CN113193166A - 正极片、电芯及电池 - Google Patents

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Abstract

本申请提供正极片、电芯及电池，其中，正极片包括正极集流体，正极集流体的第一面覆盖有第一活性层，正极集流体的第二面覆盖有第二活性层。第一活性层和第二活性层中至少有一个活性层包括锂材料，第一活性层和第二活性层中至少有一个活性层包括钠材料。钠材料的成本较低，通过使第一活性层和第二活性层中至少有一个活性层包括锂材料，第一活性层和第二活性层中至少有一个活性层包括钠材料，可以使正极片活性层中为锂钠混合材料，减少了锂材料的使用，从而降低了电池成本。

Description

正极片、电芯及电池
技术领域
本申请涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种正极片、电芯及电池。
背景技术
随着锂离子电池技术的迅速发展，锂离子电池在笔记本电脑、智能手机等便携式移动电子设备上的应用越来越广泛。目前，生产锂离子电池正极活性物质的关键原材料Li2CO3和Co3O4的价格比较高昂，存在锂离子电池成本较高的问题。
申请内容
本申请实施例提供一种正极片、电芯及电池，解决了锂离子电池成本较高的问题，同时还可以提高锂离子电池的倍率性能。
为达到上述目的，第一方面，本申请实施例提供一种正极片，包括正极集流体，所述正极集流体的第一面覆盖有第一活性层，所述正极集流体的第二面覆盖有第二活性层；
所述第一活性层和所述第二活性层中至少有一个活性层包括锂材料；
所述第一活性层和所述第二活性层中至少有一个活性层包括钠材料；
其中，所述锂材料和所述钠材料的质量之和占活性层总质量的95％～99％。
可选的，所述第一活性层包括所述锂材料和所述钠材料。
可选的，所述第一活性层和所述第二活性层中的一个活性层包括所述锂材料，另一活性层包括所述钠材料。
可选的，所述锂材料与所述钠材料提供的容量之比大于1小于9。
可选的，所述第一活性层包括第一子层和第二子层，所述正极集流体的第一面覆盖有所述第一子层，所述第一子层上覆盖有所述第二子层，所述第一子层包括所述锂材料，所述第二子层包括所述钠材料。
可选的，所述锂材料包括如下至少一项：
钴酸锂、磷酸亚铁锂、锰酸锂和镍钴锰酸锂；
所述钠材料包括如下至少一项：
磷酸铁钠，氟磷酸铁钠，磷酸钒钠，氟磷酸钒钠和锰酸钠，铜基层状氧化物Na0.9Fe0.3Cu0.22Mn0.48O2。
第二方面，本申请实施例提供一种电芯，包括如第一方面所述的正极片和负极片，所述正极片和所述负极片相对设置；
所述负极片包括负极集流体，所述负极集流体的第一面覆盖有第三活性层，所述负极集流体的第二面覆盖有第四活性层；
所述第三活性层和所述第四活性层中至少有一个活性层包括第一材料；
所述第三活性层和所述第四活性层中至少有一个活性层包括第二材料；
其中，所述第一材料包括如下至少一项：石墨，硅和氧化亚硅，所述第二材料包括硬碳。
可选的，所述第三活性层中包括所述第一材料和所述第二材料。
可选的，所述第一材料和所述第二材料的所提供的容量之比大于1小于9。
第三方面，本申请实施例提供一种电池，包括如第一方面所述的正极片，或如第二方面所述的电芯；
所述电池还包括电解液，所述电解液的溶质包括六氟磷酸锂和六氟磷酸钠。
本申请实施例中，正极片包括正极集流体，正极集流体的第一面覆盖有第一活性层，正极集流体的第二面覆盖有第二活性层。第一活性层和第二活性层中至少有一个活性层包括锂材料，第一活性层和第二活性层中至少有一个活性层包括钠材料。钠材料的成本较低，通过使第一活性层和第二活性层中至少有一个活性层包括锂材料，第一活性层和第二活性层中至少有一个活性层包括钠材料，可以使正极片活性层中为锂钠混合材料，减少了锂材料的使用，从而降低了电池成本。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例中的技术方案，现对说明书附图作如下说明，显而易见地，下述附图仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据所列附图获得其他附图。
