CN115832197A - 复合电极及其制备方法、电池和用电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种复合电极及其制备方法、电池和用电设备。本申请的复合电极包括集流体和形成于集流体至少一侧表面的涂布区域，涂布区域包括沿同一延伸方向排列设置的第一活性层和第二活性层，第一活性层的热稳定性不同于第二活性层的热稳定性。不同热稳定性活性层的搭配，避免单纯采用热稳定性高的材料，虽然活性层的热稳定性得到改善，但会导致能量密度降低的问题，同时，也避免单纯采用高能量密度的材料，虽然能量密度提高，但会导致活性层热稳定性差的问题，搭配使用不同热稳定性的活性层，避免活性层能量密度的降低，同时提高安全性。

Description

复合电极及其制备方法、电池和用电设备
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种复合电极及其制备方法、电池和用电设备。
背景技术
电池的高能量密度是电池领域一直追求的目标，理论上，材料的能量密度提高，材料的稳定性会下降，所以电池的高能量密度和电池的安全性有时候难以兼顾。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种复合电极，旨在提供一种兼顾高能量密度和安全性的复合电极的。
为实现上述目的，本发明提出的一种复合电极，所述复合电极包括集流体和形成于所述集流体至少一侧表面的涂布区域，所述涂布区域包括沿同一延伸方向排列设置的第一活性层和第二活性层，所述第一活性层的热稳定性不同于所述第二活性层的热稳定性。
可选地，所述第一活性层设于所述集流体的表面，并靠近所述集流体用以设置极耳的一侧，所述第二活性层设于所述集流体的表面，且位于所述第一活性层背离所述集流体用以设置极耳的一侧，所述第一活性层的热稳定性大于所述第二活性层的热稳定性。
通过将热稳定性高的第一活性层设置在集流体用以设置极耳的一侧，而将热稳定性差的第二活性层设置在集流体远离极耳的一侧，避免极耳接触热稳定性差的第二活性层，避免极耳散热过程中引发热稳定性差的第二活性层产热，以及发生热失控的风险，如此来提高复合电极的安全性。
可选地，所述集流体的表面至少形成三个涂层区域，至少两个涂层区域用以分别设置所述第一活性层和第三活性层，至少另一个涂层区域用以设置所述第二活性层，且，所述第二活性层位于所述第一活性层和所述第三活性层之间，所述第三活性层的热稳定性大于所述第二活性层的热稳定性。
考虑到集流体一般需要裁切以达到合适的尺寸，在裁切过程中集流体的边缘难免会产生毛刺，这种毛刺在电极工作过程由于极片膨胀力的变化可能会刺穿隔膜，诱发电芯微短路。微短路又会导致阴极局域反应加剧，释放大量热，进一步会导致隔膜收缩，从而引发更大的短路和产热，甚至发生起火和爆炸等安全事故。具体地，在毛刺刺穿隔膜的过程中，最开始电芯微短路产生的热量并不是很高，也即，对于毛刺周围热稳定性好的材料来说，最开始电芯微短路产生的热量难以引发毛刺周围材料的产热，以及热失控，此时电池发生事故的风险降低，但是对于毛刺周围热稳定性差的材料来说，电芯微短路产生的热量容易引发毛刺周围材料的产热，甚至热失控，如此，更易引发阴极局域反应加剧，释放大量热，以及产生更严重的后果，此时，电池发生事故的风险升高。
为此，为了降低因毛刺刺穿隔膜产热，引发毛刺周围材料产热以及热失控的风险，通过将热稳定性高的第一活性层和第三活性层设置在集流体的侧边，热稳定性差的第二活性层设置在集流体的靠近中部位置，避免热稳定性差的第二活性层设置在毛刺的周围，引发上述的风险。
可选地，所述第一活性层和所述第三活性层的材料相同；
或，所述第一活性层和所述第三活性层的材料不同。
理论上保持第一活性层和第三活性层的热稳定性高于第二活性层的热稳定性即可，并不对第一活性层和第三活性层的材料做限制，第一活性层和第三活性层的材料可以相同，第一活性层和第三活性层的材料也可以不同。
可选地，所述第一活性层的总放热量和所述第三活性层的总放热量分别小于所述第二活性层的总放热量。
由于需要将第一活性层和第三活性层设置在集流体容易产热的部位，为了避免第一活性层和第三活性层在吸收热量后会大量产热，因此，选用第一活性层和第三活性层的总放热量小于第二活性层的总放热量，降低大量产热的风险，避免大量产热引发起火的风险。
可选地，所述第一活性层的总放热量的范围值为100J/g-500J/g，所述第三活性层的总放热量的范围值为100J/g-500J/g，所述第二活性层的总放热量的范围值为800J/g-1500J/g。
由于需要将第一活性层和第三活性层设置在集流体容易产热的部位，为了避免第一活性层在吸收热量后会大量产热，因此，选用第一活性层和第三活性层的总放热量小于第二活性层的总放热量，降低大量产热的风险，避免大量产热引发起火的风险。第一活性层的总放热量的范围值为100J/g-500J/g，例如可以是100J/g、200J/g、300J/g、400J/g、500J/g，具体不作限定，第三活性层的总放热量的范围值为100J/g-500J/g，例如可以是100J/g、200J/g、300J/g、400J/g、500J/g，具体不作限定，第二活性层的总放热量的范围值为800J/g-1500J/g，例如可以是800J/g、900J/g、1000J/g、1100J/g、1200J/g、1700J/g、1600J/g、1500J/g等，具体不作限定。
可选地，所述第一活性层构成的电芯的失效温度大于所述第二活性层构成的电芯的失效温度；所述第三活性层构成的电芯的失效温度大于所述第二活性层构成的电芯的失效温度。
电芯的失效温度越高说明活性层的热稳定性越好，基于第一活性层和第三活性层设置在集流体容易产热的部位，因此，第一活性层构成的电芯的失效温度和第三活性层构成的电芯的失效温度均大于第二活性层构成的电芯的失效温度。
可选地，所述第一活性层构成的电芯的失效温度为160℃-220℃，所述第三活性层构成的电芯的失效温度为160℃-220℃，所述第二活性层构成的电芯的失效温度为120℃-160℃。
为了避免第一活性层和第三活性层容易发生热失控，引发起火的风险，第一活性层构成的电芯的失效温度为160℃-220℃，例如，可以是160℃、170℃、180℃、190℃、1200℃、210℃、220℃等，具体不做限定，所述第三活性层构成的电芯的失效温度为160℃-220℃，例如，可以是160℃、170℃、180℃、190℃、1200℃、210℃、220℃等，具体不做限定，例如，第一活性层或第三活性层的材料可以是磷酸锰铁锂或磷酸铁锂以及两者的混合。同时，需要兼顾能量密度和避免发生热失控，第二活性层构成的电芯的失效温度为120℃-160℃，例如，可以是120℃、130℃、140℃、150℃、160℃等，具体不做限定，例如，第二活性层的材料可以是三元材料或钴酸锂，以及两者的混合。
可选地，所述集流体用以设置极耳的一侧预设有绝缘层涂覆区域，所述第一活性层覆盖所述绝缘层涂覆区域。
在集流体位于极耳的一侧会设置绝缘层涂覆区域，用以设置绝缘层，以避免极耳弯折后插入活性层，引发活性层吸收极耳产生的热量，进而引发活性层产热，甚至热失控的情形。本申请中，基于在集流体靠近极耳的一侧设置的是热稳定性好的第一活性层，采用将第一活性层靠近极耳设置，降低了第一活性层因吸收极耳的热量而发生产热的风险，因此，采用第一活性层覆盖绝缘层涂覆区域，可以增加第一活性层的涂覆量，提高能量密度。
可选地，定义所述集流体的两侧均用以设置极耳，所述集流体用以设置极耳的另一侧预设有绝缘层涂覆区域，所述第三活性层覆盖所述绝缘层涂覆区域。
考虑到集流体可在两侧均设置极耳，集流体用以设置极耳的另一侧预设有绝缘层涂覆区域，为了提高能量密度，第三活性层覆盖集流体另一侧的绝缘层涂覆区域，同时，由于第三活性层热稳定性好，有助于降低第三活性层因吸收极耳的热量而发生产热的风险。
可选地，所述第一活性层与所述第二活性层的宽度比为0.25-4。
理论上，第一活性层宽度越宽，热稳定性好的材料层越多，越有利于安全性，但是能量密度会降低，第二活性层宽度越宽，热稳定性差的材料层越多，能量密度会增加，但是安全性降低，为了平衡热稳定性和高能量密度，第一活性层与第二活性层的宽度比为0.25-4，例如，可以是0.25、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4等，具体不做限定，通过第一活性层与第二活性层的宽度比设置，可以调节复合电极的不同安全性和不同能量密度。
可选地，所述第一活性层和所述第三活性层之和与所述第二活性层的宽度比为0.25-4。
理论上，第一活性层与第三活性层的宽度之和越宽，热稳定性好的材料层越多，越有利于安全性，但是能量密度会降低，第二活性层宽度越宽，热稳定性差的材料层越多，能量密度会增加，但是安全性降低，为了平衡热稳定性和高能量密度，第一活性层和第三活性层之和与第二活性层的宽度比为0.25-4，例如，可以是0.25、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4等，具体不做限定，通过第一活性层和第三活性层与第二活性层的宽度比设置，可以调节复合电极的不同安全性和不同能量密度。
可选地，所述第一活性层的宽度占活性层的总宽度20％-80％；
和/或，所述第二活性层的宽度占活性层的总宽度的20％-80％。
为了平衡第一活性层与第二活性层的在集流体上的涂覆面积，以平衡活性层的能量密度与活性层安全性，第一活性层的宽度占活性层的总宽度的20％-80％，例如，可以是20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％，具体不做限定。同理，第二活性层的宽度占活性层的总宽度的20％-80％，例如，可以是20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％，具体不做限定。
可选地，所述第一活性层和所述第三活性层宽度之和占活性层的总宽度20％-80％；
