正极片及电池的制作方法

本技术涉及电池，具体涉及一种正极片及电池。

背景技术：

1、随着全球新能源汽车产业和储能系统的快速发展，高性能锂离子电池的研发备受关注。正极材料作为锂离子电池的关键组分，决定着电池的能量密度、功率密度、循环稳定性及安全性等核心性能。在众多的正极材料中，磷酸锰铁锂(lmfp)具有高安全性、高稳定性和较高的放电电压平台(约4.1v vs. li+/li)，理论能量密度可达磷酸铁锂的1.2倍左右，被认为是最具潜力的下一代正极材料之一。三元正极材料(ncm)具有高比容量和高工作电压的突出优势，是目前动力电池领域应用最为广泛的正极材料体系。将lmfp与ncm混合形成的复合正极，兼具lmfp的高安全性、低成本优势与ncm的高能量密度优势，是正极材料研发的大势所趋。

2、然而，lmfp与ncm的粒径、导电性能等性质上的显著差异，给复合电极的导电网络构筑带来了严峻挑战，导致复合电极的导电性能较差，从而影响电池的性能。

技术实现思路

1、本技术提供一种正极片及电池，旨在解决复合电极的导电网络不佳使得其导电性能较差、电池性能差问题。

2、第一方面，本技术的实施例提供一种正极片，包括：

3、正极活性物质，正极活性物质包括磷酸锰铁锂和三元材料；

4、导电剂，导电剂包括零维导电剂，零维导电剂包括第一零维导电剂和第二零维导电剂，第一零维导电剂的吸油值低于第二零维导电剂的吸油值。

5、本技术正极片的正极活性物质为lmfp和三元材料的复合活性材料，使得正极片兼具lmfp和三元材料的优势。与此同时，本技术的导电剂包括零维导电剂，且零维导电剂包括低吸油值的第一零维导电剂和高吸油值的第二零维导电剂，第一零维导电剂的聚集体紧密、开散度低，能进入lmfp纳米颗粒间的纳米级间隙，实现较为致密的点接型填充，第二零维导电剂的聚集体链相对较长、分支较多，能在三元材料微米颗粒的微米级间隙中形成桥接导电网络，同时能在三元材料与lmfp颗粒团簇之间形成桥接导电网络。

6、在一实施例中，正极片满足公式一和公式二：

7、δ= δ0+n×α公式一；

8、θ=1-δ公式二；

9、式中，δ为第一零维导电剂与零维导电剂的质量比；

10、θ为第二零维导电剂与零维导电剂的质量比；

11、δ0为第一基准比例，第一基准比例表示当磷酸锰铁锂在正极活性物质中的质量比α=0时，第一零维导电剂与零维导电剂的质量比，0.20≤δ0≤0.40；

12、n为零维系数，0.50≤n≤0.90；

13、α为磷酸锰铁锂与正极活性物质的质量比，0.10≤α≤0.90。

14、本技术通过特定的定量关系(δ= δ0+n×α)构建正极片中第一零维导电剂和第二零维导电剂的用量与lmfp含量的关系式，使得第一零维导电剂的占比与lmfp含量满足特定的变化关系，实现间隙与导电剂聚集体相互匹配、且分级填充，确保不同级别的间隙被精准填充，从间隙填充维度确保零维导电剂在正极片内部形成从纳米级到微米级的连续导电网络。

15、在一实施例中，导电剂还包括一维导电剂，正极片还满足公式三和公式四：

16、γ=γ0+k×α公式三；

17、ε＝1-γ公式四；

18、式中，γ为一维导电剂与所述导电剂的质量比；

19、ε为零维导电剂与所述导电剂的质量比；

20、γ0为第二基准比例，第二基准比例表示当磷酸锰铁锂在正极活性物质中的质量比α=0时，一维导电剂与导电剂的质量比，0.25≤γ0≤0.35；

21、k为一维系数，0.45≤k≤0.80；

22、α为磷酸锰铁锂与正极活性物质的质量比，0.10≤α≤0.90。

23、本技术的一维导电剂能在更大的空间尺度上连接lmfp颗粒团簇与三元材料大颗粒，进一步提供长程导电通路，丰富导电网络的结构，提高正极片和电池的电化学性能，本技术通过特定的定量关系(γ=γ0+k×α)构建正极片中一维导电剂的用量与lmfp含量的关系，通过定量的关系式调控一维导电剂的用量，确保在不同lmfp占比下，均能构建贯穿整个正极片的长程导电网络；同时使得零维导电剂和一维导电剂的配比处于较优的平衡状态，提高零维导电剂和一维导电剂的协同作用，并确保导电性较低的lmfp区域有长程导电通路贯穿。

24、在一实施例中，正极片还满足公式五和公式六：

25、m=7α+2.5公式五；

26、β＝1-α公式六；

27、式中，m为导电剂的质量，单位为g；

28、α为磷酸锰铁锂与正极活性物质的质量比，0.10≤α≤0.90；

29、β为三元材料与正极活性物质的质量比。

30、本技术通过特定的定量关系(m=7α+2.5)构建正极片中导电剂总量与lmfp含量的关系式，通过导电剂用量维度的精准调控，确保lmfp占比与导电剂的精准匹配，在正极片中构建致密、均匀的导电网络。

31、在一实施例中，当0.1≤α＜0.3时，0.50≤n＜0.65，0.65＜k≤0.80；和/或，当0.3≤α＜0.6时， 0.65≤n＜0.80，0.55＜k≤0.65；和/或，当0.6≤α≤0.9时，0.80≤n≤0.90，0.45≤k≤0.55。

