CN116683059A - 叠片电池 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种叠片电池。叠片电池包括电芯以及容纳电芯的包装体，电芯包括交错层叠设置的正极片和负极片，位于电芯层叠方向相对两端的两个极片均为正极片，并且两个正极片分别记为第二正极片和第三正极片，电芯中的其他正极片记为第一正极片；第二正极片和第三正极片靠近第一正极片的一侧均设有正极活性材料层，第二正极片远离第一正极片的一侧和/或第三正极片远离第一正极片的一侧设有功能涂层；正极活性材料层包括正极活性材料，功能涂层包括容量补偿材料，且容量补偿材料的克容量大于正极活性材料的克容量。本申请的叠片电池能够提高电池的空间利用率，增加电池的能量密度。

Description

叠片电池
技术领域
本申请涉及电池技术领域，具体涉及一种叠片电池。
背景技术
相较于卷绕电池，叠片电池具有更高的能量密度。但是，现阶段叠片电池大多是负极片的数量比正极片的数量多一片，由此会造成一部分负极无法使用，造成了电池的空间利用率低，同时降低了电池的能量密度。另外，由于负极SEI膜的形成需要消耗活性离子，由此还会造成电池的首次库伦效率偏低。
发明内容
本申请提供了一种叠片电池，其能够提高电池的空间利用率，增加电池的能量密度，还能够提升电池的首次库伦效率。
本申请提供了一种叠片电池，包括电芯以及容纳所述电芯的包装体，所述电芯包括交错层叠设置的正极片和负极片，位于所述电芯层叠方向相对两端的两个极片均为正极片，并且所述两个正极片分别记为第二正极片和第三正极片，所述电芯中的其他正极片记为第一正极片；所述第二正极片和所述第三正极片靠近所述第一正极片的一侧均设有正极活性材料层，所述第二正极片远离所述第一正极片的一侧和/或所述第三正极片远离所述第一正极片的一侧设有功能涂层；所述正极活性材料层包括正极活性材料，所述功能涂层包括容量补偿材料，且所述容量补偿材料的克容量大于所述正极活性材料的克容量。
在一些实施例中，所述电芯还包括电解质，所述容量补偿材料的氧化分解电压小于所述电解质的氧化分解电压。
在一些实施例中，所述容量补偿材料包括补锂剂和/或补钠剂。
在一些实施例中，所述补锂剂包括草酸锂、Li2NiO2、Li5FeO4、氧化锂、Li2O2、Li2S中的一种或多种；所述补钠剂包括草酸钠、碳酸钠、亚硝酸钠、氧化钠、Na2NiO2、Na5FeO4、Na2MnO3、NaCrO2中的一种或多种。
在一些实施例中，所述第一正极片具有沿自身厚度方向相对设置的两个正极活性材料层，所述负极片具有沿自身厚度方向相对设置的两个负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料，并且所述电芯满足：0＜功能涂层的容量≤（负极总容量 - 正极总容量），功能涂层的容量 = 容量补偿材料的理论克容量×所有功能涂层中的容量补偿材料的总质量，负极总容量 = 负极活性材料的理论克容量×所有负极活性材料层中的负极活性材料的总质量，正极总容量 = 正极活性材料的理论克容量×所有正极活性材料层中的正极活性材料的总质量，所述功能涂层的容量、所述负极总容量和所述正极总容量的单位相同。
在一些实施例中，所述容量补偿材料的体积分布粒径Dv50为3-5μm；所述容量补偿材料的体积分布粒径Dv99为10-15μm。
在一些实施例中，以所述功能涂层的总质量为100%计，所述容量补偿材料的质量含量大于等于70%。
在一些实施例中，所述功能涂层的厚度为10-200μm。
在一些实施例中，所述功能涂层还包括导电剂、粘结剂中的一种或两种。
在一些实施例中，以所述功能涂层的总质量为100%计，所述导电剂的质量含量为5%-20%。
在一些实施例中，以所述功能涂层的总质量为100%计，所述粘结剂的质量含量为5%-10%。
在一些实施例中，所述电芯还包括位于所述正极片和所述负极片之间的隔膜。
通过对叠片电池的结构进行调整，提高了电池的空间利用率，增加了电池的能量密度。
通过功能涂层的设置，提升了电池的首次库伦效率，提升了电池的循环性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例的附图，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他的附图。
图1为本申请一些实施例提供的叠片电池的电芯的结构示意图。
图2为本申请另一实施例提供的叠片电池的电芯的结构示意图。
