CN115295804A

CN115295804A - 一种正极极片及二次电池

Info

Publication number: CN115295804A
Application number: CN202211062940.4A
Authority: CN
Inventors: 洪江彬; 王佑安; 庄重建; 方崇卿
Original assignee: Xiamen Knano Graphene Technology Corp ltd
Current assignee: Xiamen Knano Graphene Technology Corp ltd
Priority date: 2022-08-31
Filing date: 2022-08-31
Publication date: 2022-11-04
Anticipated expiration: 2042-08-31
Also published as: CN115295804B

Abstract

本申请涉及电池技术领域，特别涉及一种正极极片及二次电池，正极极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体的至少一个表面的正极复合材料，正极复合材料包括石墨烯量子点和正极活性材料；石墨烯量子点附着在正极活性材料的颗粒表面，以及填充在相邻的正极活性材料的颗粒间的空间中；石墨烯量子点在正极极片中的重量百分比A、石墨烯量子点的片径分布宽度S2、正极活性材料的碳含量B、正极活性材料在正极极片中的重量占比C和正极活性材料的二次粒径分布宽度S1间满足下述关系式：0.5≤(100A+B*C*100)/S1+1/S2≤3。本申请能够显著改善二次电池的倍率性能和低温充放电性能。

Description

一种正极极片及二次电池

技术领域

本申请涉及电池技术领域，特别涉及一种正极极片及二次电池。

背景技术

二次电池是当前最重要的清洁能源之一，具备广阔的应用场景。对二次电池而言，在低温时，离子传导受限，电极材料和电解液易产生界面极化，进而影响低温充放电性能；在大倍率放电时，电极材料核体温升急剧，易造成导电剂脱落等，进而影响倍率性能。现有技术中通常协同改进正极材料、负极材料以及电解液配方，通过多元正负极材料和多元电解液的各组分协同配合，提高二次电池的低温性能。但该种方式电芯配方复杂，成本高，且需针对不同的电池体系进行不同配方和配比优化，可扩展性差。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本申请提供一种正极极片及二次电池，具体技术方案如下：

一方面，本申请提供一种正极极片，包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体的至少一个表面的正极复合材料，所述正极复合材料包括石墨烯量子点和正极活性材料；

所述石墨烯量子点附着在所述正极活性材料的颗粒表面，以及填充在相邻的所述正极活性材料的颗粒间的空间中；

所述石墨烯量子点在所述正极极片中的重量百分比A、所述石墨烯量子点的片径分布宽度S2、所述正极活性材料的碳含量B、所述正极活性材料在所述正极极片中的重量占比C和所述正极活性材料的二次粒径分布宽度S1间满足下述关系式：0.5≤(100A+B*C*100)/S1+1/S2≤3。

具体的，所述石墨烯量子点在所述正极极片中的重量百分比A满足0.3％≤A≤1.0％。

具体的，所述正极活性材料的碳含量B满足0.8％≤B≤2.0％；和/或，所述正极活性材料在所述正极极片中的重量占比C满足97％≤C≤97.7％。

具体的，所述正极活性材料的二次粒径分布宽度S1满足1.8≤S1≤4.5。

具体的，所述正极极片中石墨烯量子点的片径分布宽度S2满足1.0≤S2≤3.5。

具体的，所述正极活性材料的二次粒径分布宽度S1采用下述公式获取，S1＝(D₃-D₁)/D₂；

所述正极活性材料的粒径满足0.3≤D1≤0.6μm，0.8≤D2≤1.5μm和2≤D3≤6μm中的至少其一；

其中，D₁表征所述正极活性材料在水溶剂中累计体积占比达到第一预设占比时所对应的粒径，D₂表征所述正极活性材料在水溶剂中累计体积占比达到第二预设占比时所对应的粒径，D₃表征所述正极活性材料在水溶剂中累计体积占比达到第三预设占比时所对应的粒径，所述第一预设占比、所述第二预设占比和所述第三预设占比依次递增。

