本申請(qǐng)涉及電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域，具體涉及一種包括電極片及其制備方法、電池和用電裝置。

背景技術(shù)：

1、提高電極片的涂敷厚度可以顯著提高電池（如鋰離子電池）電芯的能量密度，但是隨著電極厚度增加，電解液對(duì)電極浸潤(rùn)會(huì)變差，可能導(dǎo)致活性離子（如鋰離子）的液相傳輸受阻，進(jìn)而導(dǎo)致電池內(nèi)阻增加，電池倍率性能衰減。因此，厚電極中鋰離子的液相傳輸效率有待改善。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N電極片及其制備方法、電池和用電裝置，以解決以上至少一技術(shù)問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N電極片，包括集流體和設(shè)于集流體的至少一個(gè)表面上的活性材料層，活性材料層包括活性物質(zhì)。該活性材料層包括造孔劑，造孔劑包括小分子醌類有機(jī)化合物及其衍生物，小分子醌類有機(jī)化合物及其衍生物的分子量為10?da至1000?da。

3、本申請(qǐng)將小分子醌類有機(jī)化合物及其衍生物用作電極片的造孔劑，通過(guò)將該造孔劑添加在電極片漿料中形成活性材料層，活性材料層中的部分造孔劑能夠溶解在有機(jī)溶劑（如電解液）中，從而在活性材料層中產(chǎn)生孔隙，該些孔隙利于活性離子（如鋰離子）在活性材料層中的傳輸，提高電池的倍率性能；并且，溶解的造孔劑基本未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)加熱可實(shí)現(xiàn)造孔劑與有機(jī)溶劑的分離，因此分離后的造孔劑可以重復(fù)使用。本申請(qǐng)的造孔劑還可根據(jù)其氧化還原電位分別用于正極或負(fù)極中，例如，在電池的快充狀態(tài)下，負(fù)極片的活性材料層中未溶解的部分造孔劑，可以儲(chǔ)存負(fù)極活性材料由于動(dòng)力學(xué)不足而無(wú)法嵌入的鋰離子，降低負(fù)極片析鋰的風(fēng)險(xiǎn)，從而提高電池的安全性?？刂菩》肿吁愑袡C(jī)化合物及其衍生物的分子量在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，有利于造孔劑更好地溶解、形成孔隙，也有利于保留在活性材料層中的造孔劑儲(chǔ)存更多鋰離子、提供更高的容量。另外，本申請(qǐng)的電極片可適應(yīng)現(xiàn)有的電極片制備工藝，無(wú)需額外采用造孔裝置或?qū)υ炜籽b置進(jìn)行改造，降低了電極片造孔的成本，也降低了刻蝕類造孔手段導(dǎo)致活性物質(zhì)損失的風(fēng)險(xiǎn)。

4、基于第一方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，小分子醌類有機(jī)化合物及其衍生物包括對(duì)苯醌、鄰苯醌、1,2-萘醌、1,4-萘醌、2,6-萘醌、9,10-蒽醌、9,10-菲醌和茜素中的一種或多種。上述小分子醌類有機(jī)化合物及其衍生物均可通過(guò)溶解在有機(jī)溶劑中的方式，在電極片上留下孔隙，也可根據(jù)其氧化還原電位分別用于正極或負(fù)極中，作為活性物質(zhì)，具有較高倍率特性。

5、基于第一方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，造孔劑在該活性材料層中的質(zhì)量含量為0.1%至20%。造孔劑的質(zhì)量含量控制在該范圍內(nèi)，有利于在活性材料層中形成適量的孔隙，也有利于電極片中未溶解的部分造孔劑存儲(chǔ)部分鋰離子，進(jìn)一步降低負(fù)極片析鋰的風(fēng)險(xiǎn)。

6、基于第一方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，該活性材料層包括朝向集流體的第一表面和與第一表面相對(duì)設(shè)置的第二表面，沿第一表面至第二表面的方向，造孔劑在活性材料層中的質(zhì)量含量逐漸提高。在厚電極中，電極片底部浸潤(rùn)較難，如果添加造孔劑過(guò)多，可能難以完全溶解，通過(guò)設(shè)置造孔劑在活性材料層中的質(zhì)量含量關(guān)系，有利于控制或促使造孔劑溶解后電極片表層的孔隙率更高，有利于電解液更好地與底層活性物質(zhì)接觸，達(dá)到類似傳統(tǒng)無(wú)造孔劑的電極表面與電解液接觸的狀態(tài)，從而有利于提高底層活性物質(zhì)的電解液浸潤(rùn)性，同時(shí)使電極片的孔隙率控制在合適范圍內(nèi)，有利于維持良好的能量密度。

7、基于第一方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，集流體的任一表面上的該活性材料層的厚度為20?μm至300?μm。通過(guò)設(shè)置活性材料層的厚度，能夠在提高電極片能量密度的前提下，提高電池的倍率性能和電極片的保液量。

