CN116315135A - 一种电芯 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电芯，包括第一正极片和第二正极片，第一正极片包括正极集流体A和设置在正极集流体A的表面的正极活性涂层A，正极活性涂层A含有正极活性材料A，第二正极片包括正极集流体B和设置在正极集流体B的表面的正极活性涂层B，正极活性涂层B含有正极活性材料B；正极活性材料A为磷酸盐材料或含锂氧化物材料；当正极活性材料A为磷酸盐材料时，正极活性材料B为含锂氧化物材料，或，正极活性材料B包括磷酸盐材料和含锂氧化物材料；当正极活性材料A为含锂氧化物材料时，正极活性材料B为磷酸盐材料，或，正极活性材料B包括磷酸盐材料和含锂氧化物材料。本发明提供的电芯安全性能好、能量密度高和循环性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种电芯。
背景技术
锂离子电池具有工作电压高、体积小、质量轻、循环寿命长、可快速充放电、自放电率低、无记忆效应等优点，已被广泛应用于各种便携式电子产品和电动汽车中。锂离子电池电芯主要由正极片、负极片和隔膜经层叠、卷绕等方式形成，其中，正极活性材料是正极片的重要组成部分之一，对锂离子电池电芯的电化学性能和安全性能起着至关重要的作用。
可选的正极活性材料有许多种，目前主流产品多采用铁锂磷酸盐材料、层状氧化物以及尖晶石结构化合物等。铁锂磷酸盐材料具有高安全性、长循环等优势，但是其容量和能量密度均较低。层状氧化物和尖晶石结构化合物则具有高容量、高能量密度、耐低温等优异性能，已成为目前最有商业化前景的锂离子二次电池的正极活性材料，但是，层状氧化物和尖晶石结构化合物均存在安全性能、倍率性能较差的问题。因此，为了弥补铁锂磷酸盐材料的容量和能量密度方面的不足，现有技术中通常将铁锂磷酸盐材料与层状氧化物/尖晶石结构化合物联合使用，以将两种材料各自的优势进行结合，发挥两种材料各自的优势。
目前，行业中一般将铁锂磷酸盐材料与层状氧化物/尖晶石结构化合物这两种材料混合后形成的浆料涂布在集流体的表面上以制备正极片，但是这两种正极材料的电压和颗粒尺寸差异较大，直接进行简单的混合会出现二者难以混合均匀的情况，不利于充放电的均匀性。也有分别将上述两种正极材料进行制浆后采用多层涂布的方式制备得到含有多个正极活性涂层的正极片，但在正极片的实际制备过程中，由于两种材料的表面能差异较大，会导致分别含有这两种材料的正极活性涂层的界面处的强度较低，膨胀收缩下导电网络将会不稳定，就进而导致电池的循环性能变差。
发明内容
为了解决铁锂磷酸盐材料与层状氧化物/尖晶石结构化合物制浆涂布时由于粒度不匹配引起的混合不均匀或多层涂布出现的界面问题，提高电芯充放电的均匀性，本发明提供一种电芯。
根据本发明的第一个方面，提供一种电芯，该电芯包括第一正极片和第二正极片，第一正极片包括正极集流体A和设置在正极集流体A的表面的正极活性涂层A，正极活性涂层A含有正极活性材料A，第二正极片包括正极集流体B和设置在正极集流体B的表面的正极活性涂层B，正极活性涂层B含有正极活性材料B；正极活性材料A为磷酸盐材料或含锂氧化物材料；当正极活性材料A为磷酸盐材料时，正极活性材料B为含锂氧化物材料，或，正极活性材料B包括磷酸盐材料和含锂氧化物材料；当正极活性材料A为含锂氧化物材料时，正极活性材料B为磷酸盐材料，或，正极活性材料B包括磷酸盐材料和含锂氧化物材料；磷酸盐材料的化学式为LiMnxFeyA(1-x-y)PO4（0≤x≤1，0≤y≤1），A选自Mg、Al、Ni、Co、V、Nb、Ca、Ti、Zn、Cu、Zr、Sr、Sn、Y、W、B、Si、Na、K中的至少一种；含锂氧化物材料选自层状氧化物、尖晶石结构化合物中的其中一种；层状氧化物的化学式为LiaNibCocM(1-b-c)O2（0.8≤a≤1.4，0.2≤b≤1，0.2≤c≤1），M选自Mn、Mg、Al、Zr、Ti、V、W、B、Nb、Ca、Zn、Cu、Sr、Sn、Y、Si、Na、K中的至少一种；尖晶石结构化合物包括LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4中的至少一种。
现有的电芯通常采用一种正极片，且为了弥补单一正极活性材料（磷酸铁锂或层状氧化物/尖晶石结构化合物）的不足，通常联合两种正极活性材料使用，如将两种正极活性材料混合后形成正极浆料用于制备正极片或采用多层涂布的方式制备正极片。