图3为实施例1和对比例1的叠片电池25℃循环性能测试图。
图4为实施例2和对比例2的叠片电池25℃循环性能测试图。
附图标记说明
1、电芯；11、负极片；111、负极集流体；112、负极活性材料层；12、隔膜；13、正极片；131、第一正极片；132、第二正极片；133、第三正极片；1311、正极集流体；1312、正极活性材料层；1313、功能涂层。
具体实施方式
下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。
需要说明的是，在本申请中，术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
除非另有说明，本申请中提到的各参数的数值可以用本领域常用的各种测量方法进行测量（例如，可以按照在本申请的实施例中给出的方法进行测试）。除非另有说明，本申请中提到的各参数的测试温度均为25℃、测试压力为标准大气压。
术语“中的一种或多种”所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。术语“多种”是指两种以上。
在本申请中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本申请中具体公开。
Dvm是指在体积基准的粒度分布中，从小粒径侧起、达到体积累积m％的粒径。Dv50是指在体积基准的粒度分布中，从小粒径侧起、达到体积累积50％的粒径，例如Dv50为5μm，那么≤5μm的颗粒体积之和占总体积的比值为50％。
本申请实施例提供了一种叠片电池。叠片电池包括电芯以及容纳电芯的包装体。
图1为本申请一些实施例提供的叠片电池的电芯的结构示意图。图2为本申请另一实施例提供的叠片电池的电芯的结构示意图。
如图1和图2所示，电芯1包括交错层叠设置的正极片13和负极片11。位于电芯层叠方向相对两端的两个极片均为正极片13，并且两个正极片分别记为第二正极片132和第三正极片133，电芯中的其他正极片记为第一正极片131；第二正极片132和第三正极片133靠近第一正极片131的一侧均设有正极活性材料层1312，第二正极片132远离第一正极片131的一侧和/或第三正极片133远离第一正极片131的一侧设有功能涂层1313；正极活性材料层1312包括正极活性材料，功能涂层1313包括容量补偿材料，且容量补偿材料的克容量大于正极活性材料的克容量。
容量补偿材料的克容量大于正极活性材料的克容量，由此容量补偿材料能够在电池化成过程中提供额外的容量，弥补SEI膜成膜过程中消耗的活性离子，提升电池的首次库伦效率，还能够提升电池的能量密度和循环性能。
第二正极片132包括正极集流体1311以及位于正极集流体1311靠近第一正极片131的一个表面上的正极活性材料层1312。
第三正极片133包括正极集流体1311以及位于正极集流体1311靠近第一正极片131的一个表面上的正极活性材料层1312。
功能涂层1313位于第二正极片132的正极集流体1311远离第一正极片131的一个表面上和/或第三正极片133的正极集流体1311远离第一正极片131的一个表面上。
如图1所示，在一些实施例中，功能涂层1313位于第二正极片132的正极集流体1311远离第一正极片131的一个表面上以及第三正极片133的正极集流体1311远离第一正极片131的一个表面上。
在一些实施例中，功能涂层1313可以仅位于第二正极片132的正极集流体1311远离第一正极片131的一个表面上，或者功能涂层1313可以仅位于第三正极片133的正极集流体1311远离第一正极片131的一个表面上。如图2所示，在一些实施例中，功能涂层1313位于第二正极片132的正极集流体1311远离第一正极片131的一个表面上。
本申请通过在叠片电池中设置具有功能涂层的第二正极片和/或具有功能涂层的第三正极片，能够提高电池的空间利用率，提升电池的能量密度，特别是提升电池的体积能量密度。
在一些实施例中，电芯还可以包括电解质，容量补偿材料的氧化分解电压小于电解质的氧化分解电压。
当容量补偿材料的氧化分解电压小于电解质的氧化分解电压时，能够更好地发挥容量补偿材料的性能，进而有利于提升电池的首次库伦效率、能量密度以及循环性能。
在一些实施例中，电解质可以为固体电解质、凝胶电解质或液体电解质（即电解液）。
在一些实施例中，电解质可以为电解液。
在一些实施例中，容量补偿材料可以包括补锂剂和/或补钠剂。
