电极极片及其制备方法、二次电池和用电装置与流程

本技术涉及电池，特别是涉及一种电极极片及其制备方法、二次电池和用电装置。

背景技术：

1、近年来，二次电池由于其较高的能量密度以及可循环性能，被广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。随着二次电池取得的极大发展以及广泛应用，对其电化学等性能也提出了更高的要求。

2、因此，如何提供一种性能良好的二次电池是一项亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术是鉴于上述技术问题而进行的，其目的在于，提供一种电极极片及其制备方法、二次电池及用电装置，含有该电极极片的二次电池的循环性能有所提升。

2、第一方面，本技术提供了一种电极极片，包括：集流体；活性材料层，设置在所述集流体的至少一个表面上；绝缘层，设置在所述活性材料层上；涂层，设置在所述绝缘层上，且所述涂层包括离子捕捉剂，所述离子捕捉剂相对于锂金属的还原电位为0～2v。

3、本技术实施例中，电极极片的涂层中包括有离子捕捉剂，且离子捕捉剂相对于锂金属的还原电位为0～2v。正极材料是二次电池的重要组成部分，直接影响二次电池的性能，而含过渡金属的正极材料在电化学环境中不可避免会发生过渡金属离子溶出的现象，一方面溶出的过渡金属离子破坏了原有正极材料的结构稳定性从而影响二次电池寿命，另一方面，溶出的过渡金属离子会迁移并沉积到负极材料表面，催化电解液和负极界面膜分解重生，持续消耗可逆的活性金属，最终导致二次电池性能的下降。本技术实施例的技术方案中，电极极片的涂层中的离子捕捉剂相对于锂金属的还原电位为0～2v，而过渡金属离子相对于锂金属的还原电位一般在2v以上，因此离子捕捉剂可以将二次电池中溶出的过渡金属离子还原成不易溶出的低价态离子，或者是还原成金属单质，从而改善过渡金属离子催化分解电解液和负极界面膜的情况，从而提升二次电池的循环性能。另外，由于h+相对于锂金属的还原电位比过渡金属离子相对于锂金属的还原电位还高，因此离子捕捉剂还可以将电池单体中的h+还原，也就是起到除去电解液中酸性物质(如hf、有机酸rh+、h·自由基等)的作用，进一步提升二次电池的性能。电极极片设置含有离子捕捉剂的涂层，并设置绝缘层将活性材料层和涂层隔离，降低离子捕捉剂与电极活性材料直接接触的可能性，以降低离子捕捉剂失去氧化还原活性的风险，同时降低离子捕捉剂影响电极活性材料性能的风险。

4、在一种可能的实现方式中，所述离子捕捉剂包括活泼金属、碱金属的化合物中的至少一种。可选地，所述活泼金属包括li、na、k、rb、cs、fr、mg、ca、sr、ba、al、ti或v中的至少一种，可选地，所述活泼金属包括li、na、mg、al、ti或v中的至少一种；可选地，所述碱金属的化合物包括a1xb，a2yti5o12，以及式(i)、式(ii)或式(iii)所示的化合物中的至少一种：

5、r-a3(i)、

6、其中，a1、a2、a3、a4、a5、a6各自独立地包括li、na或k中的至少一种，b包括c、si或sn，x≥0.05，y＞4，r、r1、r2、r3、r4各自独立地包括氢原子、碳原子数为1～20的烷基、磺酸基或磺酰基取代的碳原子数为1～20的烷基、碳原子数为2～20的烯基、磺酸基或磺酰基取代的碳原子数为2～20的烯基、碳原子数为6～26的芳基、磺酸基或磺酰基取代的碳原子数为6～26的芳基、碳原子数为1～20的羧基、磺酸基或磺酰基取代的碳原子数为1～20的羧基、碳原子数为1～20的羰基、磺酸基或磺酰基取代的碳原子数为1～20的羰基、碳原子数为6～26的芳氧基、磺酸基或磺酰基取代的碳原子数为6～26的芳氧基中的至少一种。