与现有的电芯相比，本发明设计出两种或两种以上不同的正极片共存的电芯，一方面，能够在一定程度上降低现有的含单一正极片的电芯中由于两种正极材料之间因粒度不匹配引起的混合不均匀或多层涂布出现的界面问题对电芯的性能的影响，减少电芯中的正极片的多个涂层之间的界面问题，另一方面，使得含锂氧化物材料能够发挥其高容量和高能量密度的同时磷酸盐材料也能发挥其高安全的特性，可以充分利用两种正极材料各自的特性，使得电芯同时兼具高容量和高安全性能的优点，并赋予电芯高能量密度和优异的循环性能。本发明将高能量密度的极片和高安全的极片进行混搭，实现两种体系的搭配，得到至少两种不同的正极片共存的电芯，相较于两种不同的正极活性材料（磷酸铁锂或层状氧化物/尖晶石结构化合物）分别分布在正极集流体的两面的电芯而言，本发明提供的电芯可通过调整高能量密度极片的数量或者高安全极片的数量以使电芯实现高能量密度和高安全性能的结合。
优选地，磷酸盐材料的表面上设有碳包覆层。通过在磷酸盐材料的表面包覆碳层，能够提高磷酸盐材料的导电性。
优选地，按照质量百分比计算，磷酸盐材料中的碳含量为0.1~5%。通过对磷酸盐材料的表面的碳包覆层中的碳含量进行调控，可使磷酸盐材料具有优异的导电性能，在利用磷酸盐材料制备正极片的过程中使得正极片具有更好的压实密度，能够提高正极活性涂层与正极集流体之间的结合力，进而提高正极片的结构稳定性，赋予电芯优异的电化学性能和循环性能。若磷酸盐材料的碳包覆层中的碳含量过低，磷酸盐材料的导电性能将会有所下降，进而引起极片面电阻增加；若磷酸盐材料的碳包覆层中的碳含量过高，一定程度上需要增加碳包覆层的厚度，或者会导致游离碳含量过多，将恶化正极片的压实密度，同时也增加正极片制作难度，降低正极片剥离力，进而导致电芯的电化学性能和循环性能显著下降。
优选地，以磷酸盐材料所对应的拉曼图谱中D峰的强度为ID，以磷酸盐材料所对应的拉曼图谱中G峰的强度为IG，ID、IG满足，0.7≤ID/IG≤1.2。通过将磷酸盐材料的ID与IG的比值控制在0.7~1.2的范围之内，有利于将其表面的碳包覆层的石墨化程度以及碳包覆层的厚度控制在合理的范围之内，从而提高磷酸盐材料的结构稳定性及其导电性。若磷酸盐材料的ID/IG比值过低，则磷酸盐材料的碳包覆层的石墨化程度低，碳层导电性差，并且碳结构不稳定；若磷酸盐材料的ID/IG比值过高，将导致磷酸盐材料的表面的石墨层过厚，离子电导降低，压实降低，进而导致电芯的电化学性能和循环性能均有所下降。
优选地，磷酸盐材料的粒径D50为0.1~5μm。将磷酸盐材料的粒径D50控制在上述范围之内，能够在一定程度上提高正极片的压实密度，进而提高正极片及电芯的能量密度。若磷酸盐材料的粒径D50＜0.1μm，会导致正极片的压实密度明显降低，能量密度降低；若磷酸盐材料的粒径D50＞5μm，则正极片的面电阻将显著增加，进而导致正极片的能量密度有所降低。
优选地，磷酸盐材料的比表面积为10~30g/m2。将磷酸盐材料的比表面积控制在上述范围之内，能够降低正极片的面电阻和提高正极片及电芯的能量密度。若磷酸盐材料的比表面积＜10g/m2，将会导致正极片的活性面减少，正极片面电阻增加，能量密度降低；若磷酸盐材料的比表面积＞30g/m2，则会导致正极片加工性能变差，正极片一致性降低，进而影响电芯的均一性。
优选地，含锂氧化物材料的粒径D50为2~20μm。将含锂氧化物材料的粒径D50控制在上述范围之内，能够在一定程度上提高正极片的压实密度，进而提高正极片及电芯的能量密度。若含锂氧化物材料的粒径D50＜2μm，则会导致正极片的加工性能变差，正极片的一致性降低；若含锂氧化物材料的粒径D50＞20μm，正极片的压实密度和能量密度均降低。
优选地，含锂氧化物材料的比表面积为0.3~4.0g/m2。将含锂氧化物材料的比表面积控制在上述范围之内，能够降低正极片的面电阻和提高正极片及电芯的能量密度。若含锂氧化物材料的比表面积＜0.3g/m2，则正极片的活性面减少，正极片的面电阻增加，能量密度降低；若含锂氧化物材料的比表面积＞4.0g/m2，则正极片的活性面过大，会导致正极片及电芯的高温循环性能降低。
优选地，含锂氧化物材料的pH值为9.0~11.5。采用pH值在上述范围之内的含锂氧化物材料，其容量高，能够提高正极片及电芯的容量和能量密度。若采用pH值＜9.0的含锂氧化物材料，则其材料容量降低，进而导致正极片及电芯的能量密度降低；若采用pH值＞11.5的含锂氧化物材料，则残碱过多，正极片的加工性能恶化，正极片的一致性降低，进而影响电芯的均一性。
优选地，当正极活性材料A为磷酸盐材料、正极活性材料B为含锂氧化物材料时，正极活性涂层A的压实密度为2.1~3.0g/cm3，正极活性涂层B的压实密度为2.8~3.9g/cm3；当正极活性材料A为磷酸盐材料、正极活性材料B包括磷酸盐材料和含锂氧化物材料时，正极活性涂层A的压实密度为2.1~3.0g/cm3，正极活性涂层B的压实密度为2.2~3.8g/cm3；当正极活性材料A为含锂氧化物材料、正极活性材料B为磷酸盐材料时，正极活性涂层A的压实密度为2.8~3.9g/cm3，正极活性涂层B的压实密度为2.1~3.0g/cm3；当正极活性材料A为含锂氧化物材料、正极活性材料B包括磷酸盐材料和含锂氧化物材料时，正极活性涂层A的压实密度为2.8~3.9g/cm3，正极活性涂层B的压实密度为2.2~3.8g/cm3。
