一种正极极片、电池及用电设备的制作方法

本发明涉及二次电池，尤其涉及一种正极极片、电池及用电设备。

背景技术：

1、本部分提供的仅仅是与本技术相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

2、当前市场上的二次电池以寿命长、使用安全、容量大等优势受到广泛关注。随着新能源汽车的快速发展和智能电站的逐步普及，目前商用二次电池的循环性能和能量密度很难满足储能市场日益增长的需求。其中正极极片的性能对电池的循环性能和能量密度等方面都有着至关重要的影响，因此，开发具有良好的循环性能、更高的能量密度的正极极片成为研究重点。

技术实现思路

1、本技术主要解决的技术问题是目前商用二次电池的循环性能和能量密度很难满足储能市场日益增长的需求的问题。

2、第一方面，本技术的实施例提供了一种正极极片，包括：

3、正极集流体；

4、第一正极活性层，至少位于正极集流体的一侧；第一正极活性层包括第一正极活性材料，第一正极活性材料包括第一碳包覆材料；基于第一正极活性材料的总质量，第一碳包覆材料的质量百分数为x1；

5、第二正极活性层，位于第一正极活性层远离正极集流体的一侧；第二正极活性层包括第二正极活性材料，第二正极活性材料包括第二碳包覆材料；基于第二正极活性材料的总质量，第二碳包覆材料的质量百分数为x2；

6、其中，x2大于x1，x2的数值范围满足1.5％-6％，x1的数值范围满足0.5％-3％。

7、本技术的实施例通过在正极集流体上设置碳包覆含量不同的第一正极活性层和第二正极活性层，以实现所形成的正极极片兼具高能量密度以及良好的循环稳定性。

8、具体地，通过第二正极活性材料中碳包覆材料的质量占比大于第一正极活性材料中碳包覆材料的质量占比，一方面第二正极活性层中活性材料的碳包覆的含量较高，有利于抵抗电解液及副反应产物对于第二正极活性材料的腐蚀，减少第二正极活性材料溶出活性离子的数量，减少溶出的活性离子通过电解液进入负极活性材料层中催化生长负极固态电解质膜的情况，减缓正极极片的循环容量的下降，提升正极极片的循环性能；另一方面第一正极活性层的活性材料的碳包覆含量少，使得克容量较高，有利于正极极片的能量密度的提升。

9、本技术的实施例中，第二碳包覆材料的质量占第二正极活性材料的总质量的百分数在1.5％-6％的范围内，使得第二正极活性材料的碳包覆含量较高，有利于抵抗电解液及副反应产物对于第二正极活性材料的腐蚀，减少第二正极活性材料溶出活性离子的数量，减少溶出的活性离子通过电解液进入负极活性材料层中催化生长负极固态电解质膜的情况，减缓正极极片的循环容量的下降，其相应的正极极片具有良好的循环稳定性。

10、本技术的实施例中，第一碳包覆材料的质量占第一正极活性材料的总质量的百分数在0.5％-3％的范围内，使得第一正极活性层的第一正极活性材料具有较高的克容量，其相应的正极极片具有较高的能量密度。

11、在一些实施例中，x2与x1的差值小于或等于5％，有利于正极极片的循环性能的提升以及能量密度的提升。

12、在一些实施例中，x2的数值范围满足2％-3％。

13、本技术的实施例中，本技术的实施例中，第二碳包覆材料的质量占第二正极活性材料的总质量的百分数在2％-3％的范围内，其相应的正极极片具有良好的循环稳定性以及良好的能量密度。

14、在一些实施例中，x1的数值范围满足0.8％-1.5％。

15、本技术的实施例中，第一碳包覆材料的质量占第一正极活性材料总质量的百分数在0.8％-1.5％的范围内，其相应的正极极片具有良好的能量密度。

16、在一些实施例中，第一碳包覆材料的石墨化程度大于第二碳包覆材料的石墨化程度。

17、本技术的实施例中，第一碳包覆材料的石墨化程度大于第二碳包覆材料的石墨化程度。相较于第二碳包覆材料，第一碳包覆材料的石墨化程度较高，晶格缺陷较少，电子迁移阻力较小，电池的动力学性能较好。相较于第一碳包覆材料，第二碳包覆材料的无序程度较大，第二碳包覆材料的缺陷较多，便于第二正极活性材料的活性离子的嵌入和脱出，有利于减少循环副反应的发生，从而改善相应的正极极片的循环性能。