具体的，所述石墨烯量子点的片径分布宽度S2采用下述公式获取，S2＝(D₆-D₄)/D₅；

所述石墨烯量子点的粒径满足10≤D4≤20nm，40≤D5≤70nm和90≤D6≤150nm中的至少其一；

其中，D4表征所述石墨烯量子点在水溶剂中累计体积占比达到第四预设占比时所对应的粒径，D5表征所述石墨烯量子点在水溶剂中累计体积占比达到第五预设占比时所对应的粒径，D6表征所述石墨烯量子点在水溶剂中累计体积占比达到第六预设占比时所对应的粒径，所述第四预设占比、所述第五预设占比和所述第六预设占比依次递增。

具体的，所述正极活性材料包含磷酸铁锂材料、钴酸锂材料、锰酸锂材料、镍酸锂材料和镍钴锰酸锂材料中的一种或几种的组合。

具体的，所述石墨烯量子点在所述正极极片中的重量百分比A、所述石墨烯量子点的片径分布宽度S2、所述正极活性材料的碳含量B、所述正极活性材料在所述正极极片中的重量占比C和所述正极活性材料的二次粒径分布宽度S1间满足下述关系式：0.5≤(100A+B*C*100)/S1+1/S2≤2.5。

另一方面，本申请提供一种电极，所述电极包括如上所述的正极极片。

另一方面，本申请提供一种二次电池，所述二次电池包括如上所述的正极极片。

另一方面，本申请提供一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的正极极片或二次电池。

基于上述技术方案，本申请具有以下有益效果：

通过在正极极片使用石墨烯量子点作为导电剂，实现了正极极片中的“点—面导电通路”，避免增加功能离子的传输扩散路径，且防止大倍率时功能离子的扩散阻抗提升，确保低温状态下的功能离子传导速度，改善点击材料和电解液界面极化问题，从导离子角度优化大倍率放电和低温充放电性能。同时，通过协同控制正极极片中石墨烯量子点的添加量、正极活性材料的碳含量、正极活性材料的重量占比、以及石墨烯量子点和正极活性材料的粒径分布，能够使石墨烯量子点和正极活性材料中的碳包覆在正极活性材料表面，以及在正极活性材料颗粒间形成适宜的填充，形成多维导电网络结构，在降低极片电阻的同时，确保大倍率充放电和低温状态下活性物质与集流体之间具有足够的电子通道，且防止正极活性材料核体温升急剧而导致的导电剂包覆不牢固等问题，协同优化二次电池的低温和倍率性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本申请实施例提供的正极极片的正极活性材料和石墨烯量子点的SEM图；

图2是本申请实施例提供的在0℃/3C条件下的放电克容量曲线图。

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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

对于以下定义的术语，除非在权利要求书或本说明书中的其他地方给出一个不同的定义，否则应当应用这些定义。所有数值无论是否被明确指示，在此均被定义为由术语“约”修饰。术语“约”大体上是指一个数值范围，本领域的普通技术人员将该数值范围视为等同于所陈述的值以产生实质上相同的性质、功能、结果等。由一个低值和一个高值指示的一个数值范围被定义为包括该数值范围内包括的所有数值以及该数值范围内包括的所有子范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

以下介绍本申请实施例提供的用于二次电池的负极极片，包括正极集流体和涂覆在正极集流体的至少一个表面的正极复合材料，正极复合材料包括石墨烯量子点和正极活性材料；石墨烯量子点附着在正极活性材料的颗粒表面，以及填充在相邻的正极活性材料的颗粒间的空间中；其中，石墨烯量子点在正极极片中的重量百分比A、石墨烯量子点的片径分布宽度S2、正极活性材料的碳含量B、正极活性材料在正极极片中的重量占比C和正极活性材料的二次粒径分布宽度S1间满足下述关系式：0.5≤(100A+B*C*100)/S1+1/S2≤3。

具体地，上述重量百分比A为石墨烯量子点的重量与整个正极极片去除集流体后的重量之比，相应的，重量百分比C为正极活性材料的重量与整个正极极片去除集流体后的重量之比，示例性的，整个正极极片由导电剂、正极活性材料、粘结剂和集流体构成，A为石墨烯量子点的重量与导电剂、正极活性材料和粘结剂的总重量之比；碳含量B是指正极活性材料中的碳含量，如LFP中的碳含量。