优选地，以电芯中含有的正极片的总片数为M，以第二正极片的总片数为N，M、N满足，0＜N/M≤99%。通过对高能量密度极片的数量或者高安全极片的数量进行调整能够使电芯实现高能量密度和高安全性能的结合。
优选地，10%≤N/M≤90%。
优选地，20%≤N/M≤80%。第二正极片的总片数在正极片的总片数中的占比满足上述范围的电芯具有更高的能量密度和安全性能。
优选地，第一正极片的厚度为150~300μm，和/或，第二正极片的厚度为80~250μm。
优选地，第一正极片包括正极集流体A和设置在正极集流体A的两个表面上的正极活性涂层A，正极活性涂层A含有正极活性材料A，正极活性材料A为磷酸盐材料；第二正极片包括正极集流体B，正极集流体B包括两个背对设置的表面，其中一个表面上沿远离正极集流体B的方向依次设有正极活性涂层B1、正极活性涂层B2，另一个表面上设有正极活性涂层B2，正极活性涂层B1含有正极活性材料B1，正极活性材料B1为含锂氧化物材料，正极活性涂层B2含有正极活性材料B2，正极活性材料B2为磷酸盐材料。
优选地，第一正极片包括正极集流体A和设置在正极集流体A的两个表面上的正极活性涂层A，正极活性涂层A含有正极活性材料A，正极活性材料A为磷酸盐材料；第二正极片包括正极集流体B，正极集流体B包括两个背对设置的表面，其中一个表面上设有正极活性涂层B2，另一个表面上设有正极活性涂层B3，正极活性涂层B2含有正极活性材料B2，正极活性材料B2为磷酸盐材料，正极活性涂层B3含有正极活性材料B3，正极活性材料B3包括磷酸盐材料和含锂氧化物材料。
优选地，第一正极片包括正极集流体A和设置在正极集流体A的两个表面上的正极活性涂层A，正极活性涂层A含有正极活性材料A，正极活性材料A为磷酸盐材料；第二正极片包括正极集流体B和设置在正极集流体B的两个表面上的正极活性涂层B3，正极活性涂层B3含有正极活性材料B3，正极活性材料B3包括磷酸盐材料和含锂氧化物材料。
优选地，第一正极片包括正极集流体A和设置在正极集流体A的两个表面上的正极活性涂层A，正极活性涂层A含有正极活性材料A，正极活性材料A为磷酸盐材料；第二正极片包括正极集流体B和沿远离正极集流体B的方向上依次设置在正极集流体B的两个表面上的正极活性涂层B1、正极活性涂层B2，正极活性涂层B1含有正极活性材料B1，正极活性材料B1为含锂氧化物材料，正极活性涂层B2含有正极活性材料B2，正极活性材料B2为磷酸盐材料。
优选地，第一正极片包括正极集流体A和设置在正极集流体A的两个表面的正极活性涂层A，正极活性涂层A含有正极活性材料A，正极活性材料A为磷酸盐材料；第二正极片包括正极集流体B和设置在正极集流体B的两个表面的正极活性涂层B1，正极活性涂层B1含有正极活性材料B1，正极活性材料B1为含锂氧化物材料。本方案提供的电芯中共存的两种不同的正极片的正极活性涂层中均仅含一种正极活性材料（磷酸盐材料或含锂氧化物材料），制造工艺简单，电芯制造更加便捷，能够根据能量密度要求，设计不同数量的第一正极片和第二正极片搭配的电芯，且能根据安全性能要求，设计最优的正极片的排布方案组装成电芯，成本低，并高效率地制造兼具高能量密度和高安全性能的电芯。
附图说明
图1为本发明提供的电芯的部分内侧结构示意图。
图2为实施例1提供的电芯中的第一正极片的结构示意图。
图3为实施例1提供的电芯中的第二正极片的结构示意图。
图4为实施例2提供的电芯中的第二正极片的结构示意图。
图5为实施例3提供的电芯中的第二正极片的结构示意图。
图6为实施例4提供的电芯中的第二正极片的结构示意图。
图7为实施例5提供的电芯中的第二正极片的结构示意图。
附图标记：1第一正极片、2第一隔膜、3负极片、4第二隔膜、5第二正极片。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明提供的技术方案中的技术特征作进一步清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的电芯中至少包括两种不同的正极片，即设计出两种或两种以上正极片共存的电芯，本发明的具体实施方式部分以两种正极片为例，采用层叠的方式组装电芯，对本发明的技术方案进行说明，但不限于以下实施例的正极片种类以及电芯的组装方式，可根据实际情况采用三种、四种或者更多种不同的极片组装电芯，各正极片的数量也可以根据实际需求进行调整，两种或两种以上的正极片在电芯中的排布方式也是不固定的，可以位于电芯的中间或两端，也可以集中排布，不同的正极片还可以交叉堆叠排布，且各正极片、负极片和隔膜的组装方式也不限于层叠，还可以采用卷绕等方式组装电芯。
实施例1
一种电芯，其部分内侧结构如图1所示，包括依次层叠的第一正极片1、第一隔膜2、负极片3、第二隔膜4、第二正极片5，其制备方法包括以下步骤：
1.正极片的制备