本申请中的补锂剂可以为本领域常规的正极补锂剂，例如，可以为富锂化合物、基于转化反应的纳米复合材料、二元锂化合物中的一种或多种。
在一些实施例中，补锂剂可以包括草酸锂、Li2NiO2、Li5FeO4、氧化锂、Li2O2、Li2S中的一种或多种。
本申请中的补钠剂可以为本领域常规的正极补钠剂，例如可以为富钠三元钠盐、牺牲型钠盐、基于转换反应的纳米复合材料、过嵌钠正极盐类中的一种或多种。
在一些实施例中，补钠剂可以包括草酸钠、碳酸钠、亚硝酸钠、氧化钠、Na2NiO2、Na5FeO4、Na2MnO3、NaCrO2中的一种或多种。
当补锂剂和/或补钠剂的材料在上述范围内时，可以提升电池的总容量从而进一步提升电池的能量密度。
本申请中的补锂剂可以为草酸锂、氧化锂、Li2O2、Li2S，本申请中的补钠剂可以为草酸钠、碳酸钠、亚硝酸钠、氧化钠。
当补锂剂和/或补钠剂的材料在上述范围内时，补锂剂和/或补钠剂在化成过程中脱出活性离子的过程是不可逆过程，化成后不再占用电芯的质量与体积，进而有利于进一步提升电池的首次库伦效率、质量能量密度、体积能量密度以及循环性能。
如图1所示，在一些实施例中，第一正极片131具有沿自身厚度方向相对设置的两个正极活性材料层1312，负极片11具有沿自身厚度方向相对设置的两个负极活性材料层112，负极活性材料层112包括负极活性材料。
第一正极片131包括正极集流体1311以及位于正极集流体1311两侧的正极活性材料层1312。
负极片11包括负极集流体111以及位于负极集流体111两侧的负极活性材料层112。
在一些实施例中，电芯满足：0＜功能涂层的容量≤（负极总容量 - 正极总容量），0.3×（负极总容量 - 正极总容量）≤功能涂层的容量≤（负极总容量 - 正极总容量），0.5×（负极总容量 - 正极总容量）≤功能涂层的容量≤（负极总容量 - 正极总容量），0.7×（负极总容量 - 正极总容量）≤功能涂层的容量≤（负极总容量 - 正极总容量）。
功能涂层的容量 = 容量补偿材料的理论克容量×所有功能涂层中的容量补偿材料的总质量；负极总容量 = 负极活性材料的理论克容量×所有负极活性材料层中的负极活性材料的总质量；正极总容量 = 正极活性材料的理论克容量×所有正极活性材料层中的正极活性材料的总质量。
本申请中对于功能涂层的容量、负极总容量和正极总容量的单位不做限定，单位相同即可。
当功能涂层的容量在上述范围内时，能够很好地补偿电池首次不可逆容量损失所消耗的活性离子，进一步提升电池的首次库伦效率、能量密度和循环性能，还可以避免电池首次充电时析锂或者析钠等问题。
本申请中对正极片和负极片的具体个数不做限定，只要满足正极片的数量比负极片的数量多1即可，正极片和负极片的具体个数可以根据电池的容量确定。
在一些实施例中，第一正极片的数量记为m，正极片的总数量记为m+2，负极片的数量记为n，n≥1，且m+2-n=1。由此可以充分利用负极，并提升电池的能量密度，特别是提升电池的体积能量密度。
在一些实施例中，容量补偿材料的体积分布粒径Dv50可以为3-5μm，例如，可以为3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm，或上述任意两个数值组成的范围。
在一些实施例中，容量补偿材料的体积分布粒径Dv99可以为10-15μm，例如，可以为10μm、10.5μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm，或上述任意两个数值组成的范围。
当容量补偿材料的体积分布粒径在上述范围内时，能够进一步提升电池的首次库伦效率、能量密度和循环性能。
在一些实施例中，以功能涂层的总质量为100%计，容量补偿材料的质量含量可以大于等于70%。
在一些实施例中，以功能涂层的总质量为100%计，容量补偿材料的质量含量可以为70%-90%，例如，可以为70%、75%、80%、85%、90%，或上述任意两个数值组成的范围。
当容量补偿材料的质量含量在上述范围内时，能够进一步提升电池的首次库伦效率、能量密度和循环性能。
在一些实施例中，功能涂层的厚度可以为10-200μm，例如，可以为10μm、20μm、40μm、60μm、80μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm，或上述任意两个数值组成的范围。
当功能涂层的厚度在上述范围时，能够使得电池具备合适的重量，达到较好的补锂或补钠效果，从而能够进一步提升电池的首次库伦效率、能量密度和循环性能。
