本發(fā)明涉及新能源電池領(lǐng)域，具體地，涉及一種電極組件及其制備方法和電池。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池自商業(yè)化應(yīng)用以來(lái)，因其高電壓、高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命的特點(diǎn)，在便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能裝置上獲得了廣泛的應(yīng)用。固態(tài)電池中使用固態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電解質(zhì)相比傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)具有安全性高、能量密度大、循環(huán)性能好、工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。固態(tài)電解質(zhì)與電極材料之間的是以固態(tài)狀態(tài)存在聯(lián)系的，因此電極與電解質(zhì)之間的有效接觸較弱，離子在固體物質(zhì)中傳輸動(dòng)力學(xué)低，界面阻抗過(guò)大。半固態(tài)電池是鋰離子電池細(xì)分中的混合固液鋰電池，其電芯中固態(tài)電解質(zhì)和液態(tài)電解質(zhì)均存在，可以較好的兼顧兩者的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)本征安全。

2、與傳統(tǒng)燃油車相比，電動(dòng)汽車的充電時(shí)間仍是普及使用的瓶頸之一。雖然電解液是影響電芯本質(zhì)快充能力最顯著的因素，但在大電流充電狀態(tài)下，大量的鋰離子會(huì)快速同時(shí)脫出正極，嵌入負(fù)極，造成負(fù)極的極化，如果負(fù)極電位降至0v以下，導(dǎo)致鋰離子無(wú)法嵌入負(fù)極，在負(fù)極表面析出，導(dǎo)致不可逆容量衰減增加，嚴(yán)重會(huì)引發(fā)安全問(wèn)題。因此，優(yōu)化負(fù)極電極結(jié)構(gòu)和材料體系對(duì)改善鋰離子的擴(kuò)散能力至關(guān)重要。天然石墨比容量高，但層間距較小，且脫嵌鋰過(guò)程中易產(chǎn)生體積膨脹，影響循環(huán)性能，目前負(fù)極大多數(shù)綜合性能較好的人造石墨。

3、在半固態(tài)電池技術(shù)路線中，目前使用較多的是在隔膜表面進(jìn)行單面或雙面，單一或復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)涂覆。專利文獻(xiàn)cn117334993a在隔膜表面引入固態(tài)電解質(zhì)涂層和正極材料包覆或者摻入固態(tài)電解質(zhì)，用于改善電芯循環(huán)性能和安全性能，但對(duì)熱失控的改善效果有限。針對(duì)快充的改善，專利文獻(xiàn)cn108461753a提出同時(shí)使用碳納米管和活性炭作為導(dǎo)電劑，改善功率密度，并在漿料中加入負(fù)極成膜添加劑，有助于形成穩(wěn)定的sei膜，但高比例的導(dǎo)電劑分散難度高，易團(tuán)聚。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明致力于提供一種電極組件及其制備方法和電池，以改善現(xiàn)有技術(shù)中負(fù)極快充性能，并解決現(xiàn)有技術(shù)中正極或者正極集流體鋁箔與負(fù)極產(chǎn)生反應(yīng)，影響電池安全性能的問(wèn)題。

2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明的第一方面提供了一種電極組件，所述電極組件包括正極極片、負(fù)極極片和隔膜，所述負(fù)極極片和所述隔膜之間設(shè)置有功能層；

4、其中，所述功能層含有纖維狀固態(tài)電解質(zhì)和鈮基氧化物納米顆粒，至少部分所述鈮基氧化物納米顆粒吸附于所述纖維狀固態(tài)電解質(zhì)表面。

5、可選地，所述負(fù)極極片包括負(fù)極集流體和設(shè)置于所述負(fù)極集流體表面的負(fù)極活性材料層，所述功能層設(shè)置于所述負(fù)極活性材料層遠(yuǎn)離所述負(fù)極集流體一側(cè)的表面。

6、可選地，所述功能層的厚度為2~15μm；和/或，以所述功能層的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述纖維狀固態(tài)電解質(zhì)的含量為40~60wt%，所述鈮基氧化物納米顆粒的含量為40~60wt%。

7、可選地，所述纖維狀固態(tài)電解質(zhì)的管徑為50nm~2μm；和/或，所述纖維狀固態(tài)電解質(zhì)的長(zhǎng)度為5~20μm；和/或，所述纖維狀固態(tài)電解質(zhì)的比表面積為45~70?m2/g；和/或，所述纖維狀固態(tài)電解質(zhì)的孔隙率為3~7%；和/或，所述纖維狀固態(tài)電解質(zhì)的孔徑為10~20nm。

8、可選地，所述纖維狀固態(tài)電解質(zhì)包括快離子導(dǎo)體納米纖維；所述快離子導(dǎo)體納米纖維包括li3n。

9、可選地，所述鈮基氧化物納米顆粒的粒徑為10~100nm；和/或，所述鈮基氧化物納米顆粒的比表面積為8~20?m2/g；和/或，所述鈮基氧化物納米顆粒選自nb2o5、tinbxo2+2.5x和m-nb-o中的至少一種；其中，0＜x≤12；所述金屬元素m選自la、cr、ga、fe、zr、mg中的至少一種。

10、可選地，所述鈮基氧化物納米顆粒為la-nb-o；所述la-nb-o選自la3nbo7、lanb5o14、lanbo4、la2nb12o33和lanb3o9中的至少一種。