和/或，所述第二活性层的宽度占活性层的总宽度的20％-80％。
为了平衡第一活性层和第三活性层与第二活性层的在集流体上的涂覆面积，以平衡活性层的能量密度与活性层安全性，第一活性层和第三活性层的宽度之和占活性层的总宽度的20％-80％，例如，可以是20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％，具体不做限定。同理，第二活性层的宽度占活性层的总宽度的20％-80％，例如，可以是20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％，具体不做限定。
可选地，所述第一活性层的宽度大于3mm。
一方面考虑到低于3mm的宽度，在涂覆工艺上的可操作性难度加大，为了方便涂覆，第一活性层的宽度大于3mm；另一方面，目前集流体上用于涂覆绝缘层的宽度在3mm-3.5mm左右，为了使第一活性层覆盖绝缘层的涂覆区域，因此，选择第一活性层的宽度大于3mm。
可选地，所述第三活性层的宽度大于3mm。
一方面考虑到低于3mm的宽度，在涂覆工艺上的可操作性难度加大，为了方便涂覆，第三活性层的宽度大于3mm；另一方面，目前集流体上用于涂覆绝缘层的宽度在3mm-3.5mm左右，为了使第三活性层覆盖绝缘层的涂覆区域，因此，选择第三活性层的宽度大于3mm。
可选地，所述第一活性层和所述第三活性层的克容量分别的克容量小于所述第二活性层的克容量。
理论上，热稳定性好的材料相比热稳定性差的材料，其克容量会小一些，基于第一活性层和第三活性层的热稳定性大于第二活性层的热稳定性，所以第一活性层和第三活性层的克容量小于第二活性层的克容量。
采用在正极的侧边涂覆低容量的第一活性层，如此，电芯侧边的CB值低，降低负极侧边的析锂现象。
可选地，所述第一活性层的克容量和所述第三活性层的克容量分别占所述第二活性层克容量的60％-80％。
第一活性层和第三活性层的热稳定性大于第二活性层的热稳定性，第一活性层和第三活性层的克容量分别小于第二活性层克容量，第一活性层的克容量占第二活性层克容量的60％-80％，第三活性层的克容量占第二活性层克容量的60％-80％，例如，可以是60％、70％、80％，第一活性层和第三活性层的克容量分别占第二活性层克容量太低，导致能量密度太低，也不能太高，避免热稳定性降低。例如，第一活性层和第三活性层的材料可以包括磷酸锰铁锂、磷酸铁锂，或两者的混合，第二活性层的材料可以包括三元材料、钴酸锂，或两者的混合。
可选地，所述第一活性层中的活性材料的平均粒径Dv50和所述第三活性层中的活性材料的平均粒径Dv50分别为0.2um-2um。
材料颗粒太大，锂离子传输路径长，动力学性能差，若颗粒尺寸做的很小，动力学性能好，但是加工性差，很难在集流体上进行涂布，因此材料的平均粒径Dv50可以为0.2um、0.3um、0.4um、0.5um、0.6um、0.7um、0.8um、0.9um、1um、1.2um、1.4um、1.6um、1.8um、2um等，具体不作限定。例如，材料可以是磷酸锰铁锂材料，磷酸锰铁锂材料的离子传导能力很差，将粒径设置在上述范围内，有利于提高材料的动力学性能。
可选地，所述第二活性层中的活性材料的平均粒径Dv50的范围值为0.5um-20um。
可以理解的是，颗粒太大锂离子传输路径长，动力学性能差，若颗粒尺寸做的很小，动力学性能好，但是加工性差，很难在集流体上进行涂布。因此，第二活性层中材料的平均粒径Dv50可以为0.5um、1um、2um、3um、4um、5um、6um、7um、8um、9um、10um、11um、12um、13um、14um、15um、16um、17um、18um、19um、20um，具体不作限定。
可选地，所述第一活性层、所述第二活性层、所述第三活性层的厚度相同。
为了方便组装形成电芯，第一活性层、第三活性层和第二活性层在经过冷压后，冷压至相同的厚度。
可选地，所述第一活性层、所述第二活性层、所述第三活性层的厚度为80μm-300μm。
第一活性层、第二活性层、第三活性层的厚度的范围值为80μm-300μm，例如可以是80μm、100μm、150μm、180μm、200μm、250μm、280μm、300μm等，具体不作限定。
可选地，所述第一活性层包括磷酸锰铁锂材料。
采用第一活性层包括磷酸锰铁锂材料，不仅有利于提高安全性还提高能量密度。
可选地，所述磷酸锰铁锂材料设有导电包覆材料。
为了提高磷酸锰铁锂材料的导电性，在磷酸锰铁锂材料设有包覆材料。
可选地，所述导电包覆材料的质量为所述磷酸锰铁锂材料质量的1％-10％；
和/或，所述导电包覆材料包括碳或金属氧化物中的至少一种。
包覆材料的量越多，导电性越好，电池的倍率性能就会越好。但是包覆材料含量进一步提高，实际的活性材料含量就会降低，电极的能量密度也会损失。因此，包覆材料的质量为磷酸锰铁锂材料质量的1.0％-10.0％，例如可以是1.0％、2.0％、3.0％、4.0％、5.0％、6.0％、7.0％、8.0％、9.0％、10.0％，具体不做限定。同时导电包覆材料包括碳或金属氧化物中的至少一种，例如可以是碳，也可以是金属氧化物，还可以是两种的混合，具体不做限定，当然还可以是其他具有导电性能的材料。
可选地，所述第一活性层还包括三元材料，所述磷酸锰铁锂材料的质量占所述第一活性层总质量的20％-80％。
为了提高复合电极的能量密度，第一活性层还包括三元材料，且磷酸锰铁锂材料的质量占第一活性层总质量的20％-80％，例如，磷酸锰铁锂材料的质量可以占第一活性层总质量的20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％，其中，磷酸锰铁锂材料的质量不能过低和过高，磷酸锰铁锂材料的质量过低会导致三元材料质量过高，电池的安全性降低，磷酸锰铁锂材料的质量过高会导致三元材料质量过低，能量密度不足。
可选地，所述磷酸锰铁锂材料的结构通式为LiMnxFeyM1-x-yPO4，式中，0.4≤x≤0.8；0.1≤y≤0.6；0≤1-x-y≤0.2，M表示掺杂元素，可选地包括Al、Cu、Mg、Zn、Ni、Ti、V、Zr、Co、Ga、Sn、Sb、Nb和Ge中的至少一种。
磷酸锰铁锂材料的结构通式为LiMnxFeyM1-x-yPO4，式中，0.4≤x≤0.8；0.1≤y≤0.6；0≤1-x-y≤0.2，M表示掺杂元素，可选地包括Al、Cu、Mg、Zn、Ni、Ti、V、Zr、Co、Ga、Sn、Sb、Nb和Ge中的至少一种。磷酸锰铁锂材料中锰的摩尔占比为20％-80％，性能比较好，例如，磷酸锰铁锂材料中锰的摩尔占比可以是20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％，具体不作限定。
可选地，所述第二活性层包括三元材料或钴酸锂中的至少一种。
钴酸锂是一种无机化合物，化学式为LiCoO2，一般使用作锂离子电池的正电极材料。三元材料的克容量远高于磷酸锰铁锂，采用三元材料作为第二活性层，可以提高电极整体的能量密度，能量密度是动力电池的核心指标，特别是对于磷酸锰铁锂体系，只有能量密度超过磷酸铁锂才有应用的潜力。
可选地，当所述第二活性层包括三元材料时，所述三元材料的结构通式为LiNiaCobN(1-a-b)O2，式中，N可选地包括Mn、Zr、Al、B、Ta、Mo、W、Nb、Sb、La中的至少一种，其中，0.35≤a<1.0，0≤b≤0.35，0≤1-a-b≤0.35。
三元材料的结构通式为LiNiaCobN(1-a-b)O2，式中，N可选地包括Mn、Zr、Al、B、Ta、Mo、W、Nb、Sb、La中的至少一种，其中，0.35≤a<1.0，0≤b≤0.35，0≤1-a-b≤0.35，根据镍含量的不同，三元材料可以分为低镍三元材料、中镍三元材料、高镍三元材料，以及根据是否含钴元素，三元材料还可以分为无钴三元材料，其中钴元素可由其他金属元素替代，本申请中，三元材料的具体类型不作限定。
可选地，当所述第二活性层包括三元材料时，所述三元材料的结构通式为LiNiaCobN(1-a-b)O2，式中，0.5≤a≤0.96。
镍元素比例上升可以提升电池比能量，因此，选择三元材料中Ni元素的摩尔含量占除锂以外的其他金属元素总摩尔含量的50％-96％，例如，可以是50％、60％、70％、80％、90％、96％等，具体不做限定。
可选地，所述三元材料包括5系单晶三元材料、5系多晶三元材料、6系单晶三元材料、6系多晶三元材料、7系单晶三元材料、7系多晶三元材料、8系单晶三元材料、8系多晶三元材料、9系单晶三元材料、9系多晶三元材料、无钴三元材料中的至少一种。
可选地，在所述第一活性层和所述第二活性层均包括三元材料时，所述第一活性层和所述第二活性层中的三元材料相同。
理论上，第一活性层和第二活性层中的三元材料可以相同也可以不同，但是最好是相同，相同的优势是两活性层的嵌锂量接近，膨胀程度一样，有利于极片的稳定。
可选地，所述第一活性层包括第一活性物质、导电剂和粘结剂，所述第一活性物质包括磷酸锰铁锂材料，所述磷酸锰铁锂材料质量占所述第一活性层总质量的94％-97％；
和/或，所述第二活性层包括第二活性物质、导电剂和粘结剂，所述第二活性物质包括三元材料，所述三元材料占所述第二活性层总质量的95％-98％。
第一活性层包括第一活性物质、导电剂和粘结剂，第一活性物质包括磷酸锰铁锂材料，磷酸锰铁锂材料质量占第一活性层总质量的94％-97％，磷酸锰铁锂材料在该范围内(例如可以是94％、95％、96％、97％，具体不作限定)，可以制备性能优异的活性层，其中，粘结剂含量可以为1.8％、2％、2.5％、3％等，导电剂含量可以是1.8％、2％、2.5％等。
第二活性层包括第二活性物质、导电剂和粘结剂，第二活性物质包括三元材料，三元材料占第二活性层总质量的95-98％，三元材料在该范围内(95％、96％、97％、98％，具体不作限定)，可以制备性能优异的活性层，其中，粘结剂含量可以为1.5％、2％、2.5％等，导电剂含量可以是1.8％、2％、2.5％等。
本申请提供一种复合电极的制备方法，包括以下步骤：