在一些实施例中，功能涂层还可以包括导电剂、粘结剂中的一种或两种。
导电剂可以为本领域中常规的导电剂，例如，可以包括导电炭黑、科琴黑、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管、碳纤维中一种或多种。
粘结剂可以为本领域中常规的粘结剂，例如，可以包括聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚苯胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚硅氧烷、丁苯橡胶、环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚四氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物中的一种或多种。
在一些实施例中，以功能涂层的总质量为100%计，导电剂的质量含量可以为5%-20%，例如，可以为5%、6%、7%、8%、9%、10%、15%、20%，或上述任意两个数值组成的范围。
在一些实施例中，以功能涂层的总质量为100%计，粘结剂的质量含量可以为5%-10%，例如，可以为5%、6%、7%、8%、9%、10%，或上述任意两个数值组成的范围。
在一些实施例中，以功能涂层的总质量为100%计，导电剂的质量含量可以为5%-20%，粘结剂的质量含量可以为5%-10%。
当导电剂和粘结剂的质量含量在上述范围时，能够进一步提升电池的首次库伦效率、能量密度和循环性能。
本申请的第一正极片、第二正极片、第三正极片的正极集流体的材质可以相同也可以不同，第一正极片、第二正极片、第三正极片的正极活性材料层的组成以及厚度可以相同也可以不同，第二正极片、第三正极片的功能涂层的组成以及厚度可以相同也可以不同，本申请对此不做限定。
本申请的正极活性材料层中的正极活性材料，可以为本领域常规的用于锂离子电池或钠离子电池的正极活性材料。
例如，当叠片电池为锂离子电池时，正极活性材料可以包括磷酸铁锂、钴酸锂、锂镍钴铝氧化物、锂镍钴锰氧化物中的一种或多种。
当叠片电池为钠离子电池时，正极活性材料可以包括过渡金属层状氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类似物中的一种或多种。
在一些实施例中，正极活性材料层的厚度可以为50-250μm。
在一些实施例中，正极活性材料层可以包括正极导电剂。正极导电剂可以包括但不限于导电炭黑、碳纳米管、乙炔黑和石墨烯中的一种或多种。
在一些实施例中，正极活性材料层可以包括正极粘结剂。正极粘结剂可以包括但不限于聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物中的一种或多种。
本申请对正极集流体的材料没有特别的限制，可以选用具有电子传导性的材料。例如，正极集流体可以采用铝箔。
负极活性材料层中的负极活性材料的具体种类不受具体的限制，可根据需求进行选择。作为示例，当叠片电池为锂离子电池时，负极活性材料可以包括硬碳、软碳、天然石墨、人造石墨、碳硅复合材料中的一种或多种；当叠片电池为钠离子电池时，负极活性材料可以包括硬碳。
在一些实施例中，负极活性材料层的厚度可以为50-200μm。
在一些实施例中，负极活性材料层可以包括负极导电剂。负极导电剂可以包括但不限于导电炭黑、碳纳米管、乙炔黑、石墨烯中的一种或多种。
在一些实施例中，负极活性材料层可以包括负极粘结剂。负极粘结剂可以包括但不限于丁苯橡胶、羧甲基纤维素中的一种或多种。
本申请对负极集流体的材料没有特别的限制，可以选用具有电子传导性的材料。例如，当叠片电池为锂离子电池时，负极集流体可以采用铜箔；当叠片电池为钠离子电池时，负极集流体可以采用铝箔、涂炭铝箔。
如图1所示，在一些实施例中，电芯还包括位于正极片13和负极片11之间的隔膜12。
在一些实施例中，第二正极片132和第三正极片133的外侧还可以设置有隔膜12。
隔膜可以包括聚乙烯膜、聚丙烯膜中的一种或多种。
隔膜的设置方法不受具体的限制，例如隔膜的层叠方式可以为图1所示的层叠方式，也可以采用本领域中常用的Z字型的层叠方式。