图1是本申请实施例提供的正极片的结构示意图之一；
图2是本申请实施例提供的负极片的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的正极片的结构示意图之二；
图4是本申请实施例提供的电芯的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在本申请中的实施例的基础上，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
第一方面，参见图1，本申请实施例提供一种正极片10，包括正极集流体11，所述正极集流体11的第一面覆盖有第一活性层12，所述正极集流体11的第二面覆盖有第二活性层13；
所述第一活性层12和所述第二活性层13中至少有一个活性层包括锂材料；
所述第一活性层12和所述第二活性层13中至少有一个活性层包括钠材料；
其中，所述锂材料和所述钠材料的质量之和占活性层总质量的95％～99％
具体的，导电剂的质量占比为0.2％～4％，粘结剂的质量占比为0.8％～1.8％。正极集流体11可以为铝箔，正极集流体11的第一面和正极集流体11的第二面为相对面。正极集流体11的表面可以划分为中间区域和中间区域旁边的两个边缘区域，边缘区域与中间区域邻接。第一活性层12可以仅覆盖中间区域，也可以覆盖中间区域和一个边缘区域，或覆盖中间区域和两个边缘区域，第二活性层13同理。锂材料为包括锂离子的材料，钠材料为包括钠离子的材料。锂材料和钠材料均可作为正极活性层中的活性物质。生产锂材料的关键原材料Li2CO3和Co3O4的价格较高，但生产钠材料的原材料的储量十分丰富，因此钠材料的成本较低。
本申请实施例中，正极片包括正极集流体，正极集流体的第一面覆盖有第一活性层，正极集流体的第二面覆盖有第二活性层。第一活性层和第二活性层中至少有一个活性层包括锂材料，第一活性层和第二活性层中至少有一个活性层包括钠材料。钠材料的成本较低，通过使第一活性层和第二活性层中至少有一个活性层包括锂材料，第一活性层和第二活性层中至少有一个活性层包括钠材料，可以使正极片活性层中为锂钠混合材料，减少了锂材料的使用，从而降低了电池成本。
此外，本申请实施例还可以提高锂离子电池的倍率性能，具体情况可参见下述实施例和对比例的实验部分。
需要说明的是，第一活性层12还可以包括导电剂和粘结剂。导电剂可以为导电炭黑，导电碳纳米管，和导电石墨，粘结剂可以为聚偏二氟乙烯或改性的聚偏二氟乙烯。第二活性层13同理。正极集流体11上设有正极耳18。
可选的，所述锂材料包括如下至少一项：
钴酸锂、磷酸亚铁锂、锰酸锂和镍钴锰酸锂；
所述钠材料包括如下至少一项：
磷酸铁钠，氟磷酸铁钠，磷酸钒钠，氟磷酸钒钠和锰酸钠，铜基层状氧化物Na0.9Fe0.3Cu0.22Mn0.48O2。
锂材料可以为钴酸锂、磷酸亚铁锂、锰酸锂和镍钴锰酸锂中任一种，或钴酸锂、磷酸亚铁锂、锰酸锂和镍钴锰酸锂中任几种混合后组成的混合材料。钠材料可以为磷酸铁钠，氟磷酸铁钠，磷酸钒钠，氟磷酸钒钠和锰酸钠，铜基层状氧化物Na0.9Fe0.3Cu0.22Mn0.48O2中任一种，或磷酸铁钠，氟磷酸铁钠，磷酸钒钠，氟磷酸钒钠和锰酸钠，铜基层状氧化物Na0.9Fe0.3Cu0.22Mn0.48O2中任几种混合后组成的混合材料。
可选的，所述第一活性层12包括所述锂材料和所述钠材料。
作为一个示例，第一活性层12包括锂材料和钠材料，第二活性层13也包括锂材料和钠材料。比如，第一活性层12包括钴酸锂和磷酸钒钠。第二活性层13包括钴酸锂和磷酸铁钠。正极第一活性层12和第二活性层13的组成可以相同，比如，第一活性层12/第二活性层13包括正极活性材料97.9％(LiCoO2：Na0.9Fe0.3Cu0.22Mn0.48O2＝5:5)，1％PVDF粘结剂和1.1％导电炭。正极第一活性层12和第二活性层13的组成也可以不相同，比如，第一活性层12的组成包括97.9％LiCoO2，1％PVDF粘结剂，1.1％导电炭；第二活性层13的组成包括97.9％Na0.9Fe0.3Cu0.22Mn0.48O2，1％PVDF粘结剂，1.1％导电炭