在集流体的同一面涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料，在所述集流体上形成第一活性层和第二活性层；
烘干后，经过冷压，得到复合电极；
其中，所述第一活性层的热稳定性不同于所述第二活性层的热稳定性。
通过不同热稳定性活性层的搭配，实现不同能量密度的活性层的搭配，避免单纯采用热稳定性高的材料，虽然活性层的热稳定性得到改善，但会导致能量密度降低的问题，同时，也避免单纯采用高能量密度的材料，虽然能量密度提高，但会导致活性层热稳定性差的问题，搭配使用不同热稳定性的活性层，避免活性层能量密度的降低，同时提高热稳定性。
可选地，在所述在集流体的同一面涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料，在所述集流体上形成第一活性层和第二活性层的过程中，所述第一活性层靠近所述集流体用以设置极耳的一侧，所述第二活性层位于所述第一活性层背离所述集流体用以设置极耳的一侧，所述第一活性层的热稳定性大于所述第二活性层的热稳定性。
将热稳定性高的第一活性层设置在集流体用以设置极耳的一侧，而将热稳定性差的第二活性层设置在集流体远离极耳的一侧，避免极耳接触热稳定性差的第二活性层，避免极耳散热过程中引发热稳定性差的第二活性层产热，以及发生热失控的风险，如此来提高复合电极的安全性。同时搭配使用不同热稳定性的活性层，避免活性层能量密度的降低。
可选地，在所述在集流体的同一面涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料，在所述集流体上形成第一活性层和第二活性层的过程中，包括以下步骤：
在集流体的同一面涂覆至少一条第一活性物质层浆料、至少一条第三活性物质层浆料和至少一条第二活性物质层浆料，所述第二活性物质层浆料设置在所述第一活性物质层浆料和所述第三活性物质层浆料之间，所述第三活性层的热稳定性大于所述第二活性层的热稳定性。
由于集流体侧边因裁切容易产生毛刺，为了降低因毛刺刺穿隔膜产热，引发毛刺周围材料产热以及热失控的风险，通过将热稳定性高的第一活性层和第三活性层设置在集流体的侧边，热稳定性差的第二活性层设置在集流体的靠近中部位置，避免热稳定性差的第二活性层设置在毛刺的周围，引发上述的风险。
可选地，在所述在集流体的同一面涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料，在所述集流体上形成第一活性层和第二活性层的过程中，包括以下步骤：
在集流体的同一面同时涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料，在所述集流体上形成第一活性层和第二活性层。
为了方便控制多条活性层涂覆的宽度值，需要在集流体的同一面同时涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料，因为相邻的活性层是平行的，如果涂完一条再涂一条不仅效率低而且先涂的一层会往旁边扩散，导致两条宽度没法控制。当还需要涂覆第三活性物质层浆料时，第一活性物质层浆料、第三活性物质层浆料和第二活性物质层浆料需要同时涂覆。
可选地，在集流体的同一面涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料的过程中，还包括以下步骤：
在集流体的一面上涂覆一层底涂，再在底涂上涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料。
先在集流体上涂布一层高粘的涂层，再涂布第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料，用于增强活性材料与基材之间的粘结力。
可选地，在经过冷压的步骤中，所述第一活性层和所述第二活性层在经过冷压后，冷压至相同的厚度，所述厚度为80μm-300μm。
为了方便组装形成电芯，第一活性层和第二活性层在经过冷压后，冷压至相同的厚度，厚度为80μm-300μm。
可选地，在烘干后，经过冷压，得到复合电极的步骤中，所述烘干的温度为90℃-120℃，所述冷压的压力为20吨-40吨，所述冷压的温度为15℃-35℃。
为了有效去除浆料中的溶剂，采用烘干的温度为90℃-120℃，例如，可以是90℃、100℃、110℃、120℃。为了将活性层压实至合适密度，冷压的压力为20吨-40吨，例如可以是20吨、25吨、30吨、35吨、40吨，具体不作限定，同时，在常温下进行冷压，简化操作。
本申请还提供一种电池，包括：负极极片、正极极片、隔离膜及电解液，其中所述正极极片为所述的复合电极。
由于上述的复合电极具有高安全、高能量密度和低成本的电芯的优势，采用该复合电极制备的电池性价比更好。
本申请还提供一种用电设备，所述用电设备包括所述的电池。
用电设备采用上述高性价比的电池，提高用电设备的使用性能，提高使用价值。
本申请的复合电极，包括集流体、第一活性层和第二活性层，第一活性层设于集流体的表面，第二活性层设于集流体的表面，并与第一活性层位于集流体的同一表面，第一活性层的热稳定性不同于第二活性层的热稳定性，理论上，材料的热稳定性高，材料的能量密度会低一些，材料的热稳定性差，材料的能量密度会高一些，通过不同热稳定性活性层的搭配，实现不同能量密度的活性层的搭配，避免单纯采用热稳定性高的材料，虽然活性层的热稳定性得到改善，但会导致能量密度降低的问题，同时，也避免单纯采用高能量密度的材料，虽然能量密度提高，但会导致活性层热稳定性差的问题，搭配使用不同热稳定性的活性层，避免活性层能量密度的降低，同时提高安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明复合电极的制备方法流程示意图；
图2为本发明复合电极的另一制备方法流程示意图；
图3为本发明集流体的结构示意图；
图4为本发明集流体的结构示意图；
图5为本发明复合电极一实施例的结构示意图；
图6为本发明复合电极另一实施例的结构示意图；
图7为本发明集流体的结构示意图；
图8为本发明复合电极另一实施例的结构示意图；
图9为本发明复合电极另一实施例的结构示意图；
图10为本发明复合电极另一实施例的结构示意图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
100 复合电极 30 极耳
10 集流体 40 第二活性层
11 绝缘层涂覆区域 50 第三活性层
13 活性涂层区域 60 绝缘层
20 第一活性层
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本领域中所提到的电池按是否可充电可以分为一次性电池和可充电电池。目前常见的可充电电池的类型有：铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池。锂离子电池目前广泛应用于纯电动车及混合动力车，用于这种用途的锂离子电池的容量相对略低，但有较大的输出、充电电流，也有较长的使用寿命，但成本较高。
本申请实施例中所描述的电池是指可充电电池。下文中将主要以锂离子电池为例来描述本申请公开的实施例。应当理解的是，本申请公开的实施例对于其他任意适当类型的可充电电池都是适用的。本申请中公开的实施例所提到的电池可以直接或者间接应用于适当的装置中来为该装置供电。
本申请公开的实施例中所提到的电池是指包括一个或多个电池单体以提供预定的电压和容量的单一的物理模块。电池单体是电池中的基本单元，一般按封装的方式可以分为：柱形电池单体、长方体电池单体和软包电池单体。下文中将主要围绕长方体电池单体来展开。应当理解的是，下文中所描述的实施例在某些方面对于柱形电池单体或软包电池单体而言也是适用的。
电池单体包括正极极片、负极极片、电解液和隔离膜。锂离子电池单体主要依靠锂离子在正极极片和负极极片之间的移动来工作。柱形电池单体中三层材料的薄膜结构被卷绕成柱形形状的电极组件，而在长方体电池单体中薄膜结构被卷绕或者叠置成具有大致长方体形状的电极组件。
在通常的电池单体结构中，电池单体包括外壳、电极组件和电解液。电极组件被容纳在电池单体的外壳中，电极组件包括正极极片、负极极片和隔离膜。外壳包括外壳和端盖。外壳包括由多个壁形成的容纳腔以及开口。端盖布置在开口处以封闭容纳腔。除了电极组件之外，容纳腔中还容纳有电解液。电极组件中的正极极片和负极极片包括极耳。为了保证通过大电流而不发生熔断，正极极耳的数量为多个且层叠在一起，负极极耳的数量为多个且层叠在一起。极耳通过连接构件与位于电池单体外部的电极端子电连接，电极端子一般包括正电极端子和负电极端子。对长方体电池单体而言，电极端子一般设置在端盖部分。多个电池单体经由电极端子而被串联和/或并联在一起以应用于各种应用场合。
在一些诸如电动车辆等的大功率应用场合，电池的应用包括三个层次：电池单体、电池模块和电池。电池模块是为了从外部冲击、热、振动等中保护电池单体，将一定数目的电池单体电连接在一起并放入一个框架中而形成的。电池则指的是装入电动车辆的电池系统的最终状态。电池一般包括用于封装一个或多个电池单体的箱体。箱体一般由盖体和箱壳组成。
箱体的边框上或箱壳中部设置有多个用于与车辆主体连接的挂载点，为提高车辆主体与电池连接的稳定性，多在挂载点设置挂载部。
在一些电池生产加工技术中，首先将多个电池单体先整合为电池模块，然后将电池模块封装于电池的箱体中，形成电池包/电池箱。
常用的电池模块一般包括两块端板，两块端板之间排布有多个电池单体。设置有电池模块输出极的端板又称输出极端板，未设置电池模块输出极的端板又称非输出极端板。
电池包内可封装一排多个电池模块，也可封装多排多个电池模块，多排多个电池模块的排列方式可以是双排多列、多排双列、多排多列等。以封装双排多列电池模块的电池包为例，每一列第一个端板一般为头部输出极端板，两排电池模块间相邻的两块端板为中部非输出极端板，每一列最后一个端板为尾部非输出极端板，头部输出极端板和其中一个中部非输出极端板属于第一排电池模块，其中一个中部非输出极端板和尾部输出极端板属于第二排电池模块。