一些实施例中，正极活性物质和石墨烯量子点在正极集流体上的涂布面密度为290-305g/1540.25mm²，优选为295g/1540.25mm²。

一些实施例中，石墨烯量子点在正极极片中的重量百分比A、石墨烯量子点的片径分布宽度S2、正极活性材料的碳含量B、正极活性材料在正极极片中的重量占比C和正极活性材料的二次粒径分布宽度S1间满足下述关系式：0.5≤(100A+B*C*100)/S1+1/S2≤2.5。具体的，(100A+B*C*100)/S1+1/S2的下限值可以包括以下数值：0.3，0.5，0.55，0.6或0.65等；(100A+B*C*100)/S1+1/S2的上限值可以包括以下数值：3，2.5，2.3，2.1或2.0等。

在二次电池正负极体系中，当活性物质的某点发生离子脱/嵌反应时，正负极极片内部会涉及到电子、功能离子的动态传输过程。由于正极材料本身的功能离子扩散系数与电子电导率较低，电阻值较高，容易引起电极极片的极化，限制了电池低温充放电和倍率性能。本申请在正极极片使用石墨烯量子点作为导电剂，实现了正极极片中的“点—面导电通路”，避免增加功能离子的传输扩散路径，且防止大倍率时功能离子的扩散阻抗提升，确保低温状态下的功能离子传导速度，改善点击材料和电解液界面极化问题，从导离子角度优化大倍率放电和低温充放电性能。同时，通过协同控制正极极片中石墨烯量子点的添加量、正极活性材料的碳含量、正极活性材料的重量占比、以及石墨烯量子点和正极活性材料的粒径分布，能够使石墨烯量子点和正极活性材料中的碳包覆在正极活性材料表面，以及在正极活性材料颗粒间形成适宜的填充，形成多维导电网络结构，在降低极片电阻的同时，确保大倍率充放电和低温状态下活性物质与集流体之间具有足够的电子通道，且防止正极活性材料核体温升急剧而导致的导电剂包覆不牢固等问题，协同优化二次电池的低温和倍率性能。

具体的，采用上述正极极片的二次电池，在0℃/50％SOC时的直流内阻(DCR)在89.8以下，0℃/3C条件下的放电克容量大于等于107mAh/g，0℃/2C条件下的充电恒流比大于等于71.5％，25℃/5C下的放电克容量大于等于89.5mAh/g。

本申请实施例中，100A+B*C*100表征正极极片的导电剂中的碳含量占比，满足1.1≤100A+B*C*100≤2.9，若该值过低(如小于1.1)，无法实现材料的有效包覆，不能确保具备足够的电子传输通道，极片电阻过高，倍率充放电性能低，能量效率低。若该值过高(如大于2.9)，电芯loading偏低，能量密度偏低，通过将该导电剂中的碳含量设置为上述值，能够确保正极极片中的电子传输通道，降低极片电阻，实现正极活性材料的合理碳包覆和形成多维导电网络结构。请参考图1，图1示出了一个实施例中正极极片中正极活性材料和石墨烯量子点的SEM图，如图可知，石墨烯量子点包覆在正极活性材料颗粒表面和填充在间隙中，形成可靠的多维导电网络结构。

本申请实施例中，石墨烯量子点在正极极片中的重量百分比A满足0.3％≤A≤1.0％。具体的，石墨烯量子点在正极极片中的重量百分比A的下限值可以包括以下数值：0.3％，0.4％或0.5％，石墨烯量子点在正极极片中的重量百分比A的上限值可以包括以下数值：1.0％，0.9％或0.8％。当石墨烯量子点在正极极片中的重量百分比过小时(例如小于0.3％)，正极极片的导电性较差，电阻过高，不能满足离子扩散需求和导电性需求，电池低温性能和倍率性能较差；当该重量百分比过高时(如大于1.0％)，正极电极中的孔隙率过低，不能满足离子扩散需求，降低电池性能；此外，石墨烯量子点添加量过高，生产成品偏高。通过控制石墨烯量子点在正极极片中的重量百分比A至上述值，能够确保正极极片的电子传输通道和离子扩散通道，协同提升电池低温和倍率性能。