作为一个示例，第一活性层12包括锂材料和钠材料，第二活性层13包括锂材料。比如，第一活性层12包括钴酸锂和磷酸钒钠。第二活性层13包括钴酸锂。
可选的，所述第一活性层12和所述第二活性层13中的一个活性层包括所述锂材料，另一活性层包括所述钠材料。
具体的，第一活性层12包括锂材料，第二活性层13包括钠材料。比如第一活性层12包括钴酸锂，第二活性层13包括锰酸钠。或第一活性层12包括钠材料，第二活性层13包括锂材料，比如第一活性层12包括氟磷酸钒钠，第二活性层13包括锰酸锂。
可选的，所述锂材料与所述钠材料所提供的容量之比大于1小于9。
应理解，容量比的定义如下：
取满电状态下的正极片和负极片以及无电状态下的正极片和负极片，分别用ICP测试极片中锂和钠的含量，测试结果为：满电状态下的正极片的锂含量和钠含量分别为MLi和MNa，满电状态下的负极片的锂含量和钠含量分别为NLi和NNa；无电状态下的正极片的锂含量和钠含量分别为XLi和XNa，无电状态下的正极片的锂含量和钠含量分别为YLi和YNa，则正极材料中的锂材料和钠材料所提供的容量之比为
Figure BDA0003043758600000051
负极材料中的锂材料和钠材料所提供的容量之比为
Figure BDA0003043758600000052
具体的，锂材料所提供的容量为第一活性层12和第二活性层13中所含有的锂材料的总容量。钠材料所提供的容量为第一活性层12和第二活性层13中所含有的钠材料的总容量。
需要说明的是，活性层包括锂材料可使电池具有较高能量密度，活性层包括钠材料可使电池成本较低。通过限定锂材料与钠材料所提供的容量之比大于1小于9，可以使电池成本较低，且电池能量密度较高。
可选的，参见图3，所述第一活性层12包括第一子层14和第二子层15，所述正极集流体11的第一面覆盖有所述第一子层14，所述第一子层14上覆盖有所述第二子层15，所述第一子层14包括所述锂材料，所述第二子层15包括所述钠材料。
具体的，第一子层14包括锂材料，并不包括钠材料，第二子层15包括钠材料，并不包括锂材料。比如第一子层14包括钴酸锂，第二子层15包括磷酸铁钠。因充电过程中，钠离子会比锂离子先脱嵌，所以使与正极集流体11接触的第一子层14包括锂材料，第二子层15包括钠材料，可以提高电池快充性能。
同理，第二活性层13可以包括第三子层16和第四子层17，正极集流体11的第二面覆盖有第三子层16，第三子层16上覆盖有第四子层17，第三子层16包括锂材料，第四子层17包括钠材料。
第二方面，参见图3和图4，本申请实施例提供一种电芯，包括如第一方面所述的正极片10和负极片20，所述正极片10和所述负极片20相对设置；
所述负极片20包括负极集流体21，所述负极集流体21的第一面覆盖有第三活性层22，所述负极集流体21的第二面覆盖有第四活性层23；
所述第三活性层22和所述第四活性层23中至少有一个活性层包括第一材料；
所述第三活性层22和所述第四活性层23中至少有一个活性层包括第二材料；
其中，所述第一材料包括如下至少一项：石墨，硅和氧化亚硅，所述第二材料包括硬碳。
具体的，第一材料对应锂材料涂覆，第二材料对应钠材料涂覆。负极集流体21可以为铜箔，负极集流体21上设有负极耳24。电芯还包括隔膜30，正极片10、隔膜30和负极片20依次叠放设置，并可以卷绕形成电芯。
作为一个示例，正极集流体11的第一面与负极集流体21的第一面相对设置，第一活性层12包括锂材料和钠材料，第三活性层22包括第一材料和第二材料。第二活性层13包括锂材料和钠材料，第四活性层23包括第一材料和第二材料。
可选的，所述第三活性层22中包括所述第一材料和所述第二材料。