电池模块封装入电池的箱体需要依托工装才可实现，工装上一般设置有夹持电池模块的夹持机构，如夹爪、吸盘等。当采用设置夹爪的工装封装电池模块时，一般会在端板背离电池单体一侧设置与夹爪适配的夹爪槽，以供夹爪插入实现对电池模块的夹持与转运。
电池的高能量密度是电池领域一直追求的目标，理论上，材料的能量密度提高，材料的稳定性会下降，所以电池的高能量密度和电池的安全性有时候难以兼顾。
为了寻求性能较佳的电极，以平衡高能量密度和安全性之间的矛盾，本申请提供一种复合电极，旨在提供一种兼顾高能量密度和安全性的复合电极的。
复合电极包括集流体和形成于集流体至少一侧表面的涂布区域，涂布区域包括沿同一延伸方向排列设置的第一活性层和第二活性层，第一活性层的热稳定性不同于第二活性层的热稳定性。
沿同一延伸方向排列，指的是可以沿集流体的长度方向排列，也可以沿集流体的宽度方向排列，具体不作限定。
集流体，是指汇集电流的结构或零件，在锂离子电池上主要指的是金属箔，如铜箔、铝箔。集流体作为基材用于附着正极或负极活性物质，起到将活性材料产生的电流汇集，对外进行电流输出的作用。一般铝箔作为正极集流体，铜箔作为负极集流体。
活性层，是指包括有活性材料的涂层结构，其中的活性材料是指正极涉及的正极活性物质，正极活性物质可以使用能可逆地嵌入与脱嵌Li+的化合物。
活性层的热稳定性，热稳定性是指材料的热稳定性，是指材料承受温度的变化而不致破坏的能力，例如，在低于一定温度下，活性层中活性材料结构或成分不发生改变，或者是成分发生少量变化，以使得该活性材料在工作环境下仍能保持相应的功能，例如，对于阴极活性材料，该材料的功能是能可逆地嵌入与脱嵌Li+；在高于一定温度下，活性层中活性材料结构或成分发生改变，例如，结构坍塌，或材料发生化学变化，产生热量，使得难以保持该活性材料的正常功能。材料的热稳定性可以通过差示扫描量热测仪(DSC)来进行测试，例如，差示扫描量热仪的参数设置为：氮气气氛下，吹扫气50ml/min，保护气20ml/min，升温程序为10℃/min，从35℃升温至600℃。制样步骤为：称取10mg左右样品于Al2O3坩埚中，抖平。通过上述测试方法可得到材料的结构和成分变化情况，两种材料在相同的测试条件下，结构和成分受温度影响更敏感，说明该材料热稳定性差。
其中，热稳定性高，指的是材料承受温度破坏的能力强，耐热性高，相比于热稳定性差的材料，热稳定性高的材料的耐热温度高于热稳定性差的材料的耐热温度。例如，第一活性层的热稳定性大于第二活性层的热稳定性，指的是第一活性层中的活性材料的耐热温度高于第二活性层中的活性材料的耐热温度。
理论上，材料的热稳定性高，材料的能量密度会低一些，材料的热稳定性差，材料的能量密度会高一些，通过不同热稳定性活性层的搭配，实现不同能量密度的活性层的搭配，避免单纯采用热稳定性高的材料，虽然活性层的热稳定性得到改善，但会导致能量密度降低的问题，同时，也避免单纯采用高能量密度的材料，虽然能量密度提高，但会导致活性层热稳定性差的问题，搭配使用不同热稳定性的活性层，避免活性层能量密度的降低，同时提高安全性。
进一步地，复合电极包括集流体10、第一活性层20和第二活性层40，第一活性层20设于集流体10的表面，并靠近集流体10用以设置极耳30的一侧，第二活性层40设于集流体10的表面，并与第一活性层20位于集流体10的同一表面，且位于第一活性层20背离集流体10用以设置极耳30的一侧，第一活性层20的热稳定性大于第二活性层40的热稳定性。
极耳，电池是分正负极的，极耳就是从电芯中将正负极引出来的金属导电体，通俗的说电池正负两极的耳朵是在进行充放电时的接触点。
第一活性层的热稳定性大于第二活性层的热稳定性，指的是第一活性层中的活性材料发生结构或特性变化的温度要高于第二活性层中的活性材料发生结构或特性变化的温度。
通过将热稳定性高的第一活性层设置在集流体用以设置极耳的一侧，而将热稳定性差的第二活性层设置在集流体远离极耳的一侧，避免极耳接触热稳定性差的第二活性层，避免极耳散热过程中引发热稳定性差的第二活性层产热，以及发生热失控的风险，如此来提高复合电极的安全性。
例如，如图3至图9所示，集流体10的一侧设置有极耳30，第一活性层20设置在集流体10靠近极耳30的一侧，而第二活性层40设于集流体的另一侧，避免第二活性层直接与极耳30接触。可以理解的是，电池在工作过程中，极耳30会产生热量，若是活性层不耐受极耳30产生的热量，则活性层中的活性材料在接收极耳30产生的热量后，其结构或特性会发生变化，例如会产热，甚至会热失控，以及起火的危险。
进一步地，集流体的表面至少形成三个涂层区域，至少两个涂层区域用以分别设置第一活性层和第三活性层，至少另一个涂层区域用以设置第二活性层，且，第二活性层位于第一活性层和第三活性层之间，第三活性层的热稳定性大于第二活性层的热稳定性。
考虑到集流体一般需要裁切以达到合适的尺寸，在裁切过程中集流体的边缘难免会产生毛刺，这种毛刺在电极工作过程由于极片膨胀力的变化可能会刺穿隔膜，诱发电芯微短路。微短路又会导致阴极局域反应加剧，释放大量热，进一步会导致隔膜收缩，从而引发更大的短路和产热，甚至发生起火和爆炸等安全事故。具体地，在毛刺刺穿隔膜的过程中，最开始电芯微短路产生的热量并不是很高，也即，对于毛刺周围热稳定性好的材料来说，最开始电芯微短路产生的热量难以引发毛刺周围材料的产热，以及热失控，此时电池发生事故的风险降低，但是对于毛刺周围热稳定性差的材料来说，电芯微短路产生的热量容易引发毛刺周围材料的产热，甚至热失控，如此，更易引发阴极局域反应加剧，释放大量热，以及产生更严重的后果，此时，电池发生事故的风险升高。
为此，为了降低因毛刺刺穿隔膜产热，引发毛刺周围材料产热以及热失控的风险，通过将热稳定性高的第一活性层和第三活性层设置在集流体的侧边，热稳定性差的第二活性层设置在集流体的靠近中部位置，避免热稳定性差的第二活性层设置在毛刺的周围，引发上述的风险。
例如，如图7至图9所示，在集流体10上设有三个活性涂层区域13，其中位于边缘的两个活性涂层区域13用于涂覆第一活性层20和第三活性层50的浆料，中间的活性涂层区域13用于涂覆第二活性层40的浆料，此种设计能更好的兼顾高能量密度和安全性问题。可以理解的是，两第一活性层20的宽度可以相同，也可以不同，具体不做限定。
进一步地，第一活性层和第三活性层的材料相同；或，第一活性层和第三活性层的材料不同。
理论上保持第一活性层和第三活性层的热稳定性高于第二活性层的热稳定性即可，并不对第一活性层和第三活性层的材料做限制，第一活性层和第三活性层的材料可以相同，第一活性层和第三活性层的材料也可以不同。
进一步地，第一活性层的总放热量和第三活性层的总放热量分别小于第二活性层的总放热量。
总放热量，是通过差示扫描量热仪(DSC)测试材料的热变化得到的参数，是根据放热曲线积分得到的，总放热量低，表明材料的热稳定性好。例如，差示扫描量热仪的参数设置为：氮气气氛下，吹扫气50ml/min，保护气20ml/min，升温程序为10℃/min，从35℃升温至600℃。制样步骤为：称取10mg左右样品于Al2O3坩埚中，抖平。
由于需要将第一活性层和第三活性层设置在集流体容易产热的部位，为了避免第一活性层和第三活性层在吸收热量后会大量产热，因此，选用第一活性层和第三活性层的总放热量小于第二活性层的总放热量，降低大量产热的风险，避免大量产热引发起火的风险。
进一步地，第一活性层的总放热量的范围值为100J/g-500J/g，第三活性层的总放热量的范围值为100J/g-500J/g，第二活性层的总放热量的范围值为800J/g-1500J/g。
由于第一活性层和第三活性层设置在集流体容易产热的地方，且总放热量大存在较高的风险，因此，第一活性层的总放热量的范围值为100J/g-500J/g，例如，可以是100J/g、200J/g、300J/g、400J/g、500J/g等，具体不做限定，第三活性层的总放热量的范围值为100J/g-500J/g，例如可以是100J/g、200J/g、300J/g、400J/g、500J/g，具体不作限定。而第二活性层处于集流体中相对安全的部位，因此，兼顾到能量密度需要提高，第二活性层的总放热量的范围值为800J/g-1500J/g，例如，可以是800J/g、900J/g、1000J/g、1100J/g、1200J/g、1300J/g、1400J/g、1500J/g等，具体不做限定。
进一步地，第一活性层构成的电芯的失效温度大于第二活性层构成的电芯的失效温度；第三活性层构成的电芯的失效温度大于第二活性层构成的电芯的失效温度。
失效温度，指的是电池失效时电芯所处的环境温度。失效温度越高表明相应的活性层的材料热稳定性越好。
活性层构成的电芯，指的是将活性层构成的电极组装成电芯，在相同的条件下组装成电池，测试电芯发生热失控情形下电芯所处的环境温度，其中电芯的各组成部分除了正极不同外，其他条件均相同，例如其他条件包括电解液、负极极片等，这些组成部分均相同。电池的失效温度的测试方法可以是，电池在常温下以0.33C倍率充电至电压等于4.2V后，再恒压CV充电至0.05C电流截止。单电芯夹具加紧，5℃/min，55℃环境放置2h，再以5℃/min温升速率，每5℃保持30min，从55℃温升至电芯发生失控，1s记录数据，电芯发生失控时的温度记为Tf。
失效温度越高说明活性层的热稳定性越好，基于第一活性层和第三活性设置在集流体容易产热的部位，因此，第一活性层和第三活性构成的电芯的失效温度均大于第二活性层的失效温度。
进一步地，第一活性层构成的电芯的失效温度为160℃-220℃，第三活性层构成的电芯的失效温度为160℃-220℃，第二活性层构成的电芯的失效温度为120℃-160℃。