本申请实施例中，正极活性材料在正极极片中的重量占比C满足97％≤C≤97.7％。具体的，正极活性材料的重量占比C的下限值可以包括以下数值：97％，97.1％或97.2％，正极活性材料的重量占比C的的上限值可以包括以下数值：97.7％，97.6％或97.5％。当正极活性材料的重量占比C过小时(例如小于97％)，使得电芯loading偏低，电芯的能量密度小；当正极活性材料的重量占比C过高时(例如大于97.7％)，使得极片中的导电剂或粘结剂偏低，当导电剂偏低，极片导电性变差；当粘结剂偏低，极片剥离力下降，极片变脆；通过正极活性材料的重量占比C至上述值，能够确保正极极片的极片电阻和极片剥离力均处于良好范围内，有利于电性能的发挥。

本申请实施例中，正极活性材料的碳含量B满足0.8％≤B≤2.0％。具体的，正极活性材料的碳含量B的下限值可以包括以下数值：0.8％，0.9％或1.0％等，正极活性材料的碳含量B的上限值可以包括以下数值：2.0％，1.8％或1.6％等。当正极活性材料的碳含量B过大时(如大于2.0％)，会导致匀浆性能变差，出料固含偏低，剥离力下降。另外，碳含量过高，活性物质的有效锂含量降低，电芯的能量密度小；当正极活性材料的碳含量B过小时(如小于0.8％)，极片导电性变差，极片电阻偏大；通过将正极活性材料的碳含量B设置为上述值，能够实现正极浆料良好的加工性能和良好的极片电阻。

本申请实施例中，设置石墨烯量子点的片径小于正极活性材料的二次粒径，防止大片径量子点对功能离子扩散形成阻碍，降低较大工作电流密度下的离子扩散阻抗，从而提升电池倍率性能。

本申请实施例中，S1表征正极活性材料的二次粒径分布情况，是基于正极活性材料颗粒在水溶剂中不同的累计体积百分比下的片径确定的。正极活性材料的二次粒径分布宽度S1采用下述公式获取，S1＝(D₃-D₁)/D₂。其中，D₁表征正极活性材料在水溶剂中累计体积占比达到第一预设占比时所对应的粒径，D₂表征正极活性材料在水溶剂中累计体积占比达到第二预设占比时所对应的粒径，D₃表征正极活性材料在水溶剂中累计体积占比达到第三预设占比时所对应的粒径，第一预设占比、第二预设占比和第三预设占比依次递增。具体的，第一预设占比为80％-95％，优选为90％，第二预设占比为45％-60％，优选为50％，第三预设占比为5％-15％，优选为10％。

本申请实施例中，正极活性材料的二次粒径分布宽度S1满足1.8≤S1≤4.5。具体的，正极活性材料的二次粒径分布宽度S1的下限值可以包括以下数值：1.8，2.0或2.4等；正极活性材料的二次粒径分布宽度S1的上限值可以包括以下数值：4.5，4.4或4.0等。在正极活性材料的二次粒径分布宽度S1过小的情况下(如小于1.8)，活性颗粒粒径相近，极片压实密度过小且空隙率较少；在正极活性材料的二次粒径分布宽度S1过宽的情况下(如大于4.5)，活性颗粒粒径分布范围过宽，极片反弹过大且颗粒间间距过大不利于导电网络结构的搭建。通过将正极活性材料的二次粒径分布宽度S1设置为上述值，能够确保活性物质在正极极片中形成合理的空间搭建结构，以与其包含的碳和石墨烯量子点形成点-面传导、并具有足够电子传输通道和离子扩散通道的多维导电网络结构。