具体的，第三活性层22可以包括第一材料，或第二材料，或第一材料和第二材料。在第三活性层22包括第一材料和第二材料的情况下，第四活性层23可以包括第一材料，或第二材料，或第一材料和第二材料。第一材料与第二材料所提供的容量比例与锂材料和钠材料提供的容量比例相匹配。
需要说明的是，第三活性层22还可以包括导电剂，粘结剂和分散剂。导电剂可以为导电炭黑，导电碳纳米管或导电石墨，粘结剂可以为聚丁二烯苯乙烯或改性聚丁二烯苯乙烯，分散剂可以为羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素锂。第四活性层23同理。
可选的，所述第一材料和所述第二材料的所提供的容量之比大于1小于9，与正极片中锂材料与钠材料所提供的容量的之比相匹配。第一材料的所提供的容量为为第三活性层22和第四活性层23中所含有的第一材料的总容量，第二材料所提供的容量为第三活性层22和第四活性层23中所含有的第二材料的总容量。
本申请实施例提供的电芯包括上述实施例提供的正极片10，该正极片10的结构和工作原理可以参照上述实施例，在此不再赘述。由于本申请实施例提供的电芯包括上述实施例的正极片10，因此本申请实施例提供的电芯具有上述实施例中正极片10的全部有益效果。
第三方面，本申请实施例提供一种电池，包括如第一方面所述的正极片10，或如第二方面所述的电芯；
所述电池还包括电解液，所述电解液的溶质包括六氟磷酸锂和六氟磷酸钠。六氟磷酸锂和六氟磷酸钠的浓度之比与锂材料和钠材料所提供的容量之比相匹配。通过使电解液的溶质同时包括六氟磷酸锂和六氟磷酸钠，可以使电解液同时具备导通钠离子和锂离子的能力。
本申请实施例提供的电池包括上述实施例提供的正极片10，或电芯，该正极片10，或电芯的结构和工作原理可以参照上述实施例，在此不再赘述。由于本申请实施例提供的电池包括上述实施例的正极片10，或电芯，因此本申请实施例提供的电池具有上述实施例中正极片10，或电芯的全部有益效果。
下面结合实验对本申请实施例提供的电池进行说明。
设置实施例1至3和对比例1至2如下：
实施例1：正极第一活性层12和第二活性层13的组成相同，其组成为正极活性材料97.9％(LiCoO2：Na0.9Fe0.3Cu0.22Mn0.48O2＝5:5，容量比)，1％PVDF粘结剂，1.1％导电炭，负极第三活性层22和第四活性层23的组成相同，其组成为负极活性材料96.9％(石墨：硬炭＝5:5，容量比)，1.3％丁苯橡胶粘结剂，1.3％羧甲基纤维素钠分散剂，0.5％导电炭黑。
实施例2：正极第一活性层12和第二活性层13的组成不相同，第一活性层12的组成为97.9％LiCoO2，1％PVDF粘结剂，1.1％导电炭；第二活性层13的组成为97.9％Na0.9Fe0.3Cu0.22Mn0.48O2，1％PVDF粘结剂，1.1％导电炭；负极第三活性层22的组成为负极活性材料96.9％石墨，1.3％丁苯橡胶粘结剂，1.3％羧甲基纤维素钠分散剂，0.5％导电炭黑；负极第四活性层23的组成为负极活性材料96.9％硬炭，1.3％丁苯橡胶粘结剂，1.3％羧甲基纤维素钠分散剂，0.5％导电炭黑。
实施例3：正极第一活性层包括两个子层，第一子层14和第二子层15，第二活性层包括两个子层，第三子层16和第四子层17，且第一子层14和第三子层16组成相同，其组成为97.9％LiCoO2，1％PVDF粘结剂，1.1％导电炭；第二子层14和第四子层的组成相同，其组成为97.9％Na0.9Fe0.3Cu0.22Mn0.48O2，1％PVDF粘结剂，1.1％导电炭。对应的负极第三活性层包括两个子层，第五子层和第六子层，负极第四活性层包括两个子层，第七子层和第八子层，且第五子层和第七子层的组成相同，其组成为96.9％石墨，1.3％丁苯橡胶粘结剂，1.3％羧甲基纤维素钠分散剂，第七子层和第八子层的组成相同，其组成为负极活性材料96.9％硬炭，1.3％丁苯橡胶粘结剂，1.3％羧甲基纤维素钠分散剂，0.5％导电炭黑。