为了避免第一活性层和第三活性层容易发生热失控，引发起火的风险，第一活性层的失效温度为160℃-220℃，例如，可以是160℃、170℃、180℃、190℃、1200℃、210℃、220℃等，具体不做限定，第三活性层构成的电芯的失效温度为160℃-220℃，例如，可以是160℃、170℃、180℃、190℃、1200℃、210℃、220℃等，具体不做限定，例如，第一活性层和第三活性层的材料可以是磷酸锰铁锂或磷酸铁锂以及两者的混合。同时，需要兼顾能量密度和避免发生热失控，第二活性层构成的电芯的失效温度为120℃-160℃，例如，可以是120℃、130℃、140℃、150℃、160℃等，具体不做限定，例如，第二活性层的材料可以是三元材料或钴酸锂，以及两者的混合。
进一步地，集流体用以设置极耳的一侧预设有绝缘层涂覆区域，第一活性层覆盖绝缘层涂覆区域。
在集流体位于极耳的一侧会设置绝缘层涂覆区域，用以设置绝缘层，以避免极耳弯折后插入活性层，引发活性层吸收极耳产生的热量，进而引发活性层产热，甚至热失控的情形。本申请中，基于在集流体靠近极耳的一侧设置的是热稳定性好的第一活性层，采用将第一活性层靠近极耳设置，降低了第一活性层因吸收极耳的热量而发生产热的风险，因此，采用第一活性层覆盖绝缘层涂覆区域，可以增加第一活性层的涂覆量，提高能量密度。
例如，如图4、图5和图9所示，集流体10靠近极耳30的一侧预设绝缘层涂覆区域11，绝缘层60设置在该绝缘层涂覆区域11，如图6和图8所示，采用第一活性层20覆盖该绝缘层涂覆区域11，增大第一活性层20的涂覆面积，提高复合电极的能量密度。
进一步地，定义集流体的两侧均用以设置极耳，集流体用以设置极耳的另一侧预设有绝缘层涂覆区域，第三活性层覆盖绝缘层涂覆区域。
如图10所示，考虑到集流体可在两侧均设置极耳，集流体用以设置极耳的另一侧预设有绝缘层涂覆区域，为了提高能量密度，第三活性层覆盖集流体另一侧的绝缘层涂覆区域，同时，由于第三活性层热稳定性好，有助于降低第三活性层因吸收极耳的热量而发生产热的风险。
进一步地，第一活性层与第二活性层的宽度比为0.25-4。
理论上，第一活性层宽度越宽，热稳定性好的材料层越多，越有利于安全性，但是能量密度会降低，第二活性层宽度越宽，热稳定性差的材料层越多，能量密度会增加，但是安全性降低，为了平衡热稳定性和高能量密度，第一活性层与第二活性层的宽度比为0.25-4，例如，可以是0.25、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4等，具体不做限定，通过第一活性层与第二活性层的宽度比设置，可以调节复合电极的不同安全性和不同能量密度。
进一步地，第一活性层和第三活性层之和与第二活性层的宽度比为0.25-4。
理论上，第一活性层与第三活性层的宽度之和越宽，热稳定性好的材料层越多，越有利于安全性，但是能量密度会降低，第二活性层宽度越宽，热稳定性差的材料层越多，能量密度会增加，但是安全性降低，为了平衡热稳定性和高能量密度，第一活性层和第三活性层之和与第二活性层的宽度比为0.25-4，例如，可以是0.25、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4等，具体不做限定，通过第一活性层和第三活性层与第二活性层的宽度比设置，可以调节复合电极的不同安全性和不同能量密度。
进一步地，第一活性层的宽度占活性层的总宽度20％-80％；和/或，第二活性层的宽度占活性层的总宽度的20％-80％。
活性层的总宽度指的是在集流体一表面上所有活性层的宽度总和。
为了平衡第一活性层与第二活性层的在集流体上的涂覆面积，以平衡活性层的能量密度与活性层安全性，第一活性层的宽度占活性层的总宽度的20％-80％，例如，可以是20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％，具体不做限定。同理，第二活性层的宽度占活性层的总宽度的20％-80％，例如，可以是20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％，具体不做限定。
进一步地，第一活性层和第三活性层宽度之和占活性层的总宽度20％-80％；和/或，第二活性层的宽度占活性层的总宽度的20％-80％。
为了平衡第一活性层和第三活性层与第二活性层的在集流体上的涂覆面积，以平衡活性层的能量密度与活性层安全性，第一活性层和第三活性层的宽度之和占活性层的总宽度的20％-80％，例如，可以是20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％，具体不做限定。同理，第二活性层的宽度占活性层的总宽度的20％-80％，例如，可以是20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％，具体不做限定。
进一步地，第一活性层的宽度大于3mm。
一方面考虑到低于3mm的宽度，在涂覆工艺上的可操作性难度加大，为了方便涂覆，第一活性层的宽度大于3mm；另一方面，目前集流体上用于涂覆绝缘层的宽度在3mm-3.5mm左右，为了使第一活性层覆盖绝缘层的涂覆区域，因此，选择第一活性层的宽度大于3mm。
进一步地，第三活性层的宽度大于3mm。
一方面考虑到低于3mm的宽度，在涂覆工艺上的可操作性难度加大，为了方便涂覆，第三活性层的宽度大于3mm；另一方面，目前集流体上用于涂覆绝缘层的宽度在3mm-3.5mm左右，为了使第三活性层覆盖绝缘层的涂覆区域，因此，选择第三活性层的宽度大于3mm。
进一步地，第一活性层和第三活性层的克容量分别的克容量小于第二活性层的克容量。
理论上，热稳定性好的材料相比热稳定性差的材料，其克容量会小一些，基于第一活性层和第三活性层的热稳定性大于第二活性层的热稳定性，所以第一活性层和第三活性层的克容量小于第二活性层的克容量。
在负极极片中存在一种现象，即析锂现象，析锂现象指的是锂离子从正极到达负极因为异常情况直接在负极表面形成锂单质。而且析锂现象更容易在负极的侧边出现。
在设计电芯的时候会考虑一个重要的参数CB值，即CB＝负极的总容量/正极的总容量，一般这个值大于1，越大说明负极析锂的风险越低，但是太大又会造成负极过量，提高制造成本。本方案采用在正极的侧边涂覆低容量的第一活性层，如此，电芯侧边的CB值低，降低负极侧边的析锂现象。
进一步地，第一活性层的克容量和第三活性层的克容量分别占第二活性层克容量的60％-80％。
第一活性层和第三活性层的热稳定性大于第二活性层的热稳定性，第一活性层和第三活性层的克容量分别小于第二活性层克容量，第一活性层的克容量占第二活性层克容量的60％-80％，第三活性层的克容量占第二活性层克容量的60％-80％，例如，可以是60％、70％、80％，第一活性层和第三活性层的克容量分别占第二活性层克容量太低，导致能量密度太低，也不能太高，避免热稳定性降低。例如，第一活性层和第三活性层的材料可以包括磷酸锰铁锂、磷酸铁锂，或两者的混合，第二活性层的材料可以包括三元材料、钴酸锂，或两者的混合。
进一步地，第一活性层中的活性材料的平均粒径Dv50和第三活性层中的活性材料的平均粒径Dv50分别为0.2um-2um。
材料颗粒太大，锂离子传输路径长，动力学性能差，若颗粒尺寸做的很小，动力学性能好，但是加工性差，很难在集流体上进行涂布，因此材料的平均粒径Dv50可以为0.2um、0.3um、0.4um、0.5um、0.6um、0.7um、0.8um、0.9um、1um、1.2um、1.4um、1.6um、1.8um、2um等，具体不作限定。例如，材料可以是磷酸锰铁锂材料，磷酸锰铁锂材料的离子传导能力很差，将粒径设置在上述范围内，有利于提高材料的动力学性能。
进一步地，第二活性层中的活性材料的平均粒径Dv50的范围值为0.5um-20um。
可以理解的是，颗粒太大锂离子传输路径长，动力学性能差，若颗粒尺寸做的很小，动力学性能好，但是加工性差，很难在集流体上进行涂布。因此，第二活性层中材料的平均粒径Dv50可以为0.5um、1um、2um、3um、4um、5um、6um、7um、8um、9um、10um、11um、12um、13um、14um、15um、16um、17um、18um、19um、20um，具体不作限定。
进一步地，第一活性层、第二活性层、第三活性层的厚度相同。
为了方便组装形成电芯，第一活性层、第三活性层和第二活性层在经过冷压后，冷压至相同的厚度。
进一步地，第一活性层、第二活性层、第三活性层的厚度为80μm-300μm。
第一活性层、第二活性层、第三活性层的厚度的范围值为80μm-300μm，例如可以是80μm、100μm、150μm、180μm、200μm、250μm、280μm、300μm等，具体不作限定。
进一步地，第一活性层包括磷酸锰铁锂材料。
目前商用锂离子电池的正极材料主要有两种：三元含锂化合物与磷酸铁锂LFP。三元材料的优点是能量密度高，适合长续航汽车，但缺点是钴镍等元素价格较高，而且存在安全风险，更容易引发热失控起火。相比于三元材料，磷酸铁锂的安全性会提高很多，而且由于不含稀有过渡金属元素，成本也更低廉。然而，磷酸铁锂的能量密度较低，会导致续航里程短。在这个背景下，开发出一种既高能量密度和低成本，又具有高安全特性的材料尤为重要。磷酸锰铁锂LMFP就是这样的一种新型材料。
磷酸锰铁锂材料的晶体结构与磷酸铁锂相同，都属于橄榄石晶型，不同点在于在磷酸铁锂的基础上，使用Mn原子部分替代Fe原子。Mn原子是具有较强电化学活性的原子，常应用于三元锂电正极材料中，其在充放电过程中具有更高的电压，也就是说存储相同数量的锂离子可以提供更多的能量。磷酸锰铁锂材料不仅能量密度相比于磷酸铁锂能大幅提高，安全性却没有恶化，几乎与磷酸铁锂相当，相比于三元材料改善了很多。
为此，采用第一活性层包括磷酸锰铁锂材料，不仅有利于提高安全性还提高能量密度。
进一步地，磷酸锰铁锂材料设有导电包覆材料。
包覆，包覆是指在材料表面包覆导电物质，以提高导电性。
包覆材料，是指包覆在磷酸锰铁锂表面的材料，例如磷酸锰铁锂颗粒表面包覆碳材料等。
为了提高磷酸锰铁锂材料的导电性，在磷酸锰铁锂材料设有包覆材料。
进一步地，导电包覆材料的质量为磷酸锰铁锂材料质量的1％-10％；和/或，导电包覆材料包括碳或金属氧化物中的至少一种。