本申请实施例中，正极活性材料的粒径D1满足0.3≤D1≤0.6μm，优选的，满足0.4≤D1≤0.55μm；正极活性材料的粒径D2满足0.8≤D2≤1.5μm，优选的，满足1.0≤D2≤1.4μm；正极活性材料的粒径D3满足2≤D3≤6μm，优选的，满足3≤D3≤5μm。通过将S1，D1，D2和D3设置为上述值，确保正极活性材料在电极材料中的合理粒径分布，进一步优化搭建主材的空间骨架结构，为导电子形成良好的导电网络，同时形成足够的孔隙率，保证电解液的充分浸润，为液相导离子提供通道。

本申请实施例中，正极极片中石墨烯量子点的片径分布宽度S2满足1.0≤S2≤3.5。具体的，石墨烯量子点的片径分布宽度S2的下限值可以包括以下数值：1.0，1.2，1.4或1.5等；石墨烯量子点的片径分布宽度S2的上限值可以包括以下数值：3.5，3.2或3.0等。S2表征石墨烯量子点的片径分布情况，是基于石墨烯量子点在水溶剂中不同的累计体积百分比下的片径确定的。石墨烯量子点的片径分布宽度S2采用下述公式获取，S2＝(D₆-D₄)/D₅；其中，D4表征石墨烯量子点在水溶剂中累计体积占比达到第四预设占比时所对应的粒径，D5表征石墨烯量子点在水溶剂中累计体积占比达到第五预设占比时所对应的粒径，D6表征石墨烯量子点在水溶剂中累计体积占比达到第六预设占比时所对应的粒径，第四预设占比、第五预设占比和第六预设占比依次递增。在石墨烯量子点的片径分布宽度S2过小的情况下(如小于1.0)，在LFP主粉间孔隙率大小不一，石墨烯量子点分布范围过窄不利于空间导电网络结构搭建；在石墨烯量子点的片径分布宽度S2过大的情况下(如大于3.5)，会导致在正极极片中各位置处的微电流收集速度不同，导致倍率放电性能变差。通过将片径分布宽度S2设置为上述值，能够保证良好的空间导电网络结构，又实现良好的倍率放电性能。

本申请实施例中，石墨烯量子点的粒径D4满足10≤D4≤20nm，优选的，满足12≤D4≤18nm；石墨烯量子点的粒径D5满足40≤D5≤70nm，优选的，满足45≤D5≤60nm；石墨烯量子点的粒径D6满足90≤D6≤150nm，优选的，满足100≤D6≤130nm。通过将S2，D4，D5和D6设置为上述值，确保石墨烯量子点在电极材料中的合理粒径分布和片径尺寸，进一步优化导电网络结构、活性材料包覆效果和空间填充效果，从而进一步提高电池倍率性能和低温性能。

正极活性材料包含磷酸铁锂材料、钴酸锂材料、锰酸锂材料、镍酸锂材料和镍钴锰酸锂材料中的一种或几种的组合。优选的，正极活性材料为磷酸铁锂材料。本申请实施例中，正极集流体可以包括铜箔、铝箔、铝合金箔或复合集流体等中的至少一种。正极极片中还可以包括粘结剂，上述粘结剂没有特别限制，可以使用本领域公知的任何粘结剂，只要能够实现本申请目的即可。

另一方面，本申请提供一种电极，电极包括如上的正极极片。

另一方面，本申请提供一种二次电池，包括上述的正极极片或电极。

具体的，二次电池可以包括但不限于锂二次电池和钠二次电池等。二次电池还可以包括负极极片、隔膜和电解液。

本申请实施例中，负极极片中可以包括负极活性材料、负极粘结剂、负极增稠剂和负极导电剂，负极活性材料、负极粘结剂、负极增稠剂和负极导电剂没有特别限制，可以使用本领域公知的任何材料，只要能够实现本申请目的即可。一些实施例中，负极粘结剂可以包括聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸锂、聚酰亚胺、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚苯乙烯丁二烯共聚物、羧甲基纤维素钠、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚偏氟乙烯和聚偏二氟乙烯等中的至少一种。一些实施例中，负极增稠剂可以包括羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、碳酸亚乙烯酯、氯代碳酸乙烯酯和硫酸乙烯酯等中的至少一种。负极导电剂可以包括导电炭黑、碳纳米管、碳纤维、鳞片石墨、科琴黑或石墨烯等中的至少一种。一个实施例中，负极粘接剂为聚苯乙烯丁二烯共聚物(SBR)，负极增稠剂为羧甲基纤维素(CMC)，负极导电剂为导电炭黑。