第一正极片1包括正极集流体A和设置在正极集流体A的表面的正极活性涂层A，其结构如图2所示，由以下步骤制备得到：将粒径D50=2.5μm、比表面积为20g/m2的LiMn0.58Fe0.39Ti0.03PO4与导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏氟乙烯（PVDF）按照质量比94：3：3进行混合，然后加入溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP），搅拌均匀，制得正极浆料A；将上述正极浆料A均匀涂覆于正极集流体A的两个表面上，经过烘干、辊压、切片，制得面密度为450g/cm3、压实密度为2.5g/cm3的第一正极片1；
第二正极片5包括正极集流体B和设置在正极集流体B的表面的正极活性涂层B，正极活性涂层B包括正极活性涂层B1，其结构如图3所示，由以下步骤制备得到：将粒径D50=10μm、比表面积为0.5g/m2的Li1Ni0.8Co0.1Mn0.1O2与导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏氟乙烯（PVDF）按照质量比94：3：3进行混合，然后加入溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP），搅拌均匀，制得正极浆料B1；将上述正极浆料B1均匀涂覆于正极集流体B的两个表面上以形成正极活性涂层B1，经过烘干、辊压、切片，制得面密度为300g/cm3、压实密度为3.3g/cm3的第二正极片5；
在第一正极片1和第二正极片5中，正极集流体A和正极集流体B均采用铝箔。
2.负极片的制备
将负极材料石墨、导电剂乙炔黑和粘结剂羧甲基纤维素钠（CMC）、丁苯橡胶（SBR）按质量百分比94：1：2：3进行混合，然后加入溶剂去离子水，搅拌均匀，制得负极浆料；将上述负极浆料均匀涂覆于负极集流体铜箔的两个表面上，然后经过烘干、辊压、切片，制得面密度为120g/cm3、压实密度为1.6g/cm3的负极片3。
3.电解液的配制
将碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二乙酯（DEC）按照体积比1：1：1进行混合得到有机溶剂，然后将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于有机溶剂中，配制成浓度为为1mol/L的电解液。
4.隔膜的制备
第一隔离膜2和第二隔离膜4均采用聚乙烯膜。
5.电芯的组装
在本实施例提供的电芯中，第一正极片1的数量大于第二正极片5，总计60片正极片，内侧第二正极片5的数量是第一正极片1的数量的50%；将电芯内侧放置为第一正极片1、第一隔膜2、负极片3、第二隔膜4、第二正极片5依次堆叠，第一隔膜2和第二隔膜4均用于防止短路，更多第一正极片1布置在外侧，各极片之间均采用隔膜进行分隔；然后焊接极耳，烘烤，水分合格后注入适量电解液，封装，通过老化，化成，抽气封装，包膜后制得部分内侧结构如图1所示的电芯。
实施例2
本实施例提供一种电芯，与实施例1相比，构成的区别是，第二正极片5的结构不同，具体为，第二正极片5包括正极集流体B和设置在正极集流体B的表面的正极活性涂层B，正极活性涂层B包括正极活性涂层B1和正极活性涂层B2，其结构如图4所示，由以下步骤制备得到：
（1）将粒径D50=3μm、比表面积为2.0g/m2的Li1Ni0.8Co0.1Mn0.1O2与导电剂乙炔黑、粘结剂PVDF按照质量比94：3：3进行混合，然后加入溶剂NMP，搅拌均匀，制得正极浆料B1；
（2）将粒径D50=0.1μm、比表面积为30g/m2的LiMn0.58Fe0.39Ti0.03PO4与导电剂乙炔黑、粘结剂PVDF按照质量比94：3：3进行混合，然后加入溶剂NMP，搅拌均匀，制得正极浆料B2；
（3）将上述正极浆料B1和正极浆料B2依次均匀涂覆于正极集流体B（铝箔）的两个表面上以形成正极活性涂层B1、正极活性涂层B2，经过烘干、辊压、切片，制得面密度为320g/cm3、压实密度为3.2g/cm3的第二正极片5，第二正极片5包括正极集流体B和依次设置在正极集流体B的表面的正极活性涂层B1、正极活性涂层B2，其中，正极活性涂层B1中含有的正极活性材料为Li1Ni0.8Co0.1Mn0.1O2、正极活性涂层B2中含有的正极活性材料为LiMn0.58Fe0.39Ti0.03PO4。
除上述区别以外，本实施例所采用的物料、配方配比以及制备操作与实施例1严格保持一致。
实施例3