包覆材料的量越多，导电性越好，电池的倍率性能就会越好。但是包覆材料含量进一步提高，实际的活性材料含量就会降低，电极的能量密度也会损失。因此，包覆材料的质量为磷酸锰铁锂材料质量的1.0％-10.0％，例如可以是1.0％、2.0％、3.0％、4.0％、5.0％、6.0％、7.0％、8.0％、9.0％、10.0％，具体不做限定。同时导电包覆材料包括碳或金属氧化物中的至少一种，例如可以是碳，也可以是金属氧化物，还可以是两种的混合，具体不做限定，当然还可以是其他具有导电性能的材料。
进一步地，第一活性层还包括三元材料，磷酸锰铁锂材料的质量占第一活性层总质量的20％-80％。
三元材料，三元正极材料是层状镍钴锰(铝)酸锂复合材料，镍、钴、锰为过渡金属元素，所形成的固溶体可以任意比例混合，镍元素比例上升可以提升电池比能量，锰元素比例上升可以保证电池安全性和结构稳定性，钴元素比例上升可以稳定材料层状结构，有利于电池的循环性能和倍率性能。此外，还可以理解的是，三元材料还可以包括不含钴的材料，例如，采用其他金属元素代替钴得到的三元材料。
为此，为了提高复合电极的能量密度，第一活性层还包括三元材料，且磷酸锰铁锂材料的质量占第一活性层总质量的20％-80％，例如，磷酸锰铁锂材料的质量可以占第一活性层总质量的20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％，其中，磷酸锰铁锂材料的质量不能过低和过高，磷酸锰铁锂材料的质量过低会导致三元材料质量过高，电池的安全性降低，磷酸锰铁锂材料的质量过高会导致三元材料质量过低，能量密度不足。
进一步地，磷酸锰铁锂材料的结构通式为LiMnxFeyM1-x-yPO4，式中，0.4≤x≤0.8；0.1≤y≤0.6；0≤1-x-y≤0.2，M表示掺杂元素，可选地包括Al、Cu、Mg、Zn、Ni、Ti、V、Zr、Co、Ga、Sn、Sb、Nb和Ge中的至少一种。
磷酸锰铁锂材料的结构通式为LiMnxFeyM1-x-yPO4，式中，0.4≤x≤0.8；0.1≤y≤0.6；0≤1-x-y≤0.2，M表示掺杂元素，可选地包括Al、Cu、Mg、Zn、Ni、Ti、V、Zr、Co、Ga、Sn、Sb、Nb和Ge中的至少一种。磷酸锰铁锂材料中锰的摩尔占比为20％-80％，性能比较好，例如，磷酸锰铁锂材料中锰的摩尔占比可以是20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％，具体不作限定。
进一步地，第二活性层包括三元材料或钴酸锂中的至少一种。
钴酸锂是一种无机化合物，化学式为LiCoO2，一般使用作锂离子电池的正电极材料。三元材料的克容量远高于磷酸锰铁锂，采用三元材料作为第二活性层，可以提高电极整体的能量密度，能量密度是动力电池的核心指标，特别是对于磷酸锰铁锂体系，只有能量密度超过磷酸铁锂才有应用的潜力。
单从能量密度角度来说，全部应用三元材料会更有利。然而三元材料晶体结构存在释氧行为，热失控风险较高，安全系数低；另外，基材边缘一般是通过激光或者机械模切，难免会有一些金属毛刺，易导致微短路，从而诱发热失控甚至起火。
也即，通过调控第一活性层与第二活性层的材料来调控复合电极的能量密度，实现高安全、高能量密度的、低成本的电芯。
第二活性层包括三元材料或钴酸锂中的至少一种，例如，第二活性层可以包括三元材料或钴酸锂，第二活性层还可以包括三元材料与钴酸锂的混合，具体不做限定。当然，除了三元材料与钴酸锂之外，第二活性层还可以包括其他的高能量密度的正极材料。
相比于纯的LMFP电极而言，这种设计可以提高电芯的能量密度并实现能量密度可定制；另外，相比于纯的三元材料，LMFP含量提高可以实现降低三元材料的起火的安全风险。同时由于三元材料成本较高，采用本申请的复合电极还可以降低成本，提高性价比。
进一步地，当第二活性层包括三元材料时，三元材料的结构通式为LiNiaCobN(1-a-b)O2，式中，N可选地包括Mn、Zr、Al、B、Ta、Mo、W、Nb、Sb、La中的至少一种，其中，0.35≤a<1.0，0≤b≤0.35，0≤1-a-b≤0.35。
三元材料的结构通式为LiNiaCobN(1-a-b)O2，式中，N可选地包括Mn、Zr、Al、B、Ta、Mo、W、Nb、Sb、La中的至少一种，其中，0.35≤a<1.0，0≤b≤0.35，0≤1-a-b≤0.35，根据镍含量的不同，三元材料可以分为低镍三元材料、中镍三元材料、高镍三元材料，以及根据是否含钴元素，三元材料还可以分为无钴三元材料，其中钴元素可由其他金属元素替代，本申请中，三元材料的具体类型不作限定。
进一步地，当第二活性层包括三元材料时，三元材料的结构通式为LiNiaCobN(1-a-b)O2，式中，0.5≤a≤0.96。
镍元素比例上升可以提升电池比能量，因此，选择三元材料中Ni元素的摩尔含量占除锂以外的其他金属元素总摩尔含量的50％-96％，例如，可以是50％、60％、70％、80％、90％、96％等，具体不做限定。
进一步地，三元材料包括5系单晶三元材料、5系多晶三元材料、6系单晶三元材料、6系多晶三元材料、7系单晶三元材料、7系多晶三元材料、8系单晶三元材料、8系多晶三元材料、9系单晶三元材料、9系多晶三元材料、无钴三元材料中的至少一种。
5系三元材料，是指镍金属的摩尔比大于等于50％、小于60％的三元材料。6系三元材料，是指镍金属的摩尔比大于等于60％、小于70％的三元材料。7系三元材料，是指镍金属的摩尔比大于等于70％、小于80％的三元材料。8系三元材料，是指镍金属的摩尔比大于等于80％、小于90％的三元材料。9系三元材料，是指镍金属的摩尔比大于等于90％的三元材料，例如包括Ni90、Ni92、Ni95等。随着镍的含量逐步提高，电池能量密度也随之提升，镍越高，电芯能量密度越大，但钴被迫减少，电池的安全风险也随之陡增。中镍三元材料因镍含量相对高镍较低，且钴含量也较高，本身安全性就足够有保证。再加上单晶材料产热较少，稳定性高，其安全性性能要远高于高镍材料。单晶中镍三元目前在经济性、安全性、能量密度、循环寿命等多个维度实现了较好的平衡。
无钴三元材料，是指不含有钴的三元材料，例如钴元素可以由其他元素替换构成的三元材料。
单晶三元材料和多晶三元材料是根据材料本身的形貌来命名的。从形貌上看，单晶为单个分散颗粒，而与之对应的多晶三元材料则是一次颗粒团聚的二次颗粒。
相对多晶材料，单晶材料更适合做高电压。同时，单晶材料内部没有晶界，可提升三元材料的循环稳定性，对延长电池的循环寿命在镍钴锰比例相同的情况下，单晶三元材料克容量稍低于多晶三元材料，但由于其电压更高，因此材料整体能量密度已经和目前高镍三元材料差不多。单晶三元材料的缺点则在于倍率性能表现不佳，且生产工艺更为复杂，材料价格相对较高。
也即，本申请中的三元材料具体不做限定，可以是5系单晶三元材料、5系多晶三元材料、6系单晶三元材料、6系多晶三元材料、7系单晶三元材料、7系多晶三元材料、8系单晶三元材料、8系多晶三元材料、9系单晶三元材料、9系多晶三元材料、或无钴三元材料中的至少一种。
进一步地，在第一活性层和第二活性层均包括三元材料时，第一活性层和第二活性层中的三元材料相同。
理论上，在第一活性层和第二活性层均包括三元材料时，第一活性层和第二活性层中的三元材料可以相同也可以不同，但是最好是相同，相同的优势是两活性层的嵌锂量接近，膨胀程度一样，有利于极片的稳定。
进一步地，第一活性层包括第一活性物质、导电剂和粘结剂，第一活性物质包括磷酸锰铁锂材料，磷酸锰铁锂材料质量占第一活性层总质量的94％-97％；和/或，第二活性层包括第二活性物质、导电剂和粘结剂，第二活性物质包括三元材料，三元材料占第二活性层总质量的95％-98％。
第一活性层包括第一活性物质、导电剂和粘结剂，第一活性物质包括磷酸锰铁锂材料，磷酸锰铁锂材料质量占第一活性层总质量的94％-97％，磷酸锰铁锂材料在该范围内(例如可以是94％、95％、96％、97％，具体不作限定)，可以制备性能优异的活性层，其中，粘结剂含量可以为1.8％、2％、2.5％、3％等，导电剂含量可以是1.8％、2％、2.5％等。
第二活性层包括第二活性物质、导电剂和粘结剂，第二活性物质包括三元材料，三元材料占第二活性层总质量的95-98％，三元材料在该范围内(95％、96％、97％、98％，具体不作限定)，可以制备性能优异的活性层，其中，粘结剂含量可以为1.5％、2％、2.5％等，导电剂含量可以是1.8％、2％、2.5％等。
导电剂过少导致导电效果变差，过多导致能量密度降低。粘结剂用量适中可以使得涂层不掉粉且耐热性较好，过少则粘结性不足，过多则导致浆料粘度超标。
本申请还提供一种复合电极的制备方法，包括以下步骤：在集流体的同一面涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料，在集流体上形成第一活性层和第二活性层；烘干后，经过冷压，得到复合电极；其中，第一活性层的热稳定性不同于第二活性层的热稳定性。
第一活性物质层浆料是指用来制备第一活性层的浆料，第二活性物质层浆料是指用来制备第二活性层的浆料。
烘干是指将浆料中的溶剂蒸发，去除溶剂的过程。使极片处于较低的溶剂含量，如果溶剂含量过多，锂电池在化成阶段会消耗过量的锂，造成锂的不可逆损失，导致容量降低，电池气胀等问题，影响电池性能。
冷压是指对电极极片进行压缩，正极涂布干燥完，需要在工艺时间内进行对辊。对辊即对极片进行压实，目前有热压和冷压两种工艺。热压压实相对冷压高，反弹率较低，可减少轧制力；但冷压工艺相对简单易操作控制。对辊主要设备到如下工艺值，压实密度、反弹率、延伸率。同时要注意极片表面无脆片、硬块、掉料、波浪边等现象且间隙处不允许断裂。极片轧制工艺可以降低极片在轧制过程中的延伸率和宽展率，降低极片涂层材料孔隙结构的破坏率；提高极片涂层的厚度一致性，以改善极片的横截面形状；提高极片轧制后电极材料的压实密度一致性；减少极片轧制后表面电极材料的反弹。极片轧制工艺还可以保证极片表面光滑和平整，防止涂层表面的毛刺刺穿隔膜引发短路；对极片涂层材料进行压实，降低极片的体积，以提高电池的能量密度；使活性物质、导电剂颗粒接触更加紧密，提高电子导电率；增强涂层材料与集流体的结合强度，减少电极片在循环过程中掉分的情况发生，提高电池的循环寿命和安全性能。