18、在一些实施例中，碳包覆材料的拉曼光谱具有特征的1350cm-1峰和1575cm-1峰，1350cm-1峰的峰高为id，1575cm-1峰的峰高为ig；1350cm-1峰的峰高与1575cm-1峰的峰高的比值为id/ig；第一碳包覆材料的(id/ig)1小于第二碳包覆材料的(id/ig)2。

19、本技术的实施例中，通过碳包覆材料的拉曼光谱的特征来表征第二碳包覆材料的石墨化程度小于第一碳包覆材料的石墨化程度，一方面该表征手段可以无损地表征碳包覆材料的石墨化程度，另一方面该表征手段可以快捷、简便地进行，无需非常苛刻的检测条件，进一步地，该手段表征的碳包覆材料的谱峰清晰尖锐，更适合定量研究、数据库搜索、以及运用差异分析进行定性研究。

20、在一些实施例中，第二碳包覆材料的(id/ig)2与第一碳包覆材料的(id/ig)1的比值满足大于1且小于或等于3；可选为1.2-2.5，可实现第一碳包覆材料的石墨化程度大于第二碳包覆材料的石墨化程度。

21、在一些实施例中，第一碳包覆材料的(id/ig)1的取值范围满足1.0-2.0。

22、在一些实施例中，第二碳包覆材料的(id/ig)2的取值范围满足1.8-2.8。

23、本技术的实施例中，第一碳包覆材料的(id/ig)1的取值范围在1.0-2.0的范围内，使得第一碳包覆材料的石墨化程度稍高，有利于提升第一正极活性材料的微观结构的稳定性，减少第一正极活性材料在正极极片的脱落，减少活性离子的嵌入和脱出导致的第一正极活性材料的体积变化，有利于提升正极极片的能量密度。本技术的实施例中，第二碳包覆材料的(id/ig)2的取值范围在1.8-2.8的范围内，使得第二碳包覆材料具有较低的石墨化程度，第二碳包覆材料的无序程度较大，第二碳包覆材料的各向同性越好，有利于第二正极活性材料的活性离子的快速嵌入和脱出，从而进一步改善相应的正极极片的循环性能。

24、在一些实施例中，第一碳包覆材料包括无定形碳，和/或第二碳包覆材料包括无定形碳。

25、其中，无定形碳是指石墨化程度较低，接近非晶形态的碳材料。

26、本技术的实施例中，通过无定型碳形成第一碳包覆材料和/或第二碳包覆材料，使得第一碳包覆材料和/或第二碳包覆材料具有较低的石墨化程度，第一碳包覆材料和/或第二碳包覆材料的无序程度较大，第一碳包覆材料和/或第二碳包覆材料的缺陷较多，便于第一正极活性材料和/或第二正极活性材料的活性离子的嵌入和脱出，有利于减少循环副反应的发生，从而进一步改善相应的正极极片的循环性能。

27、在一些实施例中，基于相同的单位面积，第二正极活性层与第一正极活性层的质量比为m2/m1；m2/m1的数值范围满足(2:8)-(7:3)；可选地，m2/m1的数值范围满足(4:6)-(6:4)。

28、在一些实施例中，第二正极活性层与第一正极活性层的质量比在(2:8)-(7:3)的范围内，所在的正极极片既具有较好的能量密度，又具有较好的循环性能。可以理解，第二正极活性层与第一正极活性层的质量比过大，即第二正极活性层的在正极极片的占比过大，第一正极活性层在正极极片的占比过小，则正极极片的碳包覆材料的质量占比过大，导致正极极片的活性材料的占比过小，从而导致正极极片的活性材料的克容量过低，影响正极极片的能量密度。第二正极活性层与第一正极活性层的质量比过小，即第二正极活性层的在正极极片的占比过小，导致正极极片的碳包覆材料对于循环性能的提升作用过小。本技术的实施例中，第二正极活性层与第一正极活性层的质量比在(4:6)-(6:4)的范围内，所在的正极极片既具有良好的能量密度，又具有良好的循环性能。

29、在一些实施例中，第一正极活性层的单位面积质量为0.2g/1540.25mm2-0.45g/1540.25mm2。

30、在一些实施例中，第二正极活性层的单位面积质量为0.2g/1540.25mm2-0.45g/1540.25mm2。

31、本技术的实施例中，第一正极活性层的单位面积质量在0.2g/1540.25mm2-0.45g/1540.25mm2的范围内，使得第一正极活性层能够保持一定的能量密度。本技术的实施例中，第二正极活性层的单位面积质量在0.2g/1540.25mm2-0.45g/1540.25mm2的范围内，使得第二正极活性层20能够保持一定的能量密度。