本实施例提供一种电芯，与实施例1相比，构成的区别是，第二正极片5的结构不同，具体为，第二正极片5包括正极集流体B和设置在正极集流体B的表面的正极活性涂层B，正极活性涂层B包括正极活性涂层B3，其结构如图5所示，由以下步骤制备得到：将粒径D50=0.1μm和比表面积为30g/m2的LiMn0.58Fe0.39Ti0.03PO4、D50=2μm和比表面积为2.0g/m2的Li1Ni0.8Co0.1Mn0.1O2与导电剂乙炔黑、粘结剂PVDF按照质量比50：44：3：3进行混合，然后加入溶剂NMP，搅拌均匀，制得正极浆料B3；将上述正极浆料B3均匀涂覆于正极集流体B（铝箔）的两个表面上以形成正极活性涂层B3，经过烘干、辊压、切片，制得面密度为400g/cm3、压实密度为3.0g/cm3的第二正极片5，第二正极片5包括正极集流体B和依次设置在正极集流体B的表面的正极活性涂层B3，正极活性涂层B3中含有的正极活性材料包括Li1Ni0.8Co0.1Mn0.1O2和LiMn0.58Fe0.39Mg0.03PO4。除上述区别以外，本实施例所采用的物料、配方配比以及制备操作与实施例1严格保持一致。
实施例4
本实施例提供一种电芯，与实施例1相比，构成的区别是，第二正极片5的结构不同，具体为，第二正极片5包括正极集流体B和设置在正极集流体B的表面的正极活性涂层B，正极活性涂层B包括正极活性涂层B1和正极活性涂层B2，其结构如图6所示，由以下步骤制备得到：
（1）将粒径D50=10μm、比表面积为2.0g/m2的Li1Ni0.8Co0.1Mn0.1O2与导电剂乙炔黑、粘结剂PVDF按照质量比94：3：3进行混合，然后加入溶剂NMP，搅拌均匀，制得正极浆料B1；
（2）将粒径D50=2.5μm、比表面积为20g/m2的LiMn0.58Fe0.39Ti0.03PO4与导电剂乙炔黑、粘结剂PVDF按照质量比94：3：3进行混合，然后加入溶剂NMP，搅拌均匀，制得正极浆料B2；
（3）将上述正极浆料B1和正极浆料B2依次均匀涂覆于正极集流体B（铝箔）的其中一个表面上以形成正极活性涂层B1、正极活性涂层B2，然后将上述正极浆料B2均匀涂覆于正极集流体B的另一个表面上以形成正极活性涂层B2，经过烘干、辊压、切片，制得面密度为400g/cm3、压实密度为2.8g/cm3的第二正极片5，第二正极片5包括正极集流体B，正极集流体B的其中一个表面上依次设置有正极活性涂层B1、正极活性涂层B2，正极集流体B的另一个表面上设置有正极活性涂层B2，其中，正极活性涂层B1中含有的正极活性材料为Li1Ni0.8Co0.1Mn0.1O2、正极活性涂层B2中含有的正极活性材料为LiMn0.58Fe0.39Ti0.03PO4。
除上述区别以外，本实施例所采用的物料、配方配比以及制备操作与实施例1严格保持一致。
实施例5
本实施例提供一种电芯，与实施例1相比，构成的区别是，第二正极片5的结构不同，具体为，第二正极片5包括正极集流体B和设置在正极集流体B的表面的正极活性涂层B，正极活性涂层B包括正极活性涂层B2和正极活性涂层B3，其结构如图7所示，由以下步骤制备得到：
（1）将粒径D50=5μm、比表面积为10g/m2的LiMn0.58Fe0.39Ti0.03PO4与导电剂乙炔黑、粘结剂PVDF按照质量比94：3：3进行混合，然后加入溶剂NMP，搅拌均匀，制得正极浆料B2；
（2）将粒径D50=5μm和比表面积为10g/m2的LiMn0.58Fe0.39Ti0.03PO4、粒径D50=20μm和比表面积为0.3g/m2的Li1Ni0.8Co0.1Mn0.1O2与导电剂乙炔黑、粘结剂PVDF按照质量比50：44：3：3进行混合，然后加入溶剂NMP，搅拌均匀，制得正极浆料B3；
（3）将上述正极浆料B2均匀涂覆于正极集流体B（铝箔）的其中一个表面上，然后将上述正极浆料B3均匀涂覆于正极集流体B的另一个表面上，经过烘干、辊压、切片，制得面密度为400g/cm3、压实密度为2.8g/cm3的第二正极片5，第二正极片5包括正极集流体B，正极集流体B的其中一个表面上设置有正极活性涂层B2，正极集流体B的另一个表面上设置有正极活性涂层B3，其中，正极活性涂层B2中含有的正极活性材料为LiMn0.58Fe0.39Ti0.03PO4，正极活性涂层B3中含有的正极活性材料包括Li1Ni0.8Co0.1Mn0.1O2和LiMn0.58Fe0.39Ti0.03PO4。
除上述区别以外，本实施例所采用的物料、配方配比以及制备操作与实施例1严格保持一致。
实施例6
本实施例提供一种电芯，与实施例2相比，构成的区别是：采用结构如图3所示的正极片作为第一正极片。除上述区别以外，本实施例所采用的物料、配方配比以及制备操作与实施例1严格保持一致。
实施例7
本实施例提供一种电芯，与实施例3相比，构成的区别是：采用结构如图3所示的正极片作为第一正极片。除上述区别以外，本实施例所采用的物料、配方配比以及制备操作与实施例1严格保持一致。
实施例8
本实施例提供一种电芯，与实施例4相比，构成的区别是：采用结构如图3所示的正极片作为第一正极片。除上述区别以外，本实施例所采用的物料、配方配比以及制备操作与实施例1严格保持一致。
实施例9
