一种正极片及其制备方法、电池、用电装置与流程

本发明属于电池，具体涉及一种正极片及其制备方法、电池、用电装置。

背景技术：

1、电池，如高能量密度锂电池在电动汽车、便携式电子设备和储能系统等多个领域具有重要的应用价值。提升锂电池能量密度的关键策略之一在于增加正极的厚度，厚正极能够在有限的电池体积和重量内储存更多的活性物质，从而显著提升电池的能量密度。无论采用锂金属、石墨、硅碳复合材料还是合金等不同类型的负极材料，厚正极的应用都能有效提升电池性能。然而，在传统的电极结构中，增加电极厚度会导致电荷(电子和离子)的传输距离以及电阻成比例地增加，在电极中加入固态电解质可提升离子传导性能，但电极和电解质材料点接触阻抗大，不能有效解决离子传导问题。厚电极的电荷传输动力学较差，其需要更多的时间使锂离子到达电极内的所有存储位点以防止锂的电镀，最终会导致倍率性能恶化和阻碍能量密度提升。

技术实现思路

1、针对现有厚电极中离子传导受限的问题，本发明提供了一种正极片及其制备方法、电池、用电装置。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种正极片，包括集流体和活性材料层，所述活性材料层设置在所述集流体的至少一侧；所述活性材料层包括正极活性物质、电子导电剂、离子导电剂和助剂，所述正极活性物质与所述离子导电剂的粒径比为(1:1)-(1:0.05)。

4、可选的，所述正极活性物质的粒径为0.2μm-30μm，所述离子导电剂的粒径为0.01μm-30μm。

5、可选的，所述离子导电剂包括卤化物固态电解质，所述卤化物固态电解质包括式1所示化合物，

6、lia(mb)xc，式1

7、其中，m包括ga、y、in、mg、sr、sc、al、fe、zr、hf、ta、nb、w及镧系金属元素的一种或多种，

8、x包括卤族元素中的一种或多种；

9、0.5≤a≤6，0.2≤b≤4，c＝a+bε，其中ε为m的加权平均化合价。

10、可选的，所述卤化物固态电解质包括lialf4、li3ycl6、li3incl6、li3incl5.5f0.5、li3tacl6、li0.388ta0.238la0.475cl3中的一种或多种。

11、可选的，所述正极活性物质包括镍钴锰酸锂、磷酸铁锰锂、磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍酸锂、富锂锰基、镍锰酸锂、磷酸钒氧锂中的一种或多种。

12、可选的，所述电子导电剂包括石墨、硬碳、软碳、碳纳米管、石墨烯、多孔碳、超导碳黑、乙炔黑、炉黑中的一种或多种。

13、可选的，所述助剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硅橡胶、丁苯橡胶、氢化丁腈橡胶、硼化聚乙二醇、纤维素、纤维素酯、纤维素醚、硝酸纤维素、羧烷基纤维素、纤维素盐、羧甲基纤维素钠、纤维素盐衍生物、聚丙烯酸、聚酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺中的一种或多种。

14、可选的，以所述活性材料层的含量为100％计，所述离子导电剂的质量含量为5％-50％，所述电子导电剂的质量含量为0.05％-5％，所述助剂的质量含量为0.1％-10％。

15、可选的，所述集流体选自铝金属集流体或复合集流体，所述复合集流体包括基膜和设置在所述基膜两侧的导电层。

16、可选的，所述基膜包括聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚苯硫醚中的一种或多种；所述导电层包括铝层。

17、可选的，所述正极片的厚度为20μm～6mm；

18、所述基膜的厚度为1-300μm，所述导电层的厚度为0.5-100μm。

19、可选的，所述活性材料层与所述集流体之间设置有粘接层，所述粘接层包括导电胶和导电填料，所述导电胶包括环氧树脂，所述导电填料包括银、镍、铜、铝、炭黑、石墨、碳纳米管、石墨烯、银修饰碳纳米管中的一种或多种。