例如，可以利用两根棍轴来对极片做压缩活动，使轧辊与电池极片之间产生摩擦力；使电池极片拉进旋转的对辊之间，电池极片受压变形。电池极片的对辊是正负极片上电池材料压实的过程，可增加正极或负极材料的压实密度，合适的压实密度可增大电池的放电容量、减小内阻、减小极化损失、延长电池的循环寿命、提高锂离子电池的利用率。
如图1所示，为复合电极的制备方法流程示意图，通过不同热稳定性活性层的搭配，实现不同能量密度的活性层的搭配，避免单纯采用热稳定性高的材料，虽然活性层的热稳定性得到改善，但会导致能量密度降低的问题，同时，也避免单纯采用高能量密度的材料，虽然能量密度提高，但会导致活性层热稳定性差的问题，搭配使用不同热稳定性的活性层，避免活性层能量密度的降低，同时提高热稳定性。
进一步地，在在集流体的同一面涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料，在集流体上形成第一活性层和第二活性层的过程中，第一活性层靠近集流体用以设置极耳的一侧，第二活性层位于第一活性层背离集流体用以设置极耳的一侧，第一活性层的热稳定性大于第二活性层的热稳定性。
如图2所示，为复合电极的制备方法流程示意图，将热稳定性高的第一活性层设置在集流体用以设置极耳的一侧，而将热稳定性差的第二活性层设置在集流体远离极耳的一侧，避免极耳接触热稳定性差的第二活性层，避免极耳散热过程中引发热稳定性差的第二活性层产热，以及发生热失控的风险，如此来提高复合电极的安全性。同时搭配使用不同热稳定性的活性层，避免活性层能量密度的降低。
进一步地，在在集流体的同一面涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料，在集流体上形成第一活性层和第二活性层的过程中，包括以下步骤：在集流体的同一面涂覆至少一条第一活性物质层浆料、至少一条第三活性物质层浆料和至少一条第二活性物质层浆料，第二活性物质层浆料设置在第一活性物质层浆料和第三活性物质层浆料之间，第三活性层的热稳定性大于第二活性层的热稳定性。
由于集流体侧边因裁切容易产生毛刺，为了降低因毛刺刺穿隔膜产热，引发毛刺周围材料产热以及热失控的风险，通过将热稳定性高的第一活性层和第三活性层设置在集流体的侧边，热稳定性差的第二活性层设置在集流体的靠近中部位置，避免热稳定性差的第二活性层设置在毛刺的周围，引发上述的风险。
进一步地，在在集流体的同一面涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料，在集流体上形成第一活性层和第二活性层的过程中，包括以下步骤：在集流体的同一面同时涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料，在集流体上形成第一活性层和第二活性层。
为了方便控制多条活性层涂覆的宽度值，需要在集流体的同一面同时涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料，因为相邻的活性层是平行的，如果涂完一条再涂一条不仅效率低而且先涂的一层会往旁边扩散，导致两条宽度没法控制。当还需要涂覆第三活性物质层浆料时，第一活性物质层浆料、第三活性物质层浆料和第二活性物质层浆料需要同时涂覆。
进一步地，在集流体的同一面涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料的过程中，还包括以下步骤：在集流体的一面上涂覆一层底涂，再在底涂上涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料。
底涂是指高黏涂层，用于增强活性材料层与集流体之间的粘结力。
先在集流体上涂布一层高粘的涂层，再涂布第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料，用于增强活性材料与基材之间的粘结力。
进一步地，在经过冷压的步骤中，第一活性层和第二活性层在经过冷压后，冷压至相同的厚度，厚度为80μm-300μm。
为了方便组装形成电芯，第一活性层和第二活性层在经过冷压后，冷压至相同的厚度，厚度为80μm-300μm。
进一步地，在烘干后，经过冷压，得到复合电极的步骤中，烘干的温度为90℃-120℃，冷压的压力为20吨-40吨，冷压的温度为15℃-35℃。
为了有效去除浆料中的溶剂，采用烘干的温度为90℃-120℃，例如，可以是90℃、100℃、110℃、120℃。为了将活性层压实至合适密度，冷压的压力为20吨-40吨，例如可以是20吨、25吨、30吨、35吨、40吨，具体不作限定，同时，在常温下进行冷压，简化操作。
本申请还提供一种电池，包括：负极极片、正极极片、隔离膜及电解液，其中正极极片为上述的复合电极。由于复合电极采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
由于上述的复合电极具有高安全、高能量密度和低成本的电芯的优势，采用该复合电极制备的电池性价比更好。
本申请还提供一种用电设备，用电设备包括上述的电池。由于电池采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
用电设备采用上述高性价比的电池，提高用电设备的使用性能，提高使用价值。
实施例
实施例1
正极极片的制备
第一活性物质层浆料：将正极活性物质磷酸锰铁锂、导电炭黑、粘结剂PVDF和溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)按重量比96：2：2：100均匀搅拌，得到混合均匀的第一活性物质层浆料。
第二活性物质层浆料：正极活性物质五系单晶三元材料、导电炭黑、粘结剂PVDF和溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)按重量比96：2：2：100均匀搅拌，得到混合均匀的第二活性物质层浆料；将第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料同时均匀的涂覆在厚13um的铝箔集流体上，然后在110℃下烘干。经过压力20-40吨冷压处理后即可获得涂层厚度约为90um的膜片。其中，第一活性层的宽度与第二活性层的宽度比为1：1，且第二活性层位于集流体的中部，第一活性层位于集流体的两侧。
负极极片的制备
将人造石墨、导电炭黑、粘结剂羧甲基纤维素(CMC)和溶剂水按重量比95：2：3：100均匀混合，搅拌得到均匀的负极浆料；将负极浆料均匀的涂覆在厚6μm的铜箔集流体上，然后在100℃下烘干。经过压力20-40吨冷压处理后即可获得涂层厚度约为60μm的膜片。
电解液的制备
将碳酸亚乙酯(EC)、聚碳酸脂(PC)、碳酸二甲酯(DMC)按体积比1:1:1混合，然后将LiPF6均匀溶解在上述溶液中，得到电解液。该电解液中，LiPF6的浓度为1mol/L。
隔膜：以厚度为12μm的聚乙烯膜(PE)作为隔离膜。
二次电池的制备
将上述各实施例或对比例中的正极极片、隔离膜、负极极片按顺序堆叠并卷绕，得到电极组件；将电极组件放入外包装中，加入上述制备的电解液，经封装、静置、化成、老化等工序后，得到二次电池。
在实施例1的基础上，在其他条件不变的情况下，改变实验参数(如表1所示)，得到实施例2至实施例12、以及对比例1和对比例2的实验数据。
二次电池性能测试
电池质量能量密度的计算
分别测量上述各实施例和对比例中二次电池的正极极片单位面积上负载的所有活性材料的重量M。测量每个电池在常温下以0.33C倍率充电至电压等于4.2V，然后再以0.33C倍率放电至电压等于2.0V，测得放电能量S0。电池质量能量密度计算公式如下：
电池质量能量密度＝S0/M
电池循环寿命测试
分别取五个上述各实施例和对比例中二次电池进行平行试验，每个电池在常温下以0.33C倍率充电至电压等于4.2V，然后再以0.33C倍率放电至电压等于2.0V，测得可逆容量为C0。不断重复充电放电，直到某一次循环的放电容量Cn/C0≤80％为止。那么总的循环次数记为X-Cycle。
电池高温稳定性测试
分别取五个上述各实施例和对比例中二次电池进行平行试验，每个电池在常温下以0.33C倍率充电至电压等于4.2V后，再恒压CV充电至0.05C电流截止。单电芯夹具加紧，5℃/min，55℃环境放置2h，再以5℃/min温升速率，每5℃保持30min，从55℃温升至电芯发生失控，1s记录数据，电芯发生失控时的温度记为Tf。
活性层总放热量测试
通过差示扫描量热测仪(DSC)来进行测试，差示扫描量热仪的参数设置为：氮气气氛下，吹扫气50ml/min，保护气20ml/min，升温程序为10℃/min，从35℃升温至600℃。制样步骤为：裁剪一定量的活性层，称取10mg左右样品于Al2O3坩埚中，抖平。
表1电池性能测试数据表
Figure BDA0003937160710000331
从表1中可以看出，对比例1的活性涂层为三元材料，其能量密度高，热稳定性和循环寿命差，对比例2的活性涂层为磷酸锰铁锂材料，其热稳定性和循环寿命高，能量密度低。
如实施例1至实施例12所示，同时涂布三元材料和磷酸锰铁锂材料，有效提高综合性能，说明将磷酸锰铁锂材料涂覆在集流体的侧边，有利于提高电池的热稳定性，而将三元材料涂覆在集流体的中部，有利于提高电池能量密度，两者的共同涂布综合利用两者的优势，以提高电池的综合性能。
综上所述，采用复合电极的结构，能有效提高复合电极的综合性能。上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (42)

1.一种复合电极，其特征在于，所述复合电极包括集流体和形成于所述集流体至少一侧表面的涂布区域，所述涂布区域包括沿同一延伸方向排列设置的第一活性层和第二活性层，所述第一活性层的热稳定性不同于所述第二活性层的热稳定性。