另一方面，本申请提供一种电子设备，电子设备包括如上的正极极片或二次电池。具体的，电子设备可以包括但不限于电脑、手机、可穿戴电子设备、车载终端设备、VR设备和其它需要二次电池的电子终端设备等。

另一方面，本申请提供一种二次电池的制备方法，包括下述步骤：

S1：将正极活性材料、石墨烯量子点和粘结剂按(97～97.7):(0.3～1.0):2的重量比进行混合，加入预设溶剂，混合搅拌均匀后涂覆在正极集流体上，烘干、冷压、模切等工序处理后，得到正极极片；

S2：将负极活性材料、负极粘结剂、负极增稠剂和负极导电剂按照(92-98):(1.1-1.5):(1.4-1.9):1.5的重量比进行混合，加入去离子水作为溶剂，搅拌均匀后涂覆在负极集流体上，烘干、冷压、模切等工序处理后，得到负极极片；

S3：对负极极片、隔膜和正极极片进行组装，得到卷芯，并装壳，干燥后注入电解液、真空封装、化成分容，得到二次电池。

优选的，负极活性材料、负极粘结剂、负极增稠剂和负极导电剂间的重量比为95.5:1.2:1.8:1.5。

一些实施例中，粘结剂为PVDF，预设溶剂为NMP。

综上，经过大量实验发现，二次电池的倍率性能和低温充放电性能与正极中石墨烯量子点在正极极片中的重量百分比、石墨烯量子点的片径分布宽度、正极活性材料的碳含量、正极活性材料在正极极片中的重量占比和正极活性材料的二次粒径分布宽度间存在复杂关联，通过将上述各参数调整至上述参数范围，并控制(100A+B*C*100)/S1+1/S2的数值范围，能够调控正极极片中的关键物化性能，优化正极活性材料的包覆效果和导电剂空间填充效果，构建多维导电网络结构，兼顾点面导电，改善界面极化现象，避免大倍率导电剂脱落，协同优化二次电池的倍率性能和低温充放电性能。

以下结合上述技术方案介绍本申请的实施例和对比例。

实施例和对比例1-2中的二次电池采用下述方法制得：

S1正极极片的制备：将磷酸铁锂(LFP)、石墨烯量子点和PVDF按一定重量比混合，实施例中的重量比为(97～97.7):(0.3～1.0):2，其它参数详见表1和表2，加入NMP作为溶剂将这些材料混合搅拌均匀后涂覆在涂炭铝箔上，单面面密度为295g/1540.25mm²。烘干、冷压、模切等工序处理后，得到正极极片；

S2负极极片的制备：将负极活性材料、CMC、SBR和导电炭黑按照95.5:1.2:1.8:1.5的重量比进行混合，加入去离子水作为溶剂，搅拌均匀后涂覆在铜箔上，单面面密度为140g/1540.25mm²。烘干、冷压、模切等工序处理后，得到负极极片；

S3：将负极极片、隔膜和正极极片按顺序叠好，隔膜处于正负极极片之间起到隔离的作用，然后采用叠片或卷绕得到卷芯；将卷芯置于软包中装壳，干燥后注入电解液、真空封装、化成分容，得到二次电池。

对比例3中的正极极片的制备方法为：将磷酸铁锂、导电炭黑、PVDF按97.5:0.5:2的重量比进行混合，加入NMP作为溶剂将这些材料混合搅拌均匀后涂覆在涂炭铝箔上，烘干、冷压、模切等工序后即得到正极极片。其它各制备步骤与实施例1-3相同。