20、第二方面，本发明提供了一种如上任意一项所述的正极片的制备方法，包括以下步骤：

21、将所述正极活性物质、离子导电剂、电子导电剂、助剂以及分散剂混合，得到浆料；

22、将所述浆料涂覆在所述集流体上，干燥后得到正极片。

23、可选的，所述分散剂包括甲苯、乙腈、1-己烯、乙醚、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、乙酸乙酯、二甲亚砜的一种或多种。

24、第三方面，本发明提供了一种如上任意一项所述的正极片的制备方法，包括以下步骤：

25、将所述正极活性物质、离子导电剂、电子导电剂和助剂混合，得到混合粉末；

26、对所述混合粉末施加剪切力，使助剂纤维化，得到胚料；

27、将所述胚料挤出或轧制成自支撑膜，将自支撑薄膜与所述集流体复合，辊压形成正极片。

28、可选的，所述对所述混合粉末施加剪切力包括对所述混合粉末进行搅拌，搅拌速度为500-3000rpm，搅拌时间为10-60min。

29、可选的，所述助剂选自聚四氟乙烯，所述聚四氟乙烯的分子量为106-108g/mol。

30、可选的，所述辊压的温度为60-200℃。

31、第四方面，本发明提供了一种如上任意一项所述的正极片的制备方法，包括以下步骤：

32、将所述正极活性物质、离子导电剂、电子导电剂以及助剂混合，得到混合粉末；

33、将所述混合粉末喷涂到所述集流体上，热压载有所述混合粉末的集流体，得到正极片。

34、可选的，将所述混合粉末喷涂到所述集流体上的喷涂方式为静电粉末喷涂，所述静电粉末喷涂的条件包括：充电电压为15-90kv，载气压力为10-100psi，辅助气体选自氩气，喷枪头与所述集流体之间的间隙距离为2-30cm。

35、可选的，所述热压为热辊压，所述热辊压的温度为60-200℃。

36、第四方面，本发明提供了一种电池，所述电池为固态电池或半固态电池，所述固态电池或半固态电池包括负极、固态电解质和如上任意一项所述的正极片，

37、或，所述固态电池或半固态电池包括由如上所述的正极片的制备方法制备得到的正极片。

38、可选的，所述固态电解质包括卤化物固态电解质、硫化物固态电解质、氧化物固态电解质、聚合物固态电解质、复合固态电解质中的一种或多种；

39、所述负极选自锂金属、锂合金、石墨负极、硅氧负极、硅碳负极、硅负极、锡负极、氧化锡负极、锡合金负极中的一种，所述锂合金包括锂与金、铟、镁、锌、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、锰、铝、铜、硼、银、锡、硅、碳、磷中的一种或多种形成的合金；

40、或，所述负极选自无锂负极。

41、可选的，所述卤化物固态电解质包括li3ycl6、li3sccl6和li3ybr6中的一种或多种；

42、所述硫化物固态电解质包括lgps、lps、lpscl中的一种或多种；

43、所述氧化物固态电解质包括llzo、llzto、llto、latp、lagp中的一种或多种；

44、所述聚合物固态电解质包括聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种；

45、所述复合固态电解质包括无机填料和聚合物基体，所述无机填料包括氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、卤化物固态电解质中的一种或多种；所述聚合物基体包括聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。

46、第五方面，本发明提供了一种用电装置，包括如上任意一项所述的电池。

47、有益效果

48、在正极片中，通过调控正极活性物质和离子导电剂的粒径比，便于离子导电剂在正极片中的均匀分布，使得离子导电剂在正极片中形成网络结构，有效增加离子传导路径，有效提升了电极的离子传导性，从而提高电池的整体性能。离子导电剂在正极片中形成网络结构使得即使在较厚的电极中，也能保持高效的离子传输。

49、在正极片的制备方法中通过使用分散剂或干法制备工艺，避免了传统使用湿法制备的正极片中卤化物固态电解质与有机溶剂的反应。