32、本技术根据lmfp含量的不同，选择不同的n值和k值，使得形成的导电网络能更好地匹配lmfp含量，当0.1≤α＜0.3时，通过适宜取值的n和k的协同，使导电网络精准匹配正极活性物质的间隙尺寸和导电需求，形成高效的导电网络；当0.3≤α＜0.6时，通过适宜取值的n和k的协同，在长程连接与短程填充之间实现较好地平衡，形成高效的导电网络；当0.6≤α≤0.9时，通过适宜取值的n和k的协同，使得第一零维导电剂、第二零维导电剂和一维导电剂的配比精准匹配高lmfp占比体系下的导电需求，形成高效的导电网络。

33、在一实施例中，第一零维导电剂的吸油值为150ml/100g~250ml/100g；和/或，第二零维导电剂的吸油值为250ml/100g~400ml/100g。

34、本技术第一零维导电剂适宜的吸油值使具备聚集体紧密、开散度低、结构度低、粒径小的结构特征，从而能精准进入lmfp纳米颗粒间的微小间隙实现致密填充，构筑短程导电桥梁；第二零维导电剂适宜的吸油值使具备聚集体链长、分支多、三维网络发达、结构度高的结构特征，从而在三元材料微米颗粒的微米级间隙、三元材料与lmfp颗粒团簇之间形成三维桥接导电网络，使得不同的正极活性物质之间形成导电通路。

35、在一实施例中，第一零维导电剂的原生粒径小于第二零维导电剂的原生粒径。

36、本技术原生粒径较小的第一零维导电剂能够进入lmfp一次颗粒之间的纳米级间隙，对lmfp一次颗粒进行充分包裹，弥补其导电性较低的缺陷，原生粒径较大的第二零维导电剂能有效跨越不同的三元材料颗粒、三元材料与lmfp颗粒团簇，从而构建桥接网络，通过第一零维导电剂和第二零维导电剂粒径的梯度化设计，实现零维导电剂粒径与正极活性物质间隙尺寸的逐级精准匹配。

37、在一实施例中，第一零维导电剂的原生粒径为20nm~40nm；和/或，第二零维导电剂的原生粒径为40nm~60nm。

38、本技术适宜原生粒径的第一零维导电剂能与lmfp一次颗粒的纳米级间隙(20nm~100nm)实现精准的尺寸匹配，精准填充lmfp纳米级间隙，高效包覆lmfp一次颗粒并填充其微小间隙；适宜原生粒径的第二零维导电剂能与三元材料的微米级间隙(0.5μm~5μm)、三元材料与lmfp颗粒团簇的间隙实现精准的尺寸匹配，形成结构优异的长程导电网络。

39、在一实施例中，磷酸锰铁锂包括磷酸锰铁锂一次颗粒和磷酸锰铁锂二次颗粒，磷酸锰铁锂一次颗粒的d50粒径为0.04μm~0.5μm，磷酸锰铁锂二次颗粒的d50粒径为0.6μm~5μm；和/或，磷酸锰铁锂二次颗粒的比表面积为15m2/g~35m2/g；和/或，三元材料的d50粒径为3μm~10μm；和/或，三元材料的比表面积为0.3m2/g~1.5m2/g。

40、本技术的lmfp一次颗粒使得锂离子的固态扩散路径短，lmfp二次颗粒具有良好的粉体流动性、堆积密度和浆料分散性，便于正极片的加工，lmfp一次颗粒和lmfp二次颗粒的粒径偏差，使得二次颗粒内部和表面形成纳米级微小间隙，为本技术的分级填充导电网络设计提供了物性基础；lmfp二次颗粒相对较高的比表面积使得内部具有丰富的纳米级孔隙结构，为电解液提供连续的液相传输通道，为锂离子提供传输通道，提高电池的倍率性能；适宜的d50粒径使得三元材料具有良好的本征导电性和颗粒间直接接触导电能力，提高正极片的导电性能；三元材料相对较低的比表面积与lmfp二次颗粒的高比表面积差异，使得两者对导电剂需求的本质不同，为本技术的分级填充导电网络设计提供了物性基础。

41、在一实施例中，第一零维导电剂包括乙炔黑；和/或，第二零维导电剂包括super-p和科琴黑中的至少一种；和/或，一维导电剂包括碳纳米管和碳纳米纤维中的至少一种，碳纳米管的管径为5nm~30nm，碳纳米管的长度为1μm~30μm，碳纳米纤维的长径比为33~6000。

42、本技术选用乙炔黑作为第一零维导电剂，其能确保第一零维导电剂以紧密聚集体形式精准进入lmfp纳米颗粒间的微小间隙，实现致密填充和高效短程导电桥梁的构筑；选用super-p和科琴黑中的至少一种作为第二零维导电剂，两者单独使用或混合使用，均能在ncm颗粒间、三元材料与lmfp颗粒团簇之间构建稳固的桥接导电网络；选用碳纳米管和碳纳米纤维中的至少一种作为一维导电剂，碳纳米管能够自由穿行于不同正极活性物质颗粒间的复杂三维孔隙中，构筑长程导电网络，碳纳米纤维的刚性骨架能提供支撑作用，在正极片中形成结构稳定的导电通路。

43、第二方面，本技术的实施例提供一种电池，包括正极片、隔膜和负极片，正极片为本技术第一方面提供的正极片。

44、本技术的电池包含本技术第一方面的正极片，使得电池具有高效的电子导电性，降低电池内阻，提高电池的倍率性能；同时电池的导电网结构稳定性，提高电池的循环稳定性。