2.如权利要求1所述的复合电极，其特征在于，所述第一活性层设于所述集流体的表面，并靠近所述集流体用以设置极耳的一侧，所述第二活性层设于所述集流体的表面，且位于所述第一活性层背离所述集流体用以设置极耳的一侧，所述第一活性层的热稳定性大于所述第二活性层的热稳定性。
3.如权利要求2所述的复合电极，其特征在于，所述集流体的表面至少形成三个涂层区域，至少两个涂层区域用以分别设置所述第一活性层和第三活性层，至少另一个涂层区域用以设置所述第二活性层，且，所述第二活性层位于所述第一活性层和所述第三活性层之间，所述第三活性层的热稳定性大于所述第二活性层的热稳定性。
4.如权利要求3所述的复合电极，其特征在于，所述第一活性层和所述第三活性层的材料相同；
或，所述第一活性层和所述第三活性层的材料不同。
5.如权利要求3或4所述的复合电极，其特征在于，所述第一活性层的总放热量和所述第三活性层的总放热量分别小于所述第二活性层的总放热量。
6.如权利要求5所述的复合电极，其特征在于，所述第一活性层的总放热量的范围值为100J/g-500J/g，所述第三活性层的总放热量的范围值为100J/g-500J/g，所述第二活性层的总放热量的范围值为800J/g-1500J/g。
7.如权利要求3至6中任一项所述的复合电极，其特征在于，所述第一活性层构成的电芯的失效温度大于所述第二活性层构成的电芯的失效温度；所述第三活性层构成的电芯的失效温度大于所述第二活性层构成的电芯的失效温度。
8.如权利要求7所述的复合电极，其特征在于，所述第一活性层构成的电芯的失效温度为160℃-220℃，所述第三活性层构成的电芯的失效温度为160℃-220℃，所述第二活性层构成的电芯的失效温度为120℃-160℃。
9.如权利要求1至8中任一项所述的复合电极，其特征在于，所述集流体用以设置极耳的一侧预设有绝缘层涂覆区域，所述第一活性层覆盖所述绝缘层涂覆区域。
10.如权利要求3至8中任一项所述的复合电极，其特征在于，定义所述集流体的两侧均用以设置极耳，所述集流体用以设置极耳的另一侧预设有绝缘层涂覆区域，所述第三活性层覆盖所述绝缘层涂覆区域。
11.如权利要求1或2所述的复合电极，其特征在于，所述第一活性层与所述第二活性层的宽度比为0.25-4。
12.如权利要求3至8、10中任一项所述的复合电极，其特征在于，所述第一活性层和所述第三活性层之和与所述第二活性层的宽度比为0.25-4。
13.如权利要求1或2所述的复合电极，其特征在于，所述第一活性层的宽度占活性层的总宽度20％-80％；
和/或，所述第二活性层的宽度占活性层的总宽度的20％-80％。
14.如权利要求3至8、10中任一项所述的复合电极，其特征在于，所述第一活性层和所述第三活性层宽度之和占活性层的总宽度20％-80％；
和/或，所述第二活性层的宽度占活性层的总宽度的20％-80％。
15.如权利要求9、11、13中任一项所述的复合电极，其特征在于，所述第一活性层的宽度大于3mm。
16.如权利要求10、12、14中任一项所述的复合电极，其特征在于，所述第三活性层的宽度大于3mm。
17.如权利要求3至8、10、12、14、16中任一项所述的复合电极，其特征在于，所述第一活性层的克容量和所述第三活性层的克容量分别小于所述第二活性层的克容量。
18.如权利要求17所述的复合电极，其特征在于，所述第一活性层的克容量和所述第三活性层的克容量分别占所述第二活性层克容量的60％-80％。
19.如权利要求3至8、10、12、14、16至18中任一项所述的复合电极，其特征在于，所述第一活性层中的活性材料的平均粒径Dv50和所述第三活性层中的活性材料的平均粒径Dv50分别为0.2um-2um。
20.如权利要求1至19中任一项所述的复合电极，其特征在于，所述第二活性层中的活性材料的平均粒径Dv50的范围值为0.5um-20um。
21.如权利要求3至8、10、12、14、16至19中任一项所述的复合电极，其特征在于，所述第一活性层、所述第二活性层、所述第三活性层的厚度相同。
22.如权利要求21所述的复合电极，其特征在于，所述第一活性层、所述第二活性层、所述第三活性层的厚度为80μm-300μm。
23.如权利要求1至22中任一项所述的复合电极，其特征在于，所述第一活性层包括磷酸锰铁锂材料。
24.如权利要求23所述的复合电极，其特征在于，所述磷酸锰铁锂材料设有导电包覆材料。
25.如权利要求24所述的复合电极，其特征在于，所述导电包覆材料的质量为所述磷酸锰铁锂材料质量的1％-10％；
和/或，所述导电包覆材料包括碳或金属氧化物中的至少一种。
26.如权利要求23至25中任一项所述的复合电极，其特征在于，所述第一活性层还包括三元材料，所述磷酸锰铁锂材料的质量占所述第一活性层总质量的20％-80％。
27.如权利要求23至26中任一项所述的复合电极，其特征在于，所述磷酸锰铁锂材料的结构通式为LiMnxFeyM1-x-yPO4，式中，0.4≤x≤0.8；0.1≤y≤0.6；0≤1-x-y≤0.2，M表示掺杂元素，可选地包括Al、Cu、Mg、Zn、Ni、Ti、V、Zr、Co、Ga、Sn、Sb、Nb和Ge中的至少一种。
28.如权利要求1至27中任一项所述的复合电极，其特征在于，所述第二活性层包括三元材料或钴酸锂中的至少一种。
29.如权利要求28所述的复合电极，其特征在于，当所述第二活性层包括三元材料时，所述三元材料的结构通式为LiNiaCobN(1-a-b)O2，式中，N可选地包括Mn、Zr、Al、B、Ta、Mo、W、Nb、Sb、La中的至少一种，其中，0.35≤a<1.0，0≤b≤0.35，0≤1-a-b≤0.35。
30.如权利要求29所述的复合电极，其特征在于，当所述第二活性层包括三元材料时，所述三元材料的结构通式为LiNiaCobN(1-a-b)O2，式中，0.5≤a≤0.96。
31.如权利要求30所述的复合电极，其特征在于，所述三元材料包括5系单晶三元材料、5系多晶三元材料、6系单晶三元材料、6系多晶三元材料、7系单晶三元材料、7系多晶三元材料、8系单晶三元材料、8系多晶三元材料、9系单晶三元材料、9系多晶三元材料、无钴三元材料中的至少一种。
32.如权利要求28至31中任一项所述的复合电极，其特征在于，在所述第一活性层和所述第二活性层均包括三元材料时，所述第一活性层和所述第二活性层中的三元材料相同。
33.如权利要求1至32中任一项所述的复合电极，其特征在于，所述第一活性层包括第一活性物质、导电剂和粘结剂，所述第一活性物质包括磷酸锰铁锂材料，所述磷酸锰铁锂材料质量占所述第一活性层总质量的94％-97％；
和/或，所述第二活性层包括第二活性物质、导电剂和粘结剂，所述第二活性物质包括三元材料，所述三元材料占所述第二活性层总质量的95％-98％。
34.一种复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在集流体的同一面涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料，在所述集流体上形成第一活性层和第二活性层；
烘干后，经过冷压，得到复合电极；
其中，所述第一活性层的热稳定性不同于所述第二活性层的热稳定性。
35.如权利要求34所述的复合电极的制备方法，其特征在于，在所述在集流体的同一面涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料，在所述集流体上形成第一活性层和第二活性层的过程中，所述第一活性层靠近所述集流体用以设置极耳的一侧，所述第二活性层位于所述第一活性层背离所述集流体用以设置极耳的一侧，所述第一活性层的热稳定性大于所述第二活性层的热稳定性。
36.如权利要求35所述的复合电极的制备方法，其特征在于，在所述在集流体的同一面涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料，在所述集流体上形成第一活性层和第二活性层的过程中，包括以下步骤：
在集流体的同一面涂覆至少一条第一活性物质层浆料、至少一条第三活性物质层浆料和至少一条第二活性物质层浆料，所述第二活性物质层浆料设置在所述第一活性物质层浆料和所述第三活性物质层浆料之间，所述第三活性层的热稳定性大于所述第二活性层的热稳定性。
37.如权利要求34至36中任一项所述的复合电极的制备方法，其特征在于，在所述在集流体的同一面涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料，在所述集流体上形成第一活性层和第二活性层的过程中，包括以下步骤：
在集流体的同一面同时涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料，在所述集流体上形成第一活性层和第二活性层。
38.如权利要求34至37中任一项所述的复合电极的制备方法，其特征在于，在集流体的同一面涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料的过程中，还包括以下步骤：
在集流体的一面上涂覆一层底涂，再在所述底涂上涂覆第一活性物质层浆料和第二活性物质层浆料。
39.如权利要求34至38中任一项所述的复合电极的制备方法，其特征在于，在经过冷压的步骤中，所述第一活性层和所述第二活性层在经过冷压后，冷压至相同的厚度，所述厚度为80μm-300μm。
40.如权利要求34至39中任一项所述的复合电极的制备方法，其特征在于，在烘干后，经过冷压，得到复合电极的步骤中，所述烘干的温度为90℃-120℃，所述冷压的压力为20吨-40吨，所述冷压的温度为15℃-35℃。
41.一种电池，其特征在于，包括：负极极片、正极极片、隔离膜及电解液，其中所述正极极片为如权利要求1至33中任一项所述的复合电极。
42.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括如权利要求41所述的电池。
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