在一些实施例中，叠片电池可以按照如下方法进行制备，在正极集流体的两侧涂布正极活性材料层，得到第一正极片；在正极集流体的一侧涂布正极活性材料层，另一侧涂布功能涂层，得到第二正极片和第三正极片；在负极集流体两侧涂布负极活性材料层，得到负极片，将第一正极片、第二正极片、第三正极片、负极片、隔膜按照：隔膜/第二正极片（功能涂层位于远离第一正极片的一侧）/隔膜/负极片/隔膜/第一正极片/隔膜/负极片/……第一正极片/隔膜/负极片/隔膜/第三正极片（功能涂层位于远离第一正极片的一侧）/隔膜的顺序进行层叠，得到叠片电池。
在一些实施例中，叠片电池可以按照如下方法进行制备，在正极集流体的两侧涂布正极活性材料层，得到第一正极片；在正极集流体的一侧涂布正极活性材料层，另一侧涂布功能涂层，得到第二正极片；在正极集流体的一侧涂布正极活性材料层，另一侧不进行涂布，得到第三正极片；在负极集流体两侧涂布负极活性材料层，得到负极片，将第一正极片、第二正极片、第三正极片、负极片、隔膜按照：隔膜/第二正极片（功能涂层位于远离第一正极片的一侧）/隔膜/负极片/隔膜/第一正极片/隔膜/负极片/……第一正极片/隔膜/负极片/隔膜/第三正极片（正极活性材料层位于靠近第一正极片的一侧）/隔膜的顺序进行层叠，得到叠片电池。
实施例
下述实施例更具体地描述了本申请公开的内容，这些实施例仅仅用于阐述性说明，因为在本申请公开内容的范围内进行各种修改和变化对本领域技术人员来说是明显的。除非另有声明，以下实施例中所报道的所有份、百分比和比值都是基于质量计，而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得，并且可直接使用而无需进一步处理，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。
（1）电芯厚度测试
采用游标卡尺，分别测试电芯四边与四角厚度，取平均值，精度0.1mm。
（2）首次库伦效率测试
锂离子电池的首次库伦效率测试：
将锂离子电池在25℃下静置24h，使电解液充分浸润正负极与隔膜；电池设计容量为15Ah，1C=15A，将静置后的锂离子电池以0.05C恒流充电120min，充电容量记为C1；再将锂离子电池以0.1C恒流充电180min，充电容量记为C2；静置2h后再将锂离子电池以0.1C恒流充电至4.25V，充电容量记为C3，化成总充电容量为C1+C2+C3；最后将锂离子电池以0.1C恒流放电至2.75V，得到放电容量，完成首圈的化成。锂离子电池的放电容量与总充电容量之比即为电池的首次库伦效率，即锂离子电池的首次库伦效率=放电容量/总充电容量×100%。
钠离子电池的首次库伦效率：
将钠离子电池在25℃下静置24h，使电解液充分浸润正负极与隔膜；电芯设计容量为10Ah，1C=10A，将静置后的钠离子电池以0.05C电流恒流充电120min，充电容量记为C1；再将钠离子电池以0.1C恒流充电180min，充电容量记为C2；静置2h后再将钠离子电池以0.1C恒流充电至4.5V，充电容量记为C3，化成总充电容量为C1+C2+C3；最后将钠离子电池以0.1C恒流放电至2.0V，得到放电容量，完成首圈的化成。钠离子电池的放电容量与总充电容量之比即为电池的首次库伦效率，即钠离子电池的首次库伦效率=放电容量/总充电容量×100%。
（3）质量能量密度和体积能量密度测试
锂离子电池的质量能量密度和体积能量密度测试：
在25℃下，将锂离子电池以0.2C恒流充电至4.25V，继续将锂离子电池恒压充电至电流为0.05C；静置10min后，再将锂离子电池以0.2C恒流放电至2.75V，得到锂离子电池的放电能量，记为Q。
锂离子电池的质量能量密度（Wh/Kg）=锂离子电池的放电能量Q/锂离子电池的质量m。
锂离子电池的质量体积密度（Wh/L）=锂离子电池的放电能量Q/锂离子电池的体积V。
钠离子电池的质量能量密度和体积能量密度测试：
在25℃下，将钠离子电池以0.2C恒流充电至4.3V，继续将钠离子电池恒压充电至电流为0.05C；静置10min后，再将钠离子电池以0.2C恒流放电至2.0V，得到钠离子放电能量，记为Q。
钠离子电池的质量能量密度（Wh/Kg）=钠离子的放电能量Q/钠离子电池的质量m。
钠离子电池的质量体积密度（Wh/L）=钠离子的放电能量Q/钠离子电池的体积V。
（4）循环容量保持率测试
锂离子电池的循环容量保持率测试：
在25℃的条件下，将锂离子电池以0.2C恒流充电至电压为4.25V，以0.2C恒流放电至电压为2.75V，测试锂离子电池的放电容量并记为C0；在上述相同条件下重复进行循环充放电，测定第500次循环后电池的放电容量并记为C1。25℃下锂离子电池循环500圈后的容量保持率=C1/C0×100%。