7、在一种可能的实现方式中，所述a1xb包括li1/6c、na1/6c、k1/8c、li4.4si、或li4.4sn中的至少一种。

8、在一种可能的实现方式中，5≤y≤7，所述a2yti5o12包括li7ti5o12或na7ti5o12中的至少一种。

9、在一种可能的实现方式中，式(i)所示的化合物包括正丁基锂、萘基锂或联苯基锂中的至少一种。

10、在一种可能的实现方式中，式(ii)所示的化合物包括中的至少一种。

11、在一种可能的实现方式中，式(iii)所示的化合物包括中的至少一种。

12、在一种可能的实现方式中，所述离子捕捉剂在所述涂层中的质量占比为50％～99％，可选地，所述离子捕捉剂在所述涂层中的质量占比为80％～98％。

13、涂层中离子捕捉剂的质量占比在所给范围内，离子捕捉剂能够起到很好的还原过渡金属离子的作用，从而进一步改善电池的循环性能。

14、在一种可能的实现方式中，所述涂层的厚度d1为0.01μm～20μm，可选地，d1为0.1μm～10μm。

15、涂层的厚度太小时，电极极片内离子捕捉剂的含量太少，离子捕捉剂不能起到很好的化学反应还原过渡金属离子的作用；涂层的厚度太大时，会阻碍电极极片的活性材料中的活性金属离子的迁移，使二次电池的性能恶化，比如，影响二次电池的循环性能。因此，设置涂层的厚度为0.01μm～20μm，有利于提升二次电池的性能。

16、在一种可能的实现方式中，所述绝缘层的厚度d2为0.01μm～20μm，可选地，d2为0.1μm～10μm。

17、绝缘层的厚度太小时，不能起到很好的隔离离子捕捉剂和电极活性材料的作用；绝缘层的厚度太大时，会阻碍电极极片的活性材料中的活性金属离子的迁移，使二次电池的性能恶化，比如，影响二次电池的循环性能。因此，设置绝缘层的厚度为0.01μm～20μm，有利于提升二次电池的性能。

18、在一种可能的实现方式中，所述涂层还包括粘结剂；可选地，所述粘结剂包括聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-三氯乙烯共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚环氧乙烷、聚芳酯、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、再生纤维素、乙酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、淀粉、或氰基乙基支链淀粉中的至少一种。

19、涂层中的离子捕捉剂粘可以通过粘结剂与活性材料层粘结，使得离子捕捉剂与活性材料层之间具有良好的粘结力，以提高电极极片整体的结构强度。

20、在一种可能的实现方式中，所述涂层还包括填充物；

21、可选地，所述填充物包括无机颗粒、有机颗粒、或有机-金属框架材料中的至少一种；可选地，所述无机颗粒包括具有5以上介电常数的无机颗粒或具有离子传导性但不储存离子的无机颗粒中的至少一种；可选地，所述有机颗粒包括聚碳酸酯、聚噻吩、聚吡啶、聚苯乙烯、聚丙烯酸蜡、聚乙烯、聚丙烯、纤维素、纤维素改性剂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、聚酯、有机硅树酯、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚芳酰胺、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮、聚芳醚酮、或丙烯酸丁酯与甲基丙烯酸乙酯的共聚物中的至少一种；可选地，所述有机-金属框架材料包括含氮杂环类配体构筑结构、有机羧酸类配体构筑结构、含氮氧混合类配体构筑结构中的至少一种。

22、在涂层中添加填充物，以在涂层中提供供离子通过的孔道，以提升二次电池的循环性能。

23、在一种可能的实现方式中，所述绝缘层包括无机颗粒、有机颗粒、或有机-金属框架材料中的至少一种；可选地，所述无机颗粒包括具有5以上介电常数的无机颗粒或具有离子传导性但不储存离子的无机颗粒中的至少一种；可选地，所述有机颗粒包括聚碳酸酯、聚噻吩、聚吡啶、聚苯乙烯、聚丙烯酸蜡、聚乙烯、聚丙烯、纤维素、纤维素改性剂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、聚酯、有机硅树酯、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚芳酰胺、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮、聚芳醚酮、或丙烯酸丁酯与甲基丙烯酸乙酯的共聚物中的至少一种；可选地，所述有机-金属框架材料包括含氮杂环类配体构筑结构、有机羧酸类配体构筑结构、含氮氧混合类配体构筑结构中的至少一种。

24、上述技术方案提供的绝缘物质都具有良好的绝缘性能，可以起到很好的电子绝缘和隔离离子捕捉剂和电极活性材料的作用。

25、第二方面，提供了一种电极极片的制备方法，包括：提供集流体；提供活性材料浆料，将所述活性材料浆料涂覆在所述集流体的至少一个表面上，形成活性材料层；提供绝缘浆料，将所述绝缘浆料涂覆在所述活性材料层上，形成绝缘层；提供涂层浆料，所述涂层浆料包括离子捕捉剂，所述离子捕捉剂相对于锂金属的还原电位为0～2v，将所述涂层浆料涂覆在所述绝缘层上，得到电极极片。

