一种电极、电池和用电设备的制作方法

本申请涉及新能源，特别是涉及一种电极、电池和用电设备。

背景技术：

1、二次电池(rechargeable battery)又称为充电电池或蓄电池，是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。然而，现有电池在首次充电过程中会消耗大量从正极脱出的活性离子来形成负极表面的sei膜(solid electrolyteinterface，固体电解质界面膜)，sei膜的形成不可逆的消耗部分活性离子，导致首次充放电效率的下降，进而造成不可逆的容量损失。

技术实现思路

1、本申请主要解决的技术问题是提供一种电极、电池和用电设备，能够补偿首次充电时形成sei膜所消耗的活性离子，提高电池的循环容量；同时能够保护补偿层的活性物质不被水氧侵蚀，提高补偿效果。

2、为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种电极，电极包括基层、活性层、过渡层、补偿层和稳定层，活性层位于基层的一侧，过渡层位于活性层远离基层的一侧，补偿层位于过渡层远离活性层的一侧，稳定层位于补偿层远离过渡层的一侧；活性层包括活性材料，补偿层包括补偿活性物质，补偿活性物质用于补偿活性离子，过渡层包括第一物质，第一物质至少部分溶解于电解液，以使第一物质溶解后活性层与补偿层连通；稳定层包括第二物质，第二物质至少部分溶解于电解液，以使第二物质溶解后裸露补偿层。

3、该实施方式中，通过在电极上设置补偿层能够补偿首次充电时形成sei膜所消耗的活性离子，提高电池的循环容量；同时在补偿层与活性层之间设置过渡层，能够暂时性隔离补偿层中活性物质与活性层中活性材料相互作用，降低安全风险；进一步地，通过设置稳定层，能够保护补偿层的活性物质不被水氧侵蚀，提高补偿效果。

4、在一实施方式中，过渡层还包括第三物质，第三物质包括补充包，补充包包括包裹层以及被包裹层包覆的补偿活性物质。该实施方式中，通过在过渡层中设置可以缓释补锂的物质，能够在过渡层中第一物质被溶解进行首效补锂后，还可以持续补锂。

5、在一实施方式中，包裹层包括氨基树脂材料、丙烯酸酯聚合物、无机复合材料、无机-有机复合材料中的一种或多种，无机-有机复合材料包括有机聚合物和含硅氧键的无机化合物。该实施方式中，可以通过控制包裹层的成分选材控制补锂速度，达到补锂缓慢释放的效果，减少因补锂剂剧烈消耗对电池结构造成不可逆的破坏，提高电池性能。

6、在一实施方式中，补偿活性物质包括锂金属、锂合金、锂盐中的一种或多种。能够快速与负极活性材料发生嵌锂化反应，实现补锂。

7、在一实施方式中，过渡层还包括负极成膜物质。负极成膜物质能够起到人造sei的作用，能够促进负极表面形成均匀且致密的sei膜，改善负极成膜效果，同时能够降低成膜消耗，从另一角度提高补锂效果，提高负极性能，提升电池的循环寿命以及存储寿命。

8、在一实施方式中，稳定层还包括负极成膜物质。能够进一步地促进负极表面形成均匀且致密的sei膜，改善负极成膜效果，同时能够降低成膜消耗，从另一角度提高补锂效果，提高负极性能，提升电池的循环寿命以及存储寿命。

9、在一实施方式中，负极成膜物质包括lif、li2co3、li2o、li2so3、li3po4。

10、在一实施方式中，第一物质和第二物质包括碱金属硝酸盐、碱金属高氯酸盐、碱土金属硝酸盐、碱土金属高氯酸盐、碱金属卤化物、电解液添加剂中的一种或多种。

11、在一实施方式中，第一物质和第二物质包括硝酸锂(lino3)、硝酸镁(mg(no3)2)、高氯酸锂(liclo4)、高氯酸钠(naclo4)、高氯酸镁(mg(clo4)2)、氯化钠(nacl)、氟化镁(mgf2)；四氟硼酸锂(libf4)、六氟磷酸锂(lipf6)；双氟磺酰亚胺锂(lifsi)；碳酸乙烯酯(ethylenecarbonate，ec)、1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-propanesultone，1,3-ps)中的一种或多种。

12、该实施方式中，上述物质能够较好的溶解于碳酸酯类或醚类的溶剂中，且溶解速度较快。同时上述可溶性物质溶解于电池电解液中之后，也不会降低电池电解液的性能。

13、在一实施方式中，过渡层还包括第四物质，第四物质包括聚酰亚胺、聚醚砜、聚偏氟乙烯、醋酸纤维素、聚己内酯、羟甲基纤维素、丁苯橡胶、海藻酸钠、聚丙烯酸酯类、聚环氧乙烷(peo)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)、聚丙烯腈(pan)、聚丙烯酸、聚乳酸乙醇酸共聚物中的至少一种。过渡层中还可以包括不溶于电解液的物质，该不溶物可以为第一物质提供附着框架，有利于制备过程中过渡层的成膜。进一步地，还可以控制第一物质的溶解速度，以减缓补偿层与活性层发生嵌锂反应的速度，利于形成更均匀的sei膜。

14、在一实施方式中，基于过渡层的总重量，第一物质的质量比例大于50％。可选地，第一物质的质量比例为60％-80％。可溶性物质含量的控制，一方面能够减少可溶性物质溶解进入到电解液后影响电解液性能，另一方面，若不溶物过多会影响锂离子传输而增大极化，影响电池性能。

