一种正极极片及其制备方法、二次电池、电池包和车辆与流程

本发明涉及二次电池，尤其涉及一种正极极片及其制备方法、二次电池、电池包和车辆。

背景技术：

1、刀片电芯（如刀片磷酸铁锂电芯）因其高能量密度、高安全性、长循环寿命及适配性强等优势，广泛应用于新能源汽车、储能设备等领域。其核心结构特点为“薄、长、扁”，这种特殊的结构设计使得电芯在长期循环过程中，长边区域极易出现析锂现象，不仅会导致电芯容量衰减、循环寿命缩短，析出的锂枝晶还可能穿刺隔膜，引发电芯内部短路，严重时甚至导致热失控，带来安全隐患。

2、经研究发现，刀片电芯长边循环析锂的核心原因主要包括以下几点：1.锂离子传输不均衡，刀片电芯长边长度长，锂离子从正极脱出后，向负极迁移的路径存在差异，长边边缘区域的锂离子迁移距离更远、阻力更大，充电时易出现锂离子“堆积”，无法及时嵌入负极，进而析出金属锂；2.活性锂损耗不均，电芯循环过程中，sei膜的反复破裂与修复、电解液分解等副反应会持续消耗活性锂，而长边边缘区域的电极反应更为剧烈，活性锂损耗速度快于中心区域，导致边缘区域锂离子供给不足，进一步加剧析锂；3.极片厚度与应力不均，刀片电芯长边边缘在涂布、辊压过程中，易出现厚度偏差，且卷绕时边缘应力集中，导致边缘区域电解液浸润效果差，锂离子扩散速率降低，同时极片变形风险更高，间接诱发析锂；4.现有补锂技术的局限性，目前行业内的补锂方式多为在正极活性材料中整体添加补锂剂，这种方式无法针对性解决长边边缘区域的活性锂损耗问题，且过量整体添加补锂剂会增加电芯成本，还可能影响电芯的倍率性能和安全性。

3、因此，研发一种能够针对性解决刀片电芯长边循环析锂、且工艺简单、成本可控的技术方案，成为当前本领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种正极极片及其制备方法、二次电池、电池包和车辆。

2、第一方面，本发明提供了一种正极极片，所述正极极片包括正极集流体、正极活性材料层和补锂层；

3、所述正极活性材料层设置在所述正极集流体的至少一侧表面，沿所述正极活性材料层的宽度方向，所述正极活性材料层分为第一边缘区、中间区和第二边缘区，所述中间区位于所述第一边缘区和所述第二边缘区之间；

4、所述补锂层设置在所述第一边缘区和/或所述第二边缘区远离所述正极集流体的一侧表面；

5、所述补锂层的组成成分包括补锂剂、导电剂和粘结剂。

6、作为本发明的一种优选技术方案，所述补锂层的厚度与所述第一边缘区的厚度之和与所述中间区的厚度相同。

7、作为本发明的一种优选技术方案，所述补锂层的厚度与所述第二边缘区的厚度之和与所述中间区的厚度相同。

8、作为本发明的一种优选技术方案，每个所述补锂层包括平坦区；

9、每个所述平坦区的宽度为1-3 mm；和/或，每个所述平坦区的厚度为所述中间区的厚度的5-20%。

10、作为本发明的一种优选技术方案，每个所述平坦区的宽度为1.5-2.5 mm。

11、作为本发明的一种优选技术方案，每个所述平坦区的厚度为所述中间区的厚度的5-15%。

12、作为本发明的一种优选技术方案，每个所述平坦区的厚度为0.01-0.05 mm。

13、作为本发明的一种优选技术方案，每个所述补锂层还包括厚度渐变的过渡区，沿所述正极活性材料层的宽度方向，所述平坦区设置在所述补锂层远离所述中间区的一侧，所述过渡区设置在所述补锂层靠近所述中间区的一侧，沿着从所述平坦区向所述过渡区的方向，所述过渡区的厚度从等于所述平坦区的厚度线性递减至0。