本实施例提供一种电芯，与实施例5相比，构成的区别是：采用结构如图3所示的正极片作为第一正极片。除上述区别以外，本实施例所采用的物料、配方配比以及制备操作与实施例1严格保持一致。
实施例10
本实施例提供一种电芯，与实施例1相比，构成的区别是：在制备第二正极片5的过程中，采用等量的LiMn2O4替代Li1Ni0.8Co0.1Mn0.1O2。除上述区别以外，本实施例所采用的物料、配方配比以及制备操作与实施例1严格保持一致。
实施例11
本实施例提供一种电芯，与实施例1相比，构成的区别是：在制备第一正极片1的过程中，所采用的LiMn0.58Fe0.39Ti0.03PO4的表面上设有碳包覆层，LiMn0.58Fe0.39Ti0.03PO4的拉曼图谱中D峰的强度ID与G峰的强度为IG之比ID/IG=1.0，按照质量百分比计算，磷酸盐材料中的碳含量为2.5%。
对比例1
本对比例提供一种电芯，与实施例1相比，构成的区别是：采用结构如图2所示的正极片作为第二正极片。除上述区别以外，本对比例所采用的物料、配方配比以及制备操作与实施例1严格保持一致。
对比例2
本对比例提供一种电芯，与实施例1相比，构成的区别是：采用结构如图3所示的正极片作为第一正极片。除上述区别以外，本对比例所采用的物料、配方配比以及制备操作与实施例1严格保持一致。
对比例3
本对比例提供一种电芯，与实施例1相比，构成的区别是：采用结构如图4所示的正极片作为第一正极片、第二正极片。除上述区别以外，本对比例所采用的物料、配方配比以及制备操作与实施例1严格保持一致。
对比例4
本对比例提供一种电芯，与实施例1相比，构成的区别是：采用结构如图5所示的正极片作为第一正极片、第二正极片。除上述区别以外，本对比例所采用的物料、配方配比以及制备操作与实施例1严格保持一致。
对比例5
本对比例提供一种电芯，与实施例1相比，构成的区别是：采用结构如图6所示的正极片作为第一正极片、第二正极片。除上述区别以外，本对比例所采用的物料、配方配比以及制备操作与实施例1严格保持一致。
对比例6
本对比例提供一种电芯，与实施例1相比，构成的区别是：采用结构如图7所示的正极片作为第一正极片、第二正极片。除上述区别以外，本对比例所采用的物料、配方配比以及制备操作与实施例1严格保持一致。
对比例7
本对比例提供一种电芯，与实施例1相比，构成的区别是：采用结构如图4所示的正极片作为第一正极片，采用如图5所示的正极片作为第二正极片。除上述区别以外，本对比例所采用的物料、配方配比以及制备操作与实施例1严格保持一致。
对比例8
本对比例提供一种电芯，与实施例1相比，构成的区别是：采用结构如图5所示的正极片作为第一正极片，采用如图7所示的正极片作为第二正极片。除上述区别以外，本对比例所采用的物料、配方配比以及制备操作与实施例1严格保持一致。
对比例9
一种电芯，包括依次层叠的第一正极片、第一隔膜、负极片、第二隔膜、第二正极片，其制备方法包括以下步骤：
1.正极片的制备
将粒径D50=2.5μm、比表面积为20g/m2的LiMn0.6Fe0.4PO4与导电剂乙炔黑、粘结剂PVDF按照质量比94：3：3进行混合，然后加入溶剂NMP，搅拌均匀，制得第一正极浆料；
将粒径D50=10μm、比表面积为2.0g/m2的的Li1Ni0.8Co0.1Mn0.1O2与导电剂乙炔黑、粘结剂PVDF按照质量比94：3：3进行混合，然后加入溶剂NMP，搅拌均匀，制得第二正极浆料；
将上述第一正极浆料均匀涂覆于正极集流体铝箔的其中一个表面上，将上述第二正极浆料均匀涂覆于正极集流体铝箔的另一个表面上，经过烘干、辊压、切片，制得面密度为400g/cm3、压实密度为3.0g/cm3的正极片，用于作为本对比例提供的电芯的第一正极片和作为第二正极片。
2.负极片的制备
将负极材料石墨、导电剂乙炔黑和粘结剂羧甲基纤维素钠（CMC）、丁苯橡胶（SBR）按质量百分比94：1：2：3进行混合，然后加入溶剂去离子水，搅拌均匀，制得负极浆料；将上述负极浆料均匀涂覆于负极集流体铜箔的两个表面上，然后经过烘干、辊压、切片，制得面密度为160g/cm3、压实密度为1.6g/cm3的负极片。
3.电解液的配制
将碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二乙酯（DEC）按照体积比1：1：1进行混合得到有机溶剂，然后将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于有机溶剂中，配制成浓度为为1mol/L的电解液。
4.隔膜的制备
第一隔离膜和第二隔离膜均采用聚乙烯膜。
5.电芯的组装
在本对比例提供的电芯中，总计60片正极片；将电芯内侧放置为第一正极片、第一隔膜、负极片、第二隔膜、第二正极片依次堆叠，第一隔膜和第二隔膜均用于防止短路，各极片之间均采用隔膜进行分隔；然后焊接极耳，烘烤，水分合格后注入适量电解液，封装，通过老化，化成，抽气封装，包膜后制得部分内侧结构与实施例1相同的电芯。