钠离子电池的循环容量保持率测试：
在25℃的条件下，将钠离子电池以0.2C恒流充电至电压为4.5V，以0.2C恒流放电至电压为2V，测试钠离子电池的放电容量并记为C0；在上述相同条件下重复进行循环充放电，测定第500次循环后电池的放电容量并记为C1。25℃下钠离子电池循环500圈后的容量保持率=C1/C0×100%。
实施例1
叠片电池为锂离子电池。
（1）锂离子电池正极片的制备
正极浆料的制备：将镍钴锰酸锂、导电炭黑（Super P）、聚偏氟乙烯按照质量比96：2：2混合，分散在NMP中，调配成固含量为67%的正极浆料，并搅拌均匀。
功能涂层浆料的制备：将补锂剂草酸锂、导电炭黑（Super P）、聚偏氟乙烯按照质量比80：10：10混合，分散在NMP中，调配成固含量为60%的功能涂层浆料，并搅拌均匀。
第一正极片的制备：在铝箔两侧涂布正极浆料，经过干燥、辊压、模切后得到长度为160mm、宽度为120mm，正极活性材料层的厚度为54μm，正极活性材料层的压实密度为3.2g/cm3的第一正极片。
第二正极片和第三正极片的制备：在铝箔一侧涂布正极浆料，另一侧涂布功能涂层浆料，经过干燥、辊压、模切后分别得到长度为160mm、宽度为120mm,正极活性材料层的厚度为54μm、功能涂层厚度为160μm，正极活性材料层的压实密度为3.2g/cm3、功能涂层的压实密度为1.0g/cm3的第二正极片和第三正极片，使得第二正极片和第三正极片中功能涂层的容量=0.8×（负极总容量 - 正极总容量）。
（2）锂离子电池负极片的制备
将石墨、导电炭黑（Super P）、丁苯橡胶、羧甲基纤维素按照质量比95.5：1.5：1.8：1.2混合，分散在去离子水中，调配成固含量为54%的负极浆料，并搅拌均匀，涂布到铜箔的两个表面上，经过干燥、辊压、模切后得到长度为162mm、宽度为122mm,负极活性材料层的厚度为63μm，负极活性材料层的压实密度为1.6g/cm3的负极片。
（3）锂离子电池电解液的制备
在干燥氩气气氛中，将碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸甲乙酯（EMC）按照质量比1：1：1混合，然后向溶剂中加入六氟磷酸锂（LiPF6）并混合均匀，得到电解液。LiPF6在电解液中的摩尔浓度为1.0mol/L。
（4）锂离子电池的制备
将第一正极片、第二正极片、第三正极片、隔膜、负极片按照：隔膜/第二正极片（功能涂层位于远离第一正极片的一侧）/隔膜/负极片/隔膜/第一正极片/隔膜/负极片/……第一正极片/隔膜/负极片/隔膜/第三正极片（功能涂层位于远离第一正极片的一侧）/隔膜的顺序进行层叠，之后置于铝壳中，注入配好的电解液并封装，得到锂离子电池。
实施例2
叠片电池为钠离子电池。
（1）钠离子电池正极片的制备
正极浆料的制备：将硫酸铁钠、导电炭黑（Super P）、聚偏氟乙烯按照质量比94：2：4混合，分散在NMP中，调配成固含量为50%的正极浆料，并搅拌均匀。
功能涂层浆料的制备：将补钠剂草酸钠、导电炭黑（Super P）、聚偏氟乙烯按照重量比80：10：10混合，分散在加入NMP中，调配成固含量为60%的功能涂层浆料，并搅拌均匀。
第一正极片的制备：在铝箔两侧涂布正极浆料，经过干燥、辊压、模切后得到长度为130mm、宽度为80mm,正极活性材料层的厚度为245μm，正极活性材料层的压实密度为1.9g/cm3的第一正极片。
第二正极片和第三正极片的制备：在铝箔一侧涂布正极浆料，另一侧涂布功能涂层浆料，经过干燥、辊压、模切后分别得到长度为130mm、宽度为80mm,正极活性材料层的厚度为245μm、功能涂层厚度为150μm,正极活性材料层的压实密度为1.9g/cm3、功能涂层的压实密度为1.0g/cm3的第二正极片和第三正极片，使得第二正极片和第三正极片中功能涂层的容量=0.8×（负极总容量 - 正极总容量）。
（2）钠离子电池负极片的制备
将硬碳、导电炭黑（Super P）、丁苯橡胶、羧甲基纤维素按照质量比94：2：2：2混合，分散在去离子水中，调配成固含量为52%的负极浆料，涂布到铝箔的两个表面上，经过干燥、辊压、模切后得到长度为132mm、宽度为82mm,负极活性材料层的厚度为140μm,负极活性材料层的压实密度为1.0g/cm3的负极片。
（3）钠离子电池电解液的制备