32、在一些实施例中，第一正极活性材料包括层状结构材料、尖晶石结构材料、聚阴离子型材料中的一种或几种，可选为磷酸铁锂；和/或第二正极活性材料包括层状结构材料、尖晶石结构材料、聚阴离子型材料中的一种或几种，可选为磷酸铁锂。

33、本技术的实施例中，第一正极活性材料和第二正极活性材料可以采用上述活性材料的一种或几种的组合，具有良好的循环性能和安全性能。

34、第二方面，本技术的实施例提供一种正极极片的制备方法，包括：

35、提供正极集流体；

36、在正极集流体的一侧形成第一正极活性层；第一正极活性层包括第一正极活性材料，第一正极活性材料包括第一碳包覆材料；基于第一正极活性材料的总质量，第一碳包覆材料的质量百分数为x1；

37、在第一正极活性层远离正极集流体的一侧形成第二正极活性层；第二正极活性层包括第二正极活性材料，第二正极活性材料包括第二碳包覆材料；基于第二正极活性材料的总质量，第二碳包覆材料的质量百分数为x2；其中，x2大于x1，x2的数值范围满足1.5％-6％，x1的数值范围满足0.5％-3％。

38、本技术的实施例中，通过制备一种分层结构的正极极片，通过在正极集流体上设置碳包覆含量不同的第一正极活性层和第二正极活性层，以实现所形成的正极极片兼具高能量密度以及良好的循环稳定性。

39、在一些实施例中，第一正极活性材料或第二正极活性材料的制备方法，包括：

40、将前驱物与碳源在溶剂中混合，前驱物包括形成正极活性材料的前体材料；

41、以100r/min-1500r/min的速度球磨5h-20h；

42、混合物烘干后在惰性气体氛围下以300℃-800℃的温度烧结10h-24h。

43、本技术的实施例通过提供正极活性物质的制备方法，通过在制备过程中调控碳源的质量含量，形成不同碳包覆含量的第一正极活性材料和第二正极活性材料，以实现所形成的正极极片兼具高能量密度以及良好的循环稳定性。

44、在一些实施例中，碳源包括有机碳源、炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种；可选的，所述有机碳源包括蔗糖、葡萄糖、淀粉、柠檬酸、聚苯胺、聚丙烯酸、聚乙烯醇中的一种或多种。

45、碳源可以是上述材料的一种，也可以是上述材料的多种组合。上述材料的选择，能够使得碳源能够形成石墨化程度较低的碳包覆材料，以提高碳包覆材料的无序程度、改善碳包覆材料的各向同性。

46、第三方面，本技术的实施例提供了一种电池，包括第一方面提供的任一正极极片或第二方面提供的任一制备方法制备的正极极片。

47、本技术的实施例中，电池包括箱体和多个位于箱体内的电池单体。箱体用于为电池单体提供容纳空间，箱体可为多种形状。电池中，多个电池单体之间可串联或并联或混联。多个电池单体之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体构成的整体容纳于箱体内；当然，电池也可以是多个电池单体先串联或并联或混联组成电池模块形式，多个电池模块再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体内。电池还可以包括其他结构，例如，该电池还可以包括汇流部件，用于实现多个电池单体之间的电连接。其中，每个电池单体可以为二次电池或一次电池；还可以是锂离子电池、钠离子电池或镁离子电池，但不局限于此。

48、第四方面，本技术的实施例提供了一种用电设备，包括第三方面提供的电池。

49、本技术的实施例提供了一种用电设备，包括上述提供的电池。用电设备可以为手机、电脑、电动摩托、电动汽车等。本实施例以电动汽车为例进行说明。电动汽车的内部设置有电池，电池可以设置在电动汽车的底部或头部或尾部。电池可以用于电动汽车的供电，例如，电池可以作为电动汽车的操作电源。电动汽车还可以包括控制器和马达，控制器用来控制电池为马达供电，例如，用于电动汽车的启动、导航和行驶时的工作用电需求。在本技术一些实施例中，电池不仅可以作为电动汽车的操作电源，还可以作为电动汽车的驱动电源，为电动汽车提供驱动的动力。