15、在一实施方式中，基于稳定层的总重量，第二物质的质量比例大于50％。可选地，第二物质的质量比例为70％-90％。可溶性物质含量的控制，一方面能够减少可溶性物质溶解进入到电解液后影响电解液性能，另一方面，若不溶物过多会影响锂离子传输而增大极化，影响电池性能。

16、在一实施方式中，基于电极层的总重量，稳定层的质量比例为0.1wt％-10wt％，可选为0.3wt％-3.0wt％，电极层的总重量为活性层、过渡层、补偿层与稳定层的总质量。稳定层含量的控制，一方面能够减少可溶性物质溶解进入到电解液后影响电解液性能，另一方面，若太多物质无法溶解，留在电极表面会影响电池的能量密度。

17、在一实施方式中，稳定层的厚度为100nm-10000nm，可选为300nm-3000nm。若稳定层过薄，则起不到保护补偿层的作用；若稳定层太厚，若太多物质无法溶解，留在电极表面会影响电池的能量密度。

18、在一实施方式中，电解液包括碳酸酯类溶剂、醚类溶剂中的一种或多种。能够利于活性离子的传输，降低电极表面副反应，提高电池稳定性。

19、为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种电池，其包括补偿电极。补偿电极上述任一实施例的电极浸润电解液后得到的。当电池采用所给的补偿电极时，能够实现活性离子的补充、有效提高电池的首次充电效率和循环容量。

20、为解决上述技术问题，本申请采用的再一个技术方案是：提供一种用电设备，其包括上述电池。用电设备至少具有与电池相同的优势，可提高用电设备的可靠性。

21、上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

技术特征：

1.一种电极，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述过渡层还包括第三物质，所述第三物质包括补充包，所述补充包包括包裹层以及被所述包裹层包覆的所述补偿活性物质。

3.根据权利要求2所述的电极，其特征在于，所述包裹层包括氨基树脂材料、丙烯酸酯聚合物、无机复合材料、无机-有机复合材料中的一种或多种，所述无机-有机复合材料包括有机聚合物和含硅氧键的无机化合物。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电极，其特征在于，所述补偿活性物质包括锂金属、锂合金、锂盐中的一种或多种。

5.根据权利要求1-4任一项所述的电极，其特征在于，所述过渡层还包括负极成膜物质。

6.根据权利要求1-5任一项所述的电极，其特征在于，所述稳定层还包括负极成膜物质。

7.根据权利要求5或6所述的电极，其特征在于，所述负极成膜物质包括lif、li2co3、li2o、li2so3、li3po4中的一种或几种。

8.根据权利要求1-7任一项所述的电极，其特征在于，所述第一物质和所述第二物质包括碱金属硝酸盐、碱金属高氯酸盐、碱土金属硝酸盐、碱土金属高氯酸盐、碱金属卤化物、电解液添加剂中的一种或多种。

9.根据权利要求8所述的电极，其特征在于，所述第一物质和所述第二物质包括lino3、mg(no3)2、liclo4、naclo4、mg(clo4)2、nacl、mgf2、libf4、lipf6、双氟磺酰亚胺锂、碳酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯中的一种或多种。

10.根据权利要求1-9任一项所述的电极，其特征在于，所述过渡层还包括第四物质，所述第四物质包括聚酰亚胺、聚醚砜、聚偏氟乙烯、醋酸纤维素、聚己内酯、羟甲基纤维素、丁苯橡胶、海藻酸钠、聚丙烯酸酯类、聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯腈(pan)、聚丙烯酸、聚乳酸乙醇酸共聚物中一种或多种。

11.根据权利要求1-10任一项所述的电极，其特征在于，基于所述过渡层的总重量，所述第一物质的质量比例大于50％；可选为60％-80％。

12.根据权利要求1-11任一项所述的电极，其特征在于，基于所述稳定层的总重量，所述第二物质的质量比例大于50％；可选为70％-90％。

13.根据权利要求1-12任一项所述的电极，其特征在于，基于电极层的总重量，所述稳定层的质量比例为0.1wt％-10wt％，可选为0.3wt％-3.0wt％；所述电极层的总重量为所述活性层、所述过渡层、所述补偿层与所述稳定层的总质量。

14.根据权利要求1-13任一项所述的电极，其特征在于，所述稳定层的厚度为100nm-10000nm，可选为300nm-3000nm。

15.根据权利要求1-14任一项所述的电极，其特征在于，所述电解液包括碳酸酯类溶剂、醚类溶剂中的一种或多种。

16.一种电池，其特征在于，包括补偿电极，所述补偿电极是权利要求1-15任一项所述的电极浸润电解液后得到的。

17.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求16所述的电池。

技术总结
本申请公开了一种电极、电池和用电设备。电极包括基层、活性层、过渡层、补偿层和稳定层，过渡层位于活性层与补偿层之间，补偿层包括补偿活性物质；稳定层位于补偿层远离过渡层的一侧；过渡层包括第一物质，第一物质至少部分溶解于电解液，以使第一物质溶解后活性层与补偿层连通；稳定层包括第二物质，第二物质至少部分溶解于电解液，以使第二物质溶解后裸露补偿层。通过上述方式，本申请能够补偿首次充电时形成SEI膜所消耗的活性离子，提高电池的循环容量；同时能够保护补偿层的活性物质不被水氧侵蚀，提高补偿效果。

技术研发人员：杨成龙,高靖宇,蒋昊,陈傲赛,张海明
受保护的技术使用者：宁德时代新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/1/9