电极极片、二次电池及其制备方法和含有二次电池的装置制造方法及图纸

本申请提供一种电极极片、二次电池及其制备方法和含有二次电池的装置，属于储能装置技术领域。电极极片包括集流体及设置于集流体至少一个表面上的活性材料层，其中，活性材料层包括活性材料和能固定水分的固态固水剂；固水剂的饱和吸水率RSA≥40%；固水剂在活性材料层中的质量占比为0.1%~10%；以及固水剂的体积平均粒径Dv50为活性材料的体积平均粒径Dv50的80％~150％。采用本申请的电极极片，能使二次电池获得较高的循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
电极极片、二次电池及其制备方法和含有二次电池的装置
本申请属于储能装置
，具体涉及一种电极极片、二次电池及其制备方法和含有二次电池的装置。
技术介绍
二次电池具有高比能量、长寿命、低成本等优势，因而被广泛应用。例如，随着电动汽车、储能电站等新能源产业的加快推广应用，对二次电池的需求将越来越大。锂离子电池作为当前广泛使用的二次电池，对锂资源的需求不断增长，长此以往将造成锂资源的战略短缺。在此背景下，人们开始寻求可以替代锂离子电池的新型二次电池，且该类二次电池需满足上游原料储量丰富、易于获取的条件。由此，以钠离子电池为代表的新型二次电池逐渐进入了人们的视野。这些二次电池与锂离子电池的工作原理类似，都是依靠活性离子在正极极片和负极极片之间往返移动进行充放电。然而，钠离子电池等新型二次电池的产业化道路上，仍存在诸多问题待解决。其中，如何提供一种具有较高循环寿命的新型二次电池，是核心问题之一。
技术实现思路
为了实现上述目的，本申请的第一方面提供一种电极极片，其包括集流体及设置于集流体至少一个表面上的活性材料层，其中，活性材料层包括活性材料和能固定水分的固态固水剂。本申请通过在电极极片的活性材料层中添加能固定水分的固态固水剂，使其在电池的化成阶段和/或充放电循环阶段（例如初始循环阶段）进行除水，由此能大幅度降低采用其的二次电池内的游离水含量，从而能提高二次电池的循环性能。采用本申请提供的电极极片，还可以改善二次电池的容量发挥，使二次电池兼具较高的首次放电比容量和首次充放电效率。在本申请上述实施方式中，固水剂的体积平均粒径Dv50为活性材料的体积平均粒径Dv50的80％~150％。可选地，固水剂的体积平均粒径Dv50为活性材料的体积平均粒径Dv50的90％~110％。固水剂粉体的体积平均粒径与活性材料的体积平均粒径相近，能够保证在制备包含固水剂的活性材料浆料及极片烘烤时，有效缓解固水剂粉体与活性材料因密度不一致而导致相对沉降现象，从而有利于固水剂粉体在活性材料层中与活性材料的均匀分散。因此，固水剂能及时、快速地将刚刚从活性材料体相内逸出的水分进行固定，从而进一步改善电池的循环性能。在上述任意实施方式中，固水剂可通过物理吸附、氢键和化学键中的一种以上固定水分。在一些实施例中，固水剂通过化学键和氢键中的一种以上固定水分。在二次电池的正常工作条件下，固水剂所固定的水分极少或不会再分配到活性材料相和/或电解液相，充分改善电池的循环性能。在上述任意实施方式中，固水剂可以结晶水的形式固定水分。固水剂可以快速吸水，及时地除去游离水，并且能有效固定住水分，由此能改善电池的循环性能。在上述任意实施方式中，固定了水分的固水剂在80℃热处理30min后的含水量WH≤5%乘以固水剂的饱和吸水量。可选的，WH≤1%乘以固水剂的饱和吸水量。固水剂满足上述条件，其所含水分可以在极片制备工艺的干燥过程中除去，确保固水剂在电池化成阶段和/或充放电循环阶段发挥固定水分的作用。在上述任意实施方式中，电极极片在150℃热处理30min的失重率RWL≤15%。可选的，RWL为1%~10%。进一步可选的，RWL为2%~6%。电极极片满足上述条件，固水剂在涂层干燥的温度下基本不会发生分解，以确保固水剂在电池化成阶段和/或充放电循环阶段发挥固定水分的作用。在上述任意实施方式中，固水剂的饱和吸水率RSA≥40%；可选的，RSA≥80%；进一步可选的，RSA≥100%。固水剂具有较大的吸水量，可以减少活性材料层中固水剂的含量，在使电池改善循环性能的同时，提升能量密度。在上述任意实施方式中，固水剂为具有10nm~100μm的体积平均粒径Dv50的粉体。可选的，固水剂的Dv50为50nm~10μm。固水剂粉体的Dv50在适当范围内，可以进一步提升电池的循环性能；同时还有利于使电池获得较高的安全性能。在上述任意实施方式中，固水剂包括无机除水材料，可选地包括无水硫酸钠、无水硫酸钙、无水氯化钙、无水硫酸镁、无水高氯酸镁、无水三氯化铝、活性氧化铝和硅胶中的一种或几种，进一步可选地包括无水硫酸钠、无水氯化钙、无水硫酸镁、无水三氯化铝中的一种或几种，更进一步可选地包括无水硫酸钠和无水硫酸镁中的一种或几种。采用合适的固水剂，能更好地改善电池的循环性能，还能进一步改善首次放电比容量和首次充放电效率。在上述任意实施方式中，固水剂在活性材料层中的质量占比为0.1%~10%，可选的为0.5%~5%。固水剂在活性材料层中的质量占比在上述范围内，既能有效提升电池的循环性能，又有利于电池获得较高的能量密度。在上述任意实施方式中，电极极片为正极极片，正极极片包括正极集流体及设置于正极集流体至少一个表面上的正极活性材料层，正极活性材料层包括正极活性材料和固水剂。在上述任意实施方式中，固水剂在正极活性材料层中的质量占比为1%~5%。当固水剂添加在正极活性材料层中时，使固水剂在正极活性材料层中的质量占比在上述范围内，既能有效提升电池的循环性能，又有利于电池获得较高的能量密度。在上述任意实施方式中，正极活性材料包括过渡金属氰化物，可选地包括Na2MnFe(CN)4、Na2FeFe(CN)4、Na2NiFe(CN)4、Na2CuFe(CN)4中的一种或几种。在上述任意实施方式中，电极极片为负极极片，负极极片包括负极集流体及设置于负极集流体至少一个表面上的负极活性材料层，负极活性材料层包括负极活性材料和固水剂。在上述任意实施方式中，固水剂在负极活性材料层中的质量占比为0.5%~3%。当固水剂添加在负极活性材料层中时，使固水剂在负极活性材料层中的质量占比在上述范围内，既能有效提升电池的循环性能，又有利于电池获得较高的能量密度。在上述任意实施方式中，负极活性材料包括软碳、硬碳、人造石墨、天然石墨、硅、硅氧化合物、硅氮化合物、硅碳复合物、过渡金属氰化物、能与钠形成合金的金属、聚阴离子化合物、含钠的过渡金属氧化物中一种或几种。本申请第二方面提供一种二次电池，其包括正极极片和负极极片，正极极片和/或负极极片为本申请提供的电极极片。二次电池由于采用本申请的电极极片，因而能获得较高的循环性能，还可以获得较高的首次放电比容量和首次充放电效率。本申请第三方面提供一种二次电池的制备方法，其包括通过如下步骤制备二次电池的电极极片：提供包含活性材料和固水剂的浆料；将浆料涂覆于集流体的至少一个表面，形成活性材料层，经干燥、冷压后，得到电极极片；其中，电极极片中的固水剂为固态，且固水剂能固定水分。本申请提供的制备方法获得的二次电池中，电极极片的活性材料层添加了能固定水分的固态固水剂，使其在电池的化成阶段和/或充放电循环阶段（例如初始循环阶段）进行除水，由此能提高二次电池的循环性能。另外，二次电池还可以兼具较高的首次放电比容量和首次充放电效率。本申请的第四方面提供一种装置，其包括本申请第二方面的二次电池、和/或根据本申请第三方面的制备方法得到的二次电池。本申请的装置包括本申请提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极极片，其特征在于，所述电极极片包括集流体及设置于所述集流体至少一个表面上的活性材料层，/n其中，所述活性材料层包括活性材料和能固定水分的固态固水剂；/n所述固水剂的饱和吸水率R