对比例1：正极第一活性层12和13的组成相同，其组成为正极活性材料97.9％LiCoO2，1％PVDF粘结剂，1.1％导电炭，负极第三活性层22和第四活性成的23的组成相同，其组成为负极活性材料96.9％石墨，1.3％丁苯橡胶粘结剂，1.3％羧甲基纤维素钠分散剂，0.5％导电炭黑。
对比例2：正极第一活性层12和第二活性层13的组成相同，其组成为正极活性材料97.9％Na0.9Fe0.3Cu0.22Mn0.48O2，1％PVDF粘结剂，1.1％导电炭，负极第三活性层22和第四活性成的23的组成相同，其组成为负极活性材料96.9％硬炭，1.3％丁苯橡胶粘结剂，1.3％羧甲基纤维素钠分散剂，0.5％导电炭黑。
体积能量密度 2C恒流充入比
实施例1 620Wh/L 79％
实施例2 620Wh/L 75％
实施例3 620Wh/L 84％
对比例1 750Wh/L 63％
对比例2 460Wh/L 87％
表1
由表1可知，正极片里面加入钠离子活性材料，其倍率性能得到显著提升，同时，能量密度相比对比例1也无较多损失。
本申请中，上述的两个值相匹配，并不要求两个值相等，只是指两个值大小相近，容易理解的是，两个值之间的比值在0.8～1.2时，可以说两个值相匹配。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种正极片，其特征在于，所述正极片包括正极集流体，所述正极集流体的第一面覆盖有第一活性层，所述正极集流体的第二面覆盖有第二活性层；
所述第一活性层和所述第二活性层中至少有一个活性层包括锂材料；
所述第一活性层和所述第二活性层中至少有一个活性层包括钠材料；
其中，所述锂材料和所述钠材料的质量之和占活性层总质量的95％～99％。
2.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述第一活性层包括所述锂材料和所述钠材料。
3.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述第一活性层和所述第二活性层中的一个活性层包括所述锂材料，另一活性层包括所述钠材料。
4.根据权利要求2所述的正极片，其特征在于，所述锂材料与所述钠材料的所提供的容量之比大于1小于9。
5.根据权利要求2所述的正极片，其特征在于，所述第一活性层包括第一子层和第二子层，所述正极集流体的第一面覆盖有所述第一子层，所述第一子层上覆盖有所述第二子层，所述第一子层包括所述锂材料，所述第二子层包括所述钠材料。
6.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述锂材料包括如下至少一项：
钴酸锂、磷酸亚铁锂、锰酸锂和镍钴锰酸锂；
所述钠材料包括如下至少一项：
磷酸铁钠，氟磷酸铁钠，磷酸钒钠，氟磷酸钒钠和锰酸钠，铜基层状氧化物Na-Fe-Cu-Mn-O。
7.一种电芯，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的正极片和负极片，所述正极片和所述负极片相对设置；
所述负极片包括负极集流体，所述负极集流体的第一面覆盖有第三活性层，所述负极集流体的第二面覆盖有第四活性层；
所述第三活性层和所述第四活性层中至少有一个活性层包括第一材料；
所述第三活性层和所述第四活性层中至少有一个活性层包括第二材料；
其中，所述第一材料包括如下至少一项：石墨，硅和氧化亚硅，所述第二材料包括硬碳。
8.根据权利要求7所述的电芯，其特征在于，所述第三活性层中包括所述第一材料和所述第二材料。
9.根据权利要求8所述的电芯，其特征在于，所述第一材料和所述第二材料所提供的容量之比大于1小于9。
10.一种电池，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的正极片，或如权利要求7至9中任一项所述的电芯；
所述电池还包括电解液，所述电解液的溶质包括六氟磷酸锂和六氟磷酸钠。
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