14、作为本发明的一种优选技术方案，每个所述过渡区的宽度为0.3-0.8 mm。

15、作为本发明的一种优选技术方案，所述补锂剂包括li5feo4、li2o、li2co3、lioh·h2o中的任意一种或多种。

16、作为本发明的一种优选技术方案，所述导电剂包括炭黑、碳纳米管、多孔碳、石墨烯中的任意一种或多种。

17、作为本发明的一种优选技术方案，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯（pvdf）、羧甲基纤维素钠（cmc）、丁苯橡胶（sbr）中的任意一种或多种。

18、作为本发明的一种优选技术方案，所述补锂剂、导电剂和粘结剂在所述补锂层中的质量含量之比为(70%-90%):(5%-15%):(5%-15%)。

19、作为本发明的一种优选技术方案，所述补锂层的组成成分还包括分散剂，所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮和/或聚马来酸酐，以所述补锂层的总质量为100%计，所述分散剂的含量为0.05-0.5%。

20、作为本发明的一种优选技术方案，所述正极集流体包括铝箔和/或复合铝箔。

21、作为本发明的一种优选技术方案，所述正极集流体的厚度为10-20μm。

22、作为本发明的一种优选技术方案，所述正极活性材料层包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，所述正极活性物质包括磷酸铁锂和/或磷酸锰铁锂。

23、作为本发明的一种优选技术方案，所述导电剂包括炭黑、碳纳米管、多孔碳、石墨烯中的任意一种或多种。

24、作为本发明的一种优选技术方案，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯（pvdf）、羧甲基纤维素钠（cmc）、丁苯橡胶（sbr）中的任意一种或多种。

25、作为本发明的一种优选技术方案，所述正极活性材料层的中间区的厚度为0.05-0.25 mm。

26、第二方面，本发明提供了第一方面所述的正极极片的制备方法，所述制备方法包括：

27、（a）将正极活性材料层的制备原料置于第一溶剂中混匀，得到正极活性浆料；将补锂层的制备原料置于第二溶剂中混匀，得到补锂层浆料；

28、（b）将所述正极活性浆料涂布于正极集流体的至少一侧表面，经第一烘干、第一辊压，得到正极活性材料层；

29、（c）沿所述正极活性材料层的长度方向上，将所述补锂层浆料涂覆于所述正极活性材料层的至少一条长边边缘区域表面，经第二烘干、第二辊压，得到正极极片。

30、作为本发明的一种优选技术方案，所述第一溶剂和第二溶剂各自独立地包括

n-甲基吡咯烷酮。

31、作为本发明的一种优选技术方案，所述第一烘干为在100-120℃温度下烘干1-2h。

32、作为本发明的一种优选技术方案，所述第一辊压的压力为10-20mpa。

33、作为本发明的一种优选技术方案，所述第二烘干为在80-100℃温度下烘干0.5-1h。

34、作为本发明的一种优选技术方案，所述第二辊压的压力为5-10mpa。

35、第三方面，本发明提供了一种二次电池，包括电极组件，所述电极组件包括正极极片、隔膜和负极极片，所述隔膜位于所述正极极片和所述负极极片之间，所述正极极片为第一方面所述的正极极片或第二方面所述的制备方法制备得到的正极极片；

36、所述电极组件的长度与宽度之比为(3-20):(1-3)。

37、作为本发明的一种优选技术方案，所述电极组件的长度为300-2000 mm，宽度为100-400 mm。

38、作为本发明的一种优选技术方案，所述电极组件的厚度为15-40mm。

39、第四方面，本发明提供了一种电池包，包括第三方面所述的二次电池。

40、第五方面，本发明提供了一种车辆，包括第三方面所述的二次电池或第四方面所述的电池包。

41、本发明实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

42、本发明提供的正极极片在正极活性材料层的至少一条长边边缘区表面设置一层补锂层，针对性补充长边边缘区域的活性锂损耗，优化锂离子传输效率，解决了极片长边边缘区域活性锂损耗快、锂离子传输不均衡的问题，在不影响极片中心区域的正常电化学性能，保证电池的能量密度、倍率性能的基础上，有效提升电池的动力学性能并延长循环寿命。