在干燥氩气气氛中，将溶剂碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二乙酯（DEC）按照质量比1：1：1混合，然后向溶剂中加入六氟磷酸钠（NaPF6）并混合均匀，得到电解液。NaPF6在电解液中的摩尔浓度为1.0mol/L。
（4）钠离子电池的制备
将第一正极片、第二正极片、第三正极片、隔膜、负极片按照：隔膜/第二正极片（功能涂层位于远离第一正极片的一侧）/隔膜/负极片/隔膜/第一正极片/隔膜/负极片/……第一正极片/隔膜/负极片/隔膜/第三正极片（功能涂层位于远离第一正极片的一侧）/隔膜的顺序进行层叠，之后置于铝壳中，注入配好的电解液并封装，得到钠离子电池。
实施例3
在钠离子电池的制备中，除第三正极片的结构与实施例2不同之外，其余制备工艺与实施例2相同。
第三正极片仅在铝箔一侧涂布正极浆料，另一侧不进行涂布。
将第一正极片、第二正极片、第三正极片、负极片、隔膜按照：隔膜/第二正极片（功能涂层位于远离第一正极片的一侧）/隔膜/负极片/隔膜/第一正极片/隔膜/负极片/……第一正极片/隔膜/负极片/隔膜/第三正极片（正极活性材料层位于靠近第一正极片的一侧）/隔膜的顺序进行层叠。
对比例1
在锂离子电池的制备中，除不含第二正极片和第三正极片、不含补锂剂且叠片电池的负极片的个数与实施例1不同之外，其余制备工艺与实施例1相同。
将第一正极片、隔膜、负极片按照：隔膜/负极片/隔膜/第一正极片/隔膜/负极片/……第一正极片/隔膜/负极片/隔膜的顺序进行层叠。
对比例2
在钠离子电池的制备中，除不含第二正极片和第三正极片、不含补钠剂且叠片电池的负极片的个数与实施例1不同之外，其余制备工艺与实施例2相同。
将第一正极片、隔膜、负极片按照：隔膜/负极片/隔膜/第一正极片/隔膜/负极片/……第一正极片/隔膜/负极片/隔膜的顺序进行层叠。
实施例1-3和对比例1-2的叠片电池的组成见表1。
实施例1-3和对比例1-2的叠片电池的测试结果示出在表2中。
实施例1和对比例1叠片电池25℃下的循环性能测试图如图3所示。实施例2和对比例2叠片电池25℃下的循环性能测试图如图4所示。
表1
表2
由表1和表2可知，当叠片电池采用本申请的层叠方式时，电芯具有较薄的厚度，且电池具有较高的能量密度。
由表1和表2还可知，当叠片电池采用本申请的层叠方式时，且含有补锂剂或补钠剂时能够提升电池的首次库伦效率、质量能量密度、体积能量密度以及提升电池的循环容量保持率。
实施例4
在钠离子电池的制备中，第三正极片中功能涂层的厚度为19μm，使得功能涂层的容量=0.1×（负极总容量 - 正极总容量），其余制备工艺与实施例2相同。
实施例5
在钠离子电池的制备中，第三正极片中功能涂层的厚度为56μm，使得功能涂层的容量=0.3×（负极总容量 - 正极总容量），其余制备工艺与实施例2相同。
实施例6
在钠离子电池的制备中，第三正极片中功能涂层的厚度为94μm，使得功能涂层的容量=0.5×（负极总容量 - 正极总容量），其余制备工艺与实施例2相同。
实施例7
在钠离子电池的制备中，第三正极片中功能涂层的厚度为131μm，使得功能涂层的容量=0.7×（负极总容量 - 正极总容量），其余制备工艺与实施例2相同。
实施例8
在钠离子电池的制备中，第三正极片中功能涂层的厚度为188μm，使得功能涂层的容量=1×（负极总容量 - 正极总容量），其余制备工艺与实施例2相同。
实施例2、4-8叠片电池的组成见表3。
实施例2、4-8叠片电池的测试结果示出在表4中。
表3
表4
由表3和表4可知，当叠片电池满足0.3×（负极总容量 - 正极总容量）≤功能涂层的容量≤（负极总容量 - 正极总容量），可选为满足0.7×（负极总容量 - 正极总容量）≤功能涂层的容量≤（负极总容量 - 正极总容量）时，能够在电芯厚度增加很少的前提下，进一步提升电池的首次库伦效率、能量密度和循环性能。
由表2和表4还可知，本申请的叠片电池使得锂离子电池的首次库伦效率在90.5%以上、质量能量密度在219Wh/kg以上、体积能量密度在585Wh/L以上、循环容量保持率25℃循环500圈容量保持率在93%以上。
由表2和表4还可知，本申请的叠片电池使得钠离子电池的首次库伦效率在83.9%以上、质量能量密度在108Wh/kg以上、体积能量密度在259Wh/L以上、循环容量保持率25℃循环500圈容量保持率在92.3%以上。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种叠片电池，包括电芯以及容纳所述电芯的包装体，其特征在于，
