本申請涉及電池，具體涉及正極片及其制備方法和混合離子電池。

背景技術(shù)：

1、鉀和鋰具有相似的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位，但是鉀在地殼中具有豐富的儲存量（1.5wt%），這導(dǎo)致鉀離子電池具有低的成本。同時，鉀離子在電解質(zhì)中具有快速的離子傳輸動力學(xué)，使得鉀離子電池具有優(yōu)越的前景，因而鉀離子電池得以快速發(fā)展。目前可用于鉀離子電池的正極材料主要分為聚陰離子類、普魯士藍(lán)類、有機(jī)類正極材料及層狀過渡金屬氧化物正極材料。層狀過渡金屬氧化物(axmo2，a=k，m=v、mn、fe、ni、cr、co等及其組合)由于其框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、合成方法簡單、輸出電壓高、商業(yè)化可行性高而被廣泛應(yīng)用。

2、當(dāng)前鉀離子電池在能量密度和循環(huán)壽命方面仍然面臨重大挑戰(zhàn)，包括窄電壓窗口、電極溶解、腐蝕和意想不到的副產(chǎn)物。這些基本問題可能導(dǎo)致不可逆的容量損失、循環(huán)穩(wěn)定性差和短路，嚴(yán)重限制了k+的有效存儲。因此需要進(jìn)一步提高其循環(huán)性能和能量密度以滿足實(shí)際需求。通常提高能量密度的手段主要有提高電壓及容量，由于鉀離子電池正極的層狀氧化物空氣穩(wěn)定性差，在循環(huán)過程中易發(fā)生材料表面破碎，與電解液接觸后發(fā)生副反應(yīng)，消耗活性鉀，進(jìn)而導(dǎo)致循環(huán)變差，進(jìn)一步限制了其應(yīng)用。例如，cn113675394a公開了一種鉀離子電池正極片，該正極片包括鋁箔，以及涂覆在鋁箔上的活性物質(zhì)層，活性物質(zhì)層包括活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，活性物質(zhì)的分子式為：kxmnycu1-y-zsbzo2(kmcso)，x、y、z分別為原子數(shù)，由于該正極片無法避免材料在使用過程中被空氣腐蝕，因而存在一定的弊端。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了正極片及其制備方法和混合離子電池。該正極片可有效避免被空氣腐蝕，兼具高能量密度和循環(huán)性能好的特點(diǎn)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種正極片，該正極片包括：

4、正極集流體；

5、第一活性物質(zhì)層，第一活性物質(zhì)層設(shè)置于正極集流體厚度方向的至少一個表面上；第一活性物質(zhì)層包括第一活性物質(zhì)、第一導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，第一活性物質(zhì)為含鉀的活性物質(zhì)；

6、第二活性物質(zhì)層，第二活性物質(zhì)層設(shè)置于第一活性物質(zhì)層遠(yuǎn)離正極集流體的表面上；第二活性物質(zhì)層包括第二活性物質(zhì)、第二導(dǎo)電劑和聚合物，第二活性物質(zhì)為含鋰的活性物質(zhì)。

7、在本發(fā)明實(shí)施方式中，聚合物包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一種。

8、在本發(fā)明實(shí)施方式中，第一活性物質(zhì)的化學(xué)通式為kniwfevmnmo2，其中，0<w≤0.4，0<v≤0.6，0<m≤0.6，且滿足w+v+m=1。

9、在本發(fā)明實(shí)施方式中，第二活性物質(zhì)的化學(xué)通式為linixcoymnzo2，其中，0<x<1，0<y<1，0<z<1，且滿足x+y+z=1。

10、作為優(yōu)選，第一活性物質(zhì)與第二活性物質(zhì)的摩爾比為（1~11）:1。

11、作為優(yōu)選，第二活性物質(zhì)與聚合物的摩爾比為（200~1250）:1。

12、作為優(yōu)選，第一活性物質(zhì)層中的第一活性物質(zhì)、第一導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的質(zhì)量比例為（5～10）:1:（0.05～0.07）。

13、作為優(yōu)選，第二活性物質(zhì)層中的第二活性物質(zhì)、第二導(dǎo)電劑、聚合物的質(zhì)量比例為（4～8）:1:（5～20）。

14、作為優(yōu)選，第一活性物質(zhì)層的厚度為0.1～2?mm。

15、作為優(yōu)選，第二活性物質(zhì)層的厚度為0.1～2?mm。

16、在本發(fā)明實(shí)施方式中，第一活性物質(zhì)層在正極集流體厚度方向上的第一投影與第二活性物質(zhì)層在正極集流體厚度方向上的第二投影重合，且第一投影的面積與第二投影的面積相等。

17、在本發(fā)明實(shí)施方式中，第一導(dǎo)電劑和第二導(dǎo)電劑獨(dú)立的包括導(dǎo)電炭黑、乙炔黑、石墨烯、導(dǎo)電石墨、導(dǎo)電碳管、導(dǎo)電碳纖維中的至少一種。

