电芯化成后得到所述电池；

29、其中，所述化成方法，包括：首次以0.02~0.1c倍率充电到3.6~4.6v。

30、本申请第四方面提供一种用电设备，包括如前所述的电池。

31、本申请提供一种正极片，包括正极集流体以及设于正极集流体至少一侧的正极膜层，正极膜层的材质包括正极活性材料、补钠剂、导电剂和粘结剂；其中，正极活性材料包括钠化的碳复合的硫化聚丙烯腈；正极活性材料、补钠剂、导电剂和粘结剂的质量比为85~92：5~10：0.5~5：1~3。本申请通过将硫化聚丙烯腈与碳复合形成复合体，为电化学反应提供丰富的电子传输通路，改善硫化聚丙烯腈的反应动力学，同时对硫化聚丙烯腈进行钠化处理，实现对硫化聚丙烯腈的低成本安全钠化，且无副反应产物残留，使其能够与无钠负极匹配，并通过在正极内部加入正极补钠剂，补偿负极首周不可逆的钠损耗，提升了全电池容量。

技术特征：

1.一种正极片，其特征在于，包括正极集流体以及设于所述正极集流体至少一侧的正极膜层，所述正极膜层的材质包括正极活性材料、补钠剂、导电剂和粘结剂；其中，所述正极活性材料包括钠化的碳复合的硫化聚丙烯腈；所述正极活性材料、所述补钠剂、所述导电剂和所述粘结剂的质量比为85~92：5~10：0.5~5：1~3。

2.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述正极活性材料的粒径为5~15μm。

3.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述补钠剂选自叠氮化钠、磷化钠、铬酸钠、镍酸钠、碳酸钠、亚硝酸钠、草酸钠、对二苯酸钠中的至少一种；和/或，

4.一种正极片的制备方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的正极片的制备方法，其特征在于，所述硫化聚丙烯腈和所述碳材料的质量比为80~95：5~20；和/或，

6.根据权利要求4所述的正极片的制备方法，其特征在于，在所述钠化处理的过程中，温度为250~300℃，升温速率为2~5℃/min，时间为1~3h，压力为50~200kpa。

7.根据权利要求4所述的正极片的制备方法，其特征在于，所述碳材料选自炉黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、碳纳米管、碳纳米线、石墨烯、导电石墨片中的至少一种；和/或，

8.一种电池，其特征在于，包括正极片、隔膜和负极片，所述正极片为如权利要求1~3中任一项所述的正极片或采用如权利要求4~7中任一项所述的正极片的制备方法制备得到。

9.一种如权利要求8所述的电池的制备方法，其特征在于，包括：

10.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求8所述的电池。

技术总结
本申请提供一种正极片及其制备方法、电池、其制备方法和用电设备。该正极片，包括正极集流体以及设于正极集流体至少一侧的正极膜层，正极膜层的材质包括正极活性材料、补钠剂、导电剂和粘结剂，质量比为85~92：5~10：0.5~5：1~3；其中，正极活性材料包括钠化的碳复合的硫化聚丙烯腈。本申请通过将硫化聚丙烯腈与碳复合形成复合体，为电化学反应提供丰富的电子传输通路，改善硫化聚丙烯腈的反应动力学，同时对硫化聚丙烯腈进行钠化处理，实现对硫化聚丙烯腈的低成本安全钠化，且无副反应产物残留，使其能够与无钠负极匹配，并通过在正极内部加入正极补钠剂，补偿负极首周不可逆的钠损耗，提升了全电池容量。

技术研发人员：李云明,苗力孝,高飞,张放南
受保护的技术使用者：蜂巢能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16