一种复合电芯及应用其的电池的制作方法

本技术涉及电池，具体涉及一种复合电芯及应用其的电池。

背景技术：

1、锂离子电池具有工作电压高、体积小、质量轻、循环寿命长、可快速充电、自放电效率低、无记忆效应等优点，已被广泛应用于各种便携式电子产品和电动汽车中。锂离子电池电芯主要由正极片、负极片和隔膜经层叠、卷绕等方式形成，其中，正极活性材料是正极片的重要组成部分之一，对锂离子电池电芯的电化学性能和安全起着重要的作用。

2、可选的正极活性材料有许多种，目前主流产品多采用铁锂磷酸盐材料、含锂氧化物材料(层状氧化物以及尖晶石结构化合物)等。铁锂磷酸盐材料具有高安全性、长循环等优势，但是其容量和能量密度均较低。含锂氧化物材料则具有高容量、高能量密度、耐低温等优异性能，已成为目前最有商业化前景的锂离子二次电池的正极活性材料，但是，含锂氧化物材料则存在安全性能、倍率性能较差的问题。因此，为了弥补铁锂磷酸盐材料的容量和能量密度方面的不足，现有技术中通常将铁锂磷酸盐材料与含锂氧化物材料联合使用，以将两种材料各自的优势进行结合，发挥两种材料各自的优势。

3、目前，行业中一般将铁锂磷酸盐材料与层状氧化物/尖晶石结构化合物这两种材料混合后形成的浆料涂布在集流体的表面上以制备正极片。然而，不同种类的正极活性材料由于材料特性各异，上述两种正极材料的电压和颗粒尺寸差异较大，只采用直接混合的方式，往往由于材料混合不均匀、材料搭配方式不合理而使得不同种类的正极活性材料无法充分发挥其材料优势，甚至使集成了不同种类正极活性材料的电芯在某些性能上还不如仅采用单一活性材料的电芯。此外，对于某些特性不同的正极活性材料，当其各自所制备的正极片在同一电芯复合时，若搭配同一种负极片，则不能很好的发挥上述两种正极活性材料的优势，基于此，如何在同一电芯中集成不同正极活性材料并发挥上述正极活性材料的协同优势，是本领域技术人员在研究中急需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本实用新型提供一种复合电芯及应用其的电池，该复合电芯通过集成两种或两种以上的正极片，使得电芯同时兼具高容量和高安全性能的优点，并赋予电芯高能量密度和优异的循环性能。

2、根据本实用新型的第一个方面，提供一种复合电芯，该复合电芯至少包括第一正极片和第一复合正极片；第一正极片中仅含有一种正极活性材料，第一正极片中所含有的正极活性材料选自磷酸盐类材料、含锂氧化物材料中的其中一种；第一复合正极片包括正极集流体，正极集流体包括两个背对设置的表面，正极集流体的其中一个表面上至少设有两层单相正极活性涂层，每层单相正极活性涂层仅含有一种正极活性材料，且每层单相正极活性涂层含有互不相同的正极活性材料，单相正极活性涂层所含有的正极活性材料选自磷酸盐类材料、含锂氧化物材料中的其中一种。

3、本实用新型设计出两种或两种以上不同的正极片共存的复合电芯，一方面，能够在一定程度上降低现有的含单一正极片的电芯中由于两种正极材料之间因粒度不匹配引起的混合不均匀对电芯的性能的影响，另一方面，是为了使含锂氧化物材料发挥高容量和高能量密度特性的同时磷酸盐类材料也能发挥其高安全的特性，该复合电芯能够充分发挥不同正极活性材料的协同优势，充分利用两种正极材料各自的特性，使得上述电芯同时兼具高容量和高安全性能的优点，并赋予电芯高能量密度和优异的循环性能。

4、同时本实用新型将高能量密度材料和高安全的材料进行分层涂布，一方面是为了避免两种正极活性材料匀浆工艺过程中粒度不匹配的影响，另一方面有助于在单个正极片中进一步发挥高安全材料的特性，对高能量密度材料层形成涂层层级保护和极片层级保护，提升高温循环性能，减少高能量密度材料和电解液的副反应，同时也可以提升极片的安全性能，降低高能量密度材料带来的安全风险；并且采用分层涂布后，有利于提升第一复合正极片中位于最底层的单相正极活性涂层与集流体二者之间的粘接力，有助于提高极片中导电网络的稳定性，降低循环过程中交流阻抗的增长，从而提升循环性能。另外，本实用新型将高能量密度的正极片和高安全的正极片进行混搭，实现两种体系的搭配，得到至少两种不同的正极片共存的复合电芯，相较于采用单一正极活性材料的电芯而言，上述电芯的能量密度和循环性能得到整体的提高，且相较于两种不同的正极活性材料(磷酸盐类材料和含锂氧化物材料)分别分布在正极集流体的两面的电芯而言，上述电芯可通过调整高能量密度极片的数量或者高安全极片的数量以使电芯实现高能量密度和高安全性能的结合。