18、在本發(fā)明實(shí)施方式中，粘結(jié)劑包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纖維素鈉中的至少一種。

19、第二方面，本發(fā)明提供了上述正極片的制備方法，包括如下步驟：

20、s1，將第一活性物質(zhì)、第一導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、第一溶劑混合均勻，得到漿料a；

21、將第二活性物質(zhì)、第二導(dǎo)電劑、第二溶劑混合均勻，得到漿料b1；將聚合物、第三溶劑混合，經(jīng)加熱攪拌，得到聚合物溶液；將漿料b1和聚合物溶液混合均勻，得到漿料b2；

22、s2，將漿料a涂覆于正極集流體表面，經(jīng)第一烘干，得到復(fù)合有第一活性物質(zhì)層的極片；

23、將漿料b2涂覆于復(fù)合有第一活性物質(zhì)層的極片表面，經(jīng)第二烘干、輥壓、第三烘干，得到正極片。

24、作為優(yōu)選，第一烘干的溫度為80～120℃，第一烘干的時間為1～3h。

25、作為優(yōu)選，第二烘干的溫度為80～120℃，第二烘干的時間為1～3h。

26、作為優(yōu)選，第三烘干的溫度為80～120℃，第三烘干的時間為20～30h。

27、第三方面，本發(fā)明提供了一種混合離子電池，該混合離子電池包括上述正極片，和/或由上述制備方法制得的正極片。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果為：

29、（1）本發(fā)明正極片在含鉀的活性物質(zhì)層表面設(shè)置了包括含鋰的活性物質(zhì)和聚合物的第二活性物質(zhì)層。其中，由于聚合物的存在，一方面可避免含鉀的正極活性物質(zhì)被空氣腐蝕，避免容量損失，另一方面還可有效避免循環(huán)過程中電解液溶劑與破碎的正極接觸，避免了副反應(yīng)的發(fā)生，循環(huán)性能得以提升；同時由于含鋰的活性物質(zhì)的存在，鋰鉀離子發(fā)生協(xié)同效應(yīng)，在改善循環(huán)性能的同時，還可提高能量密度。因此，本發(fā)明正極片有效的改善了傳統(tǒng)鉀離子電池材料易被空氣腐蝕、進(jìn)而損失活性鉀、容量及循環(huán)表現(xiàn)差的問題，兼具高能量密度和循環(huán)性能好的特點(diǎn)。

30、（2）與其它在材料層級摻雜鋰元素、以及在勻漿或涂布過程進(jìn)行多步驟摻混相比，本發(fā)明制備方法由于在勻漿過程將聚合物和含鋰的活性物質(zhì)混合，因而簡化了涂布工藝，提高了可制造性，制備方法更簡單高效。同時，由于聚合物具備粘結(jié)劑的作用，所以第二活性物質(zhì)層中無需額外添加粘結(jié)劑。

技術(shù)特征：

1.一種正極片，其特征在于，所述正極片包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極片，其特征在于，所述聚合物包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極片，其特征在于，所述第一活性物質(zhì)的化學(xué)通式為kniwfevmnmo2，其中，0<w≤0.4，0<v≤0.6，0<m≤0.6，且滿足w+v+m=1；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極片，其特征在于，所述第一活性物質(zhì)與所述第二活性物質(zhì)的摩爾比為（1~11）:1；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極片，其特征在于，所述第一活性物質(zhì)層中的第一活性物質(zhì)、第一導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的質(zhì)量比例為（5～10）:1:（0.05～0.07）；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極片，其特征在于，所述第一活性物質(zhì)層的厚度為0.1～2mm；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極片，其特征在于，所述第一導(dǎo)電劑和第二導(dǎo)電劑獨(dú)立的包括導(dǎo)電炭黑、乙炔黑、石墨烯、導(dǎo)電石墨、導(dǎo)電碳管、導(dǎo)電碳纖維中的至少一種；

8.權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述正極片的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述第一烘干的溫度為80～120℃，所述第一烘干的時間為1～3h；

10.一種混合離子電池，其特征在于，所述混合離子電池包括權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述正極片，和/或由權(quán)利要求8至9中任一項(xiàng)所述制備方法制得的正極片。

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及正極片及其制備方法和混合離子電池。該正極片包括：正極集流體；第一活性物質(zhì)層，第一活性物質(zhì)層設(shè)置于正極集流體厚度方向的至少一個表面上；第一活性物質(zhì)層包括第一活性物質(zhì)、第一導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，第一活性物質(zhì)為含鉀的活性物質(zhì)；第二活性物質(zhì)層，第二活性物質(zhì)層設(shè)置于第一活性物質(zhì)層遠(yuǎn)離正極集流體的表面上；第二活性物質(zhì)層包括第二活性物質(zhì)、第二導(dǎo)電劑和聚合物，第二活性物質(zhì)為含鋰的活性物質(zhì)。本發(fā)明正極片可有效避免被空氣腐蝕，兼具高能量密度和循環(huán)性能好的特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：於洪將,馬曙輝,于哲勛,王洋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇正力新能電池技術(shù)股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14