11、本發(fā)明的第二方面提供了一種電極組件的制備方法，所述方法包括以下步驟：

12、s1、將鈮基氧化物和纖維狀固態(tài)電解質(zhì)混合后進(jìn)行球磨處理，得到混合后的粉料；將所述混合后的粉料在保護(hù)性氣氛中進(jìn)行加熱處理，得到復(fù)合物料；將所述復(fù)合物料與溶劑混合并進(jìn)行分散處理，得到功能性漿料；

13、s2、將所述功能性漿料涂覆于負(fù)極極片的表面，形成功能層；和/或，將所述功能性漿料涂覆于隔膜的表面，形成功能層；

14、s3、將正極極片、隔膜和負(fù)極極片制備成電極組件，所述隔膜位于所述正極極片和所述負(fù)極極片之間，所述隔膜和所述負(fù)極極片之間具有所述功能層。

15、可選地，步驟s1中，所述加熱處理的條件包括：溫度為600~800℃，時(shí)間為120~168h；和/或，所述分散處理為超聲分散，所述超聲分散的條件包括：超聲頻率為15~25khz，分散時(shí)間為2~4h，功率1-4kw；和/或，所述溶劑為聚偏二氟乙烯膠液。

16、本發(fā)明的第三方面提供了一種電池，所述電池包括電極組件，所述電極組件為上述的電極組件和/或根據(jù)上述的方法制備得到的電極組件。

17、通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益技術(shù)效果為：

18、（1）本發(fā)明的電池組件在負(fù)極極片和隔膜之間設(shè)置有功能層。鈮基氧化物具有極高的熱穩(wěn)定性，可以避免鋁箔與負(fù)極的接觸而產(chǎn)生的內(nèi)短路，進(jìn)而改善電芯安全性能。

19、（2）本發(fā)明中纖維狀固態(tài)電解質(zhì)和鈮基氧化物納米顆粒的高孔隙和高比表面積可快速吸收電解液并保有電解液，改善高壓實(shí)密度負(fù)極的電解液浸潤(rùn)效果，改善界面。

20、（3）本發(fā)明中快離子導(dǎo)體納米纖維li3n和鈮基氧化物納米顆粒能夠形成復(fù)合界面絕緣層，保護(hù)sei膜，提高發(fā)生熱失控時(shí)sei膜的分解溫度，增強(qiáng)對(duì)負(fù)極界面的保護(hù)作用。此外，復(fù)合界面絕緣層可誘導(dǎo)鋰離子的沉積，避免大電流充電狀態(tài)下脫嵌的鋰離子在負(fù)極表面析出，形成鋰枝晶。

21、（4）鋰離子電池在0.98v電壓以下工作，sei膜的主要成分包括li2co3、lif和li2o，li2co3中的主要擴(kuò)散載流子是過(guò)量的鋰離子間隙；在3.98v以上，鋰離子空位成為主要擴(kuò)散載流子類型。本發(fā)明中的功能層含有的快離子導(dǎo)體納米纖維li3n和鈮基氧化物納米顆粒在不同電壓下，可以增加擴(kuò)散載流子的濃度，提高鋰離子通過(guò)li2co3的運(yùn)輸性能。

22、本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。

技術(shù)特征：

1.一種電極組件，其特征在于，所述電極組件包括正極極片、負(fù)極極片和隔膜，所述負(fù)極極片和所述隔膜之間設(shè)置有功能層；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述負(fù)極極片包括負(fù)極集流體和設(shè)置于所述負(fù)極集流體表面的負(fù)極活性材料層，所述功能層設(shè)置于所述負(fù)極活性材料層遠(yuǎn)離所述負(fù)極集流體一側(cè)的表面。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述功能層的厚度為2~15μm；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述纖維狀固態(tài)電解質(zhì)的管徑為50nm~2μm；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述纖維狀固態(tài)電解質(zhì)包括快離子導(dǎo)體納米纖維；所述快離子導(dǎo)體納米纖維包括li3n。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述鈮基氧化物納米顆粒的粒徑為10~100nm；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電極組件，其特征在于，所述鈮基氧化物納米顆粒為la-nb-o；所述la-nb-o選自la3nbo7、lanb5o14、lanbo4、la2nb12o33和lanb3o9中的至少一種。

8.一種權(quán)利要求1~7任意一項(xiàng)所述電極組件的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，

10.一種電池，其特征在于，所述電池包括電極組件，所述電極組件為權(quán)利要求1~7任意一項(xiàng)所述電極組件和/或根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的制備方法制備得到的電極組件。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及新能源電池領(lǐng)域，具體涉及一種電極組件及其制備方法和電池，所述電極組件包括正極極片、負(fù)極極片和隔膜，所述負(fù)極極片和所述隔膜之間設(shè)置有功能層；其中，所述功能層含有纖維狀固態(tài)電解質(zhì)和鈮基氧化物納米顆粒，至少部分所述鈮基氧化物納米顆粒吸附于所述纖維狀固態(tài)電解質(zhì)表面。本發(fā)明的電池租金通過(guò)含有纖維狀固態(tài)電解質(zhì)和鈮基氧化物納米顆粒的功能層，能夠改善高能量密度電芯的熱穩(wěn)定性，加速鋰離子的遷移，提升電池的快充性能。

技術(shù)研發(fā)人員：於洪將,劉志剛,王汭
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：2024/12/26