5、在本实用新型中，所采用的磷酸盐类材料的化学式为limnxfeya(1-x-y)po4(0≤x≤1，0≤y≤1)，a选自mg、al、ni、co、v、nb、ca、ti、zn、cu、zr、sr、sn、y、w、b、si、na、k中的至少一种；所采用的含锂氧化物材料选自层状氧化物、尖晶石结构化合物中的其中一种；层状氧化物的化学式为lianibcocm(1-b-c)o2(0.8≤a≤1.4，0.2≤b≤1，0.2≤c≤1)，m选自mn、mg、al、zr、ti、v、w、b、nb、ca、zn、cu、sr、sn、y、si、na、k中的至少一种；尖晶石结构化合物包括limn2o4、lini0.5mn1.5o4中的至少一种。

6、优选地，第一复合正极片中的正极集流体的其中一个表面上设有单相正极活性涂层a和单相正极活性涂层b；第一复合正极片中的正极集流体的另一表面上设有单相正极活性涂层a和/或单相正极活性涂层b。

7、优选地，以复合电芯中含有的第一正极片的总片数为n1，以复合电芯中含有的第一正极片、第一复合正极片的总片数为m1，n1、m1满足，0＜n1/m1≤90％。

8、优选地，上述复合电芯还包括第二正极片，第二正极片中仅含有一种正极活性材料，第二正极片中所含有的正极活性材料选自磷酸盐类正极材料、含锂氧化物材料中的其中一种，且第一正极片中所含有的正极活性材料与第二正极片中所含有的正极活性材料的种类互不相同。

9、优选地，第一正极片的正极集流体的两侧对称设有同一种正极活性涂层，第二正极片的正极集流体的两侧对称设有同一种正极活性涂层。

10、优选地，以复合电芯中含有的第一正极片、第二正极片的总片数为n2，以复合电芯中含有的第一正极片、第二正极片、第一复合正极片的总片数为m2，n2、m2满足，0＜n2/m2≤90％。

11、优选地，上述复合电芯还包括第二复合正极片，第二复合正极片包括正极集流体，正极集流体包括背对设置的两个表面，正极集流体的其中一个表面上至少设有两层单相正极活性涂层；当第一复合正极片中的正极集流体的另一个表面上仅设有一层单相正极活性涂层，第二复合正极片中的正极集流体的另一个表面上设有两层单相正极活性涂层；当第一复合正极片中的正极集流体的另一个表面上设有两层单相正极活性涂层，第二复合正极片中的正极集流体的另一个表面上仅设有一层单相正极活性涂层。

12、优选地，以复合电芯中含有的第一正极片的总片数为n3，以复合电芯中含有的第一正极片、第一复合正极片、第二复合正极片的总片数为m3，n3、m3满足，0＜n3/m3≤90％。

13、优选地，以第一正极片的面电阻为r1，以第一复合正极片的面电阻为r2，r1、r2满足，0.2×10-3ω/mm2≤r1≤r2≤1×10-2ω/mm2。

14、本方案提供的复合电芯将第一正极片的面电阻r1和第一复合正极片的面电阻r2控制在0.2×10-3～1×10-2ω/mm2范围之内且使r1≤r2，有利于第一正极片电阻在其电压段的容量发挥，进一步提高了电芯的能量密度。

15、优选地，以第一复合正极片中含有含锂氧化物材料的单相正极活性涂层的单位面积比容量为so，以第一复合正极片中含有磷酸盐类材料的单相正极活性涂层的单位面积比容量为sp，so、sp满足，so：sp＝(5～65)：100。

16、本方案提供的复合电芯中第一复合正极片中含有含锂氧化物材料的单相正极活性涂层的单位面积比容量so与含有磷酸盐类材料的单相正极活性涂层的单位面积比容量sp满足so：sp＝(5～65)：100，有利于进一步提高正极片的导电网络稳定性，使得锂离子在正极片中的脱嵌更加顺畅，有利于提高电芯的长循环性能。若电芯中所采用第一复合正极片中含有含锂氧化物材料的单相正极活性涂层的单位面积比容量so与含有磷酸盐类材料的单相正极活性涂层的单位面积比容量sp不满足so：sp＝(5～65)：100这一比例关系，则会导致位于最外层的单相正极活性涂层与集流体之间的间距过大，不利于导电网络稳定，锂离子在正极片中的脱嵌受阻，劣化了复合电芯的容量和循环性能。

17、优选地，每层正极活性涂层的面密度为100～600g/m2。

18、根据本实用新型的第二个方面，提供一种电池，该电池包括上述复合电芯。

19、将本实用新型提供的复合电芯应用于电池中，能够实现不同种正极活性材料同时充放电，从而充分利用不同正极活性材料的优势，获得兼具高能量密度和优异的循环性能的电池。