测试例
1.参试对象
本测试例以实施例1~11和对比例1~9所制得的电芯作为参试对象，进行相关性能测试。
2.测试内容
（1）能量密度
将电芯以0.33C恒流恒压充电至4.25V，0.02C截止，然后0.33C放电至2.8V，记录容量，平均电压和电芯质量，按照以下公式计算电芯的能量密度：能量密度=容量*平均电压/电池质量。
（2）直流阻抗
将电芯以0.33C恒流恒压充电至4.25V，0.02C截止，然后0.33C放电90min，搁置10min，记录搁置末端电压V1；然后以2C（电流I）放电10s，记录放电末端电压V2，按照以下公式计算电芯的直流阻抗：直流阻抗=|V1-V2|/I。
（3）循环性能
将电芯放在45℃恒温箱中，以1C恒流恒压充电，0.02C截止，然后以1C放电，循环至80%SOH，记录循环圈数。
3.实验结果
表1 电芯的相关性能测试结果
实施例1~11和对比例1~9所制得的电芯的相关性能测试结果如表1所示。
相较于对比例1~9而言，实施例1~11所制得的电芯中含有两种正极片，其中一种正极片的正极活性涂中的正极活性材料为磷酸盐材料或含锂氧化物材料，另一种正极片则与上述正极片不同，测试结果显示，实施例1~11所制得的电芯的直流阻抗较低，而能量密度和循环性能较好，且以实施例1所制得的电芯的综合性能最优，这主要是因为实施例1~11在电芯中将高能量密度的极片和高安全的极片进行混搭，实现两种体系的搭配，得到两种不同的正极片共存的电芯，通过调整高能量密度极片的数量或者高安全极片的数量以使电芯实现高能量密度和高安全性能的结合，所制得的电芯同时兼具高安全性能和高能量密度的特性，且具有优异的循环性能。与实施例1相比，实施例11提供的电芯中所采用的磷酸盐材料的表面上包覆有碳层，测试结果显示，实施例11所制得的电芯的循环性能和能量密度均略高于实施例1。
与实施例1~11不同，对比例1~9所制得的电芯中仅含有一种正极片。
对比例1所制得的电芯中的正极片的正极活性涂层含有的正极活性材料均为磷酸盐材料，其循环性能优于实施例1，而直流阻抗较高、能量密度较低；对比例2所制得的电芯中的正极片的正极活性涂层含有的正极活性材料均为含锂氧化物材料，其循环性能比实施例1差，但是能量密度比实施例1高。造成上述结果的原因主要是：单独采用磷酸盐材料或含锂氧化物材料的电芯无法同时兼具磷酸盐材料的高安全性能和含锂氧化物材料的高能量密度的特性。
对比例3提供的电芯中的正极片是采用含有磷酸盐材料或含锂氧化物材料的浆料进行分层涂布得到的，对比例4提供的电芯中的正极片则将磷酸盐材料和含锂氧化物材料混合后制浆涂布得到，测试结果显示，对比例3和对比例4所制得的电芯的能量密度和直流阻抗均高于实施例1，而循环圈数则低于实施例1，造成上述结果的原因是：磷酸盐材料和含锂氧化物材料混合使用虽然能够提高电芯的能量密度，但是二者的电压和粒径均具有较大的差异，难以混合均匀，不利于充放电的均匀性，进而导致电芯的循环性能有所下降。
对比例9提供的电芯中的正极片的集流体的一面采用有磷酸盐材料形成的浆料进行涂覆，另一面则采用有含锂氧化物材料形成的浆料进行涂覆，由于正极片两面的能量密度需要保持一致，因而这种正极片和含有该正极片的电芯无法通过对极片的数量进行调整以使电芯同时实现高安全性能和高能量密度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但这些修改或替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种电芯，其特征在于：包括第一正极片和第二正极片，所述第一正极片包括正极集流体A和设置在所述正极集流体A的表面的正极活性涂层A，所述正极活性涂层A含有正极活性材料A，所述第二正极片包括正极集流体B和设置在所述正极集流体B的表面的正极活性涂层B，所述正极活性涂层B含有正极活性材料B；
所述正极活性材料A为磷酸盐材料或含锂氧化物材料；
当所述正极活性材料A为磷酸盐材料时，所述正极活性材料B为含锂氧化物材料，或，所述正极活性材料B包括磷酸盐材料和含锂氧化物材料；
当所述正极活性材料A为含锂氧化物材料时，所述正极活性材料B为磷酸盐材料，或，所述正极活性材料B包括磷酸盐材料和含锂氧化物材料；
所述磷酸盐材料的化学式为LiMnxFeyA(1-x-y)PO4（0≤x≤1，0≤y≤1），A选自Mg、Al、Ni、Co、V、Nb、Ca、Ti、Zn、Cu、Zr、Sr、Sn、Y、W、B、Si、Na、K中的至少一种；
所述含锂氧化物材料选自层状氧化物、尖晶石结构化合物中的其中一种；
所述层状氧化物的化学式为LiaNibCocM(1-b-c)O2（0.8≤a≤1.4，0.2≤b≤1，0.2≤c≤1），M选自Mn、Mg、Al、Zr、Ti、V、W、B、Nb、Ca、Zn、Cu、Sr、Sn、Y、Si、Na、K中的至少一种；