此外，各材料参数测试方法如下：

1)LFP的碳含量：使用碳硫分析仪HCS140，测试碳含量。

2)LFP的D1、D2、D3和石墨烯量子点的D4、D5、D6：使用马尔文3000激光粒度仪，测量并计算S1和S2。

电池性能测试条件如下：

1)0℃直流内阻(DCR)：在0℃下，分别测试在50％SOC状态下的放电DCR和充电DCR；

2)0℃倍率放电：在0℃测试1C、3C放电性能，计算放电克容量。

3)0℃倍率充电：在0℃测试2C充电性能，记录恒流比。

4)25℃/5C放电克容量：在25℃测试5C的放电克容量。

具体测试结果见表1和表2。

表1

表2

基于上述表1、表2、图1和图2可知，相比对比例1，实施例1～9的0℃DCR明显减小；相比对比例2，实施例1～9的0℃/3C和25℃/5C放电克容量明显提高；相比对比例，实施例2在0℃放电DCR、0℃恒流比明显改善。在实施例1～9中，实施例2的低温和倍率性能最佳。

综上，本申请具有以下有益效果：通过在正极极片使用石墨烯量子点作为导电剂，实现了正极极片中的“点—面导电通路”，避免增加功能离子的传输扩散路径，且防止大倍率时功能离子的扩散阻抗提升，确保低温状态下的功能离子传导速度，改善点击材料和电解液界面极化问题，从导离子角度优化大倍率放电和低温充放电性能。同时，通过协同控制正极极片中石墨烯量子点的添加量、正极活性材料的碳含量、正极活性材料的重量占比、以及石墨烯量子点和正极活性材料的粒径分布，能够使石墨烯量子点和正极活性材料中的碳包覆在正极活性材料表面，以及在正极活性材料颗粒间形成适宜的填充，形成多维导电网络结构，在降低极片电阻的同时，确保大倍率充放电和低温状态下活性物质与集流体之间具有足够的电子通道，且防止正极活性材料核体温升急剧而导致的导电剂包覆不牢固等问题，协同优化二次电池的低温和倍率性能。

上述说明已经充分揭露了本申请的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本申请的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本申请的权利要求书的范围。相应地，本申请的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims

1.一种正极极片，其特征在于，包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体的至少一个表面的正极复合材料，所述正极复合材料包括石墨烯量子点和正极活性材料；

2.根据权利要求1中所述的正极极片，其特征在于，所述石墨烯量子点在所述正极极片中的重量百分比A满足0.3％≤A≤1.0％。

3.根据权利要求1中所述的正极极片，其特征在于，所述正极活性材料的碳含量B满足0.8％≤B≤2.0％；和/或，

所述正极活性材料在所述正极极片中的重量占比C满足97％≤C≤97.7％。

4.根据权利要求1中所述的正极极片，其特征在于，所述正极活性材料的二次粒径分布宽度S1满足1.8≤S1≤4.5。

5.根据权利要求1中所述的正极极片，其特征在于，所述正极极片中石墨烯量子点的片径分布宽度S2满足1.0≤S2≤3.5。

6.根据权利要求1或4中所述的正极极片，其特征在于，所述正极活性材料的二次粒径分布宽度S1采用下述公式获取，S1＝(D₃-D₁)/D₂；

7.根据权利要求1或4中所述的正极极片，其特征在于，所述石墨烯量子点的片径分布宽度S2采用下述公式获取，S2＝(D₆-D₄)/D₅；

8.根据权利要求1中所述的正极极片，其特征在于，所述正极活性材料包含磷酸铁锂材料、钴酸锂材料、锰酸锂材料和镍酸锂材料中的一种或几种的组合。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的正极极片，其特征在于，所述石墨烯量子点在所述正极极片中的重量百分比A、所述石墨烯量子点的片径分布宽度S2、所述正极活性材料的碳含量B、所述正极活性材料在所述正极极片中的重量占比C和所述正极活性材料的二次粒径分布宽度S1间满足下述关系式：0.5≤(100A+B*C*100)/S1+1/S2≤2.5。

10.一种二次电池，其特征在于，所述二次电池包括所述权利要求1-9中任一项所述的正极极片。