所述电芯包括交错层叠设置的正极片和负极片，位于所述电芯层叠方向相对两端的两个极片均为正极片，并且所述两个正极片分别记为第二正极片和第三正极片，所述电芯中的其他正极片记为第一正极片；
所述第二正极片和所述第三正极片靠近所述第一正极片的一侧均设有正极活性材料层，所述第二正极片远离所述第一正极片的一侧和/或所述第三正极片远离所述第一正极片的一侧设有功能涂层；
所述正极活性材料层包括正极活性材料，所述功能涂层包括容量补偿材料，且所述容量补偿材料的克容量大于所述正极活性材料的克容量。
2.根据权利要求1所述的叠片电池，其特征在于，所述电芯还包括电解质，所述容量补偿材料的氧化分解电压小于所述电解质的氧化分解电压。
3.根据权利要求1所述的叠片电池，其特征在于，所述容量补偿材料包括补锂剂和/或补钠剂。
4.根据权利要求3所述的叠片电池，其特征在于，
所述补锂剂包括草酸锂、Li2NiO2、Li5FeO4、氧化锂、Li2O2、Li2S中的一种或多种；
所述补钠剂包括草酸钠、碳酸钠、亚硝酸钠、氧化钠、Na2NiO2、Na5FeO4、Na2MnO3、NaCrO2中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的叠片电池，其特征在于，
所述第一正极片具有沿自身厚度方向相对设置的两个正极活性材料层，所述负极片具有沿自身厚度方向相对设置的两个负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料，并且所述电芯满足：0＜功能涂层的容量≤（负极总容量 - 正极总容量），
功能涂层的容量 = 容量补偿材料的理论克容量×所有功能涂层中的容量补偿材料的总质量，
负极总容量 = 负极活性材料的理论克容量×所有负极活性材料层中的负极活性材料的总质量，
正极总容量 = 正极活性材料的理论克容量×所有正极活性材料层中的正极活性材料的总质量，
所述功能涂层的容量、所述负极总容量和所述正极总容量的单位相同。
6.根据权利要求1所述的叠片电池，其特征在于，
所述容量补偿材料的体积分布粒径Dv50为3-5μm；
所述容量补偿材料的体积分布粒径Dv99为10-15μm。
7.根据权利要求1所述的叠片电池，其特征在于，以所述功能涂层的总质量为100%计，所述容量补偿材料的质量含量大于等于70%。
8.根据权利要求1所述的叠片电池，其特征在于，所述功能涂层的厚度为10-200μm。
9.根据权利要求1所述的叠片电池，其特征在于，所述功能涂层还包括导电剂、粘结剂中的一种或两种。
10.根据权利要求9所述的叠片电池，其特征在于，以所述功能涂层的总质量为100%计，所述功能涂层满足以下条件中的至少一者：
所述导电剂的质量含量为5%-20%；
所述粘结剂的质量含量为5%-10%。
11.根据权利要求1所述的叠片电池，其特征在于，所述电芯还包括位于所述正极片和所述负极片之间的隔膜。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190260065A1 (en) * 2018-02-20 2019-08-22 Samsung Electronics Co., Ltd. All-solid-state secondary battery
CN113823849A (zh) * 2020-06-19 2021-12-21 比亚迪股份有限公司 锂离子电池的补锂正极片和锂离子电池
CN114421010A (zh) * 2020-10-28 2022-04-29 陕西泽邦环境科技有限公司 一种补锂型锂离子电池电解液及其应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190260065A1 (en) * 2018-02-20 2019-08-22 Samsung Electronics Co., Ltd. All-solid-state secondary battery
CN113823849A (zh) * 2020-06-19 2021-12-21 比亚迪股份有限公司 锂离子电池的补锂正极片和锂离子电池
CN114421010A (zh) * 2020-10-28 2022-04-29 陕西泽邦环境科技有限公司 一种补锂型锂离子电池电解液及其应用

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