【技术特征摘要】
1.一种电极极片，其特征在于，所述电极极片包括集流体及设置于所述集流体至少一个表面上的活性材料层，
其中，所述活性材料层包括活性材料和能固定水分的固态固水剂；
所述固水剂的饱和吸水率RSA≥40%；
所述固水剂在所述活性材料层中的质量占比为0.1%~10%；以及
所述固水剂的体积平均粒径Dv50为所述活性材料的体积平均粒径Dv50的80％~150％。


2.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述固水剂通过化学键和/或氢键固定水分。


3.根据权利要求2所述的电极极片，其特征在于，所述固水剂以结晶水的形式固定水分。


4.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，固定了水分的所述固水剂在80℃热处理30min后的含水量WH≤5%乘以所述固水剂的饱和吸水量。


5.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述电极极片在150℃热处理30min的失重率RWL≤15%。


6.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述固水剂的饱和吸水率RSA≥80%。


7.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述固水剂的体积平均粒径Dv50为50nm~10μm。


8.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述固水剂包括无水硫酸钠、无水氯化钙、无水硫酸镁、无水三氯化铝的一种或几种。


9.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述固水剂在所述活性材料层中的质量占比为0.5%~5%。


10.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述电极极片为正极极片，所述正极极片包括正极集流体及设置于所述正极集流体至少一个表面上的正极活性材料层，...

【专利技术属性】
技术研发人员：田佳瑞，郭永胜，欧阳楚英，张欣欣，黄丽婷，苏硕剑，林文光，陈晓霞，
申请(专利权)人：江苏时代新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32