所述尖晶石结构化合物包括LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4中的至少一种。
2.如权利要求1所述电芯，其特征在于：所述磷酸盐材料的表面上设有碳包覆层；
按照质量百分比计算，所述磷酸盐材料中的碳含量为0.1~5%。
3.如权利要求2所述电芯，其特征在于：以所述磷酸盐材料所对应的拉曼图谱中D峰的强度为ID，以所述磷酸盐材料所对应的拉曼图谱中G峰的强度为IG，所述ID、所述IG满足，0.7≤ID/IG≤1.2。
4.如权利要求1所述电芯，其特征在于：所述磷酸盐材料的粒径D50为0.1~5μm，和/或，所述含锂氧化物材料的粒径D50为2~20μm。
5.如权利要求1所述电芯，其特征在于：所述磷酸盐材料的比表面积为10~30g/m2，和/或，所述含锂氧化物材料的比表面积为0.3~4.0g/m2。
6.如权利要求1所述电芯，其特征在于：所述含锂氧化物材料的pH值为9.0~11.5。
7.如权利要求1所述电芯，其特征在于：当所述正极活性材料A为磷酸盐材料、所述正极活性材料B为含锂氧化物材料时，所述正极活性涂层A的压实密度为2.1~3.0g/cm3，所述正极活性涂层B的压实密度为2.8~3.9g/cm3；
当所述正极活性材料A为磷酸盐材料、所述正极活性材料B包括磷酸盐材料和含锂氧化物材料时，所述正极活性涂层A的压实密度为2.1~3.0g/cm3，所述正极活性涂层B的压实密度2.2~3.8g/cm3；
当所述正极活性材料A为含锂氧化物材料、所述正极活性材料B为磷酸盐材料时，所述正极活性涂层A的压实密度为2.8~3.9g/cm3，所述正极活性涂层B的压实密度为2.1~3.0g/cm3；
当所述正极活性材料A为含锂氧化物材料、所述正极活性材料B包括磷酸盐材料和含锂氧化物材料时，所述正极活性涂层A的压实密度为2.8~3.9g/cm3，所述正极活性涂层B的压实密度为2.2~3.8g/cm3。
8.如权利要求1所述电芯，其特征在于：以所述电芯中含有的正极片的总片数为M，以所述第二正极片的总片数为N，所述M、所述N满足，0＜N/M≤99%。
9.如权利要求1所述电芯，其特征在于：所述第一正极片包括正极集流体A和设置在所述正极集流体A的两个表面上的正极活性涂层A，所述正极活性涂层A含有正极活性材料A，所述正极活性材料A为磷酸盐材料；
所述第二正极片包括正极集流体B，所述正极集流体B包括两个背对设置的表面，其中一个所述表面上沿远离所述正极集流体B的方向依次设有正极活性涂层B1、正极活性涂层B2，另一个所述表面上设有正极活性涂层B2，所述正极活性涂层B1含有正极活性材料B1，所述正极活性材料B1为含锂氧化物材料，所述正极活性涂层B2含有正极活性材料B2，所述正极活性材料B2为磷酸盐材料。
10.如权利要求1所述电芯，其特征在于：所述第一正极片包括正极集流体A和设置在所述正极集流体A的两个表面上的正极活性涂层A，所述正极活性涂层A含有正极活性材料A，所述正极活性材料A为磷酸盐材料；
所述第二正极片包括正极集流体B，所述正极集流体B包括两个背对设置的表面，其中一个所述表面上设有正极活性涂层B2，另一个所述表面上设有正极活性涂层B3，所述正极活性涂层B2含有正极活性材料B2，所述正极活性材料B2为磷酸盐材料，所述正极活性涂层B3含有正极活性材料B3，所述正极活性材料B3包括磷酸盐材料和含锂氧化物材料。
11.如权利要求1所述电芯，其特征在于：所述第一正极片包括正极集流体A和设置在所述正极集流体A的两个表面上的正极活性涂层A，所述正极活性涂层A含有正极活性材料A，所述正极活性材料A为磷酸盐材料；
所述第二正极片包括正极集流体B和设置在所述正极集流体B的两个表面上的正极活性涂层B3，所述正极活性涂层B3含有正极活性材料B3，所述正极活性材料B3包括磷酸盐材料和含锂氧化物材料。
12.如权利要求1所述电芯，其特征在于：所述第一正极片包括正极集流体A和设置在所述正极集流体A的两个表面上的正极活性涂层A，所述正极活性涂层A含有正极活性材料A，所述正极活性材料A为磷酸盐材料；
所述第二正极片包括正极集流体B和沿远离所述正极集流体B的方向上依次设置在所述正极集流体B的两个表面上的正极活性涂层B1、正极活性涂层B2，所述正极活性涂层B1含有正极活性材料B1，所述正极活性材料B1为含锂氧化物材料，所述正极活性涂层B2含有正极活性材料B2，所述正极活性材料B2为磷酸盐材料。
13.如权利要求1所述电芯，其特征在于：所述第一正极片包括正极集流体A和设置在所述正极集流体A的两个表面上的正极活性涂层A，所述正极活性涂层A含有正极活性材料A，所述正极活性材料A为磷酸盐材料；
所述第二正极片包括正极集流体B和设置在所述正极集流体B的两个表面上的正极活性涂层B1，所述正极活性涂层B1含有正极活性材料B1，所述正极活性材料B1为含锂氧化物材料。
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