26、第三方面，提供了一种二次电池，包括第一方面及其中任一项可能的实现方式中的电极极片。

27、第四方面，提供了一种用电装置，包括第三方面所述的二次电池。

28、本技术实施例提供了一种电极极片，电极极片的涂层中包括有离子捕捉剂，且离子捕捉剂相对于锂金属的还原电位为0～2v。正极材料是二次电池的重要组成部分，直接影响二次电池的性能，而含过渡金属的正极材料在电化学环境中不可避免会发生过渡金属离子溶出的现象，一方面溶出的过渡金属离子破坏了原有正极材料的结构稳定性从而影响二次电池寿命，另一方面，溶出的过渡金属离子会迁移并沉积到负极材料表面，催化电解液和负极界面膜分解重生，持续消耗可逆的活性金属，最终导致二次电池性能的下降。本技术实施例的技术方案中，电极极片的涂层中的离子捕捉剂相对于锂金属的还原电位为0～2v，而过渡金属离子相对于锂金属的还原电位一般在2v以上，因此离子捕捉剂可以将二次电池中溶出的过渡金属离子还原成不易溶出的低价态离子，或者是还原成金属单质，从而改善过渡金属离子催化分解电解液和负极界面膜的情况，从而提升二次电池的循环性能。另外，由于h+相对于锂金属的还原电位比过渡金属离子相对于锂金属的还原电位还高，因此离子捕捉剂还可以将电池单体中的h+还原，也就是起到除去电解液中酸性物质(如hf、有机酸rh+、h·自由基等)的作用，进一步提升二次电池的性能。电极极片设置含有离子捕捉剂的涂层，并设置绝缘层将活性材料层和涂层隔离，降低离子捕捉剂与电极活性材料直接接触的可能性，以降低离子捕捉剂失去氧化还原活性的风险，同时降低离子捕捉剂影响电极活性材料性能的风险。

技术特征：

1.一种电极极片，包括：

2.根据权利要求1所述的电极极片，其中，所述离子捕捉剂包括活泼金属、碱金属的化合物中的至少一种；

3.根据权利要求2所述的电极极片，其中，所述a1xb包括li1/6c、na1/6c、k1/8c、li4.4si或li4.4sn中的至少一种。

4.根据权利要求2或3所述的电极极片，其中，5≤y≤7；可选地，所述a2yti5o12包括li7ti5o12或na7ti5o12中的至少一种。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的电极极片，其中，式(i)所示的化合物包括正丁基锂、萘基锂或联苯基锂中的至少一种。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的电极极片，其中，式(ii)所示的化合物包括中的至少一种。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的电极极片，其中，式(iii)所示的化合物包括中的至少一种。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电极极片，其中，所述离子捕捉剂在所述涂层中的质量占比为50％～99％，可选地，所述离子捕捉剂在所述涂层中的质量占比为80％～98％。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电极极片，其中，所述涂层的厚度d1为0.01μm～20μm，可选地，d1为0.1μm～10μm。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的电极极片，其中，所述绝缘层的厚度d2为0.01μm～20μm，可选地，d2为0.1μm～10μm。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的电极极片，其中，所述涂层还包括粘结剂；

12.根据权利要求1至11中任一项所述的电极极片，其中，所述涂层还包括填充物；

13.根据权利要求1至12中任一项所述的电极极片，其中，所述绝缘层包括无机颗粒、有机颗粒或有机-金属框架材料中的至少一种；

14.一种电极极片的制备方法，包括：

15.一种二次电池，包括根据权利要求1至13中任一项所述的电极极片。

16.一种用电装置，包括根据权利要求15所述的二次电池。

技术总结
本申请实施例提供一种电极极片及其制备方法、二次电池和用电装置。该电极极片包括集流体；活性材料层，设置在集流体的至少一个表面上；绝缘层，设置在活性材料层上；涂层，设置在绝缘层上，且涂层包括离子捕捉剂，离子捕捉剂相对于锂金属的还原电位为0～2V。含有该电极极片的二次电池的循环性能有所提升。

技术研发人员：邹海林,郭耀,陈培培,罗茜林
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：2024/12/5