8、基于第一方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，電極片為負(fù)極片。當(dāng)電極片為負(fù)極片時(shí)，在電池的快充狀態(tài)下，負(fù)極片的活性材料層中未溶解的部分造孔劑，可以儲(chǔ)存負(fù)極活性材料由于動(dòng)力學(xué)不足而無(wú)法嵌入的鋰離子，降低負(fù)極片析鋰的風(fēng)險(xiǎn)，從而提高電池的安全性。特別地，在一些情況下，負(fù)極片活性材料層中未溶解的部分造孔劑通過(guò)與鋰離子形成配位鍵的方式儲(chǔ)存鋰離子，減少鋰離子在電極材料內(nèi)部的體相擴(kuò)散，從而提高倍率性能。

9、第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N電極片的制備方法，該制備方法包括：在集流體的至少一個(gè)表面上設(shè)置活性材料層，活性材料層包括造孔劑，造孔劑包括小分子醌類有機(jī)化合物及其衍生物。

10、基于第二方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，該制備方法還包括：將活性材料層與有機(jī)溶劑接觸，使造孔劑溶解于有機(jī)溶劑中；烘干活性材料層，得到電極片。

11、基于第二方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，有機(jī)溶劑包括電解液溶劑、丙酮、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、乙腈、甲醇和石油醚中的一種或多種。有機(jī)溶劑選擇上述物質(zhì)能夠使造孔劑溶解，同時(shí)有利于減少活性材料層中粘結(jié)劑的溶解。

12、本申請(qǐng)將小分子醌類有機(jī)化合物及其衍生物用作電極片的造孔劑，該電極片可適應(yīng)現(xiàn)有的電極片制備工藝，無(wú)需額外采用造孔裝置或?qū)υ炜籽b置進(jìn)行改造，降低了電極片造孔的成本，也減少了刻蝕類造孔手段導(dǎo)致活性物質(zhì)的損失。在上述制備方法中，通過(guò)將活性材料層中含有造孔劑的電極片與有機(jī)溶劑接觸（如浸泡），使部分造孔劑溶解在有機(jī)溶劑中，從而在電極片上預(yù)留孔隙，造孔方法簡(jiǎn)單。進(jìn)一步地，還可以通過(guò)控制與有機(jī)溶劑接觸的時(shí)間（如浸泡時(shí)間）來(lái)控制電極片的孔隙率，使得孔隙率可調(diào)，進(jìn)而可適用于不同厚度電極片的造孔需求。

13、第三方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N電池，該電池包括上述的電極片，或包括上述制備方法制備得到的電極片。

14、上述電極片在組裝成電池后，一方面，電極片活性材料層中的造孔劑會(huì)部分溶解在電池中的電解液中，使電極片產(chǎn)生孔隙，有利于縮短鋰離子的傳輸路徑，提高鋰離子電池的倍率性能，也有利于提高電極片的保液量，從而有助于延長(zhǎng)電池的壽命；另一方面，電極片活性材料層中的保留的部分造孔劑還可根據(jù)其氧化還原電位分別用于正極或負(fù)極中，作為活性物質(zhì)。

15、第四方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N用電裝置，該用電裝置包括上述的電池。

技術(shù)特征：

1.?一種電極片，包括集流體和設(shè)于所述集流體的至少一個(gè)表面上的活性材料層，所述活性材料層包括活性物質(zhì)，其特征在于，所述活性材料層包括造孔劑，所述造孔劑包括小分子醌類有機(jī)化合物及其衍生物，所述小分子醌類有機(jī)化合物及其衍生物的分子量為10?da至1000?da。

2.如權(quán)利要求1所述的電極片，其特征在于，所述小分子醌類有機(jī)化合物及其衍生物包括對(duì)苯醌、鄰苯醌、1,2-萘醌、1,4-萘醌、2,6-萘醌、9,10-蒽醌、9,10-菲醌和茜素中的一種或多種。

3.如權(quán)利要求1所述的電極片，其特征在于，所述造孔劑在所述活性材料層中的質(zhì)量含量為0.1%至20%。

4.如權(quán)利要求1所述的電極片，其特征在于，所述活性材料層包括朝向所述集流體的第一表面和與所述第一表面相對(duì)設(shè)置的第二表面，沿所述第一表面至所述第二表面的方向，所述造孔劑在所述活性材料層中的質(zhì)量含量逐漸提高。

5.?如權(quán)利要求1所述的電極片，其特征在于，所述集流體的任一表面上的所述活性材料層的厚度為20?μm至300?μm。

6.一種電極片的制備方法，其特征在于，包括：

7.如權(quán)利要求6所述的電極片的制備方法，其特征在于，還包括：

8.如權(quán)利要求7所述的電極片的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑包括電解液溶劑、丙酮、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、乙腈、甲醇和石油醚中的一種或多種。

9.一種電池，其特征在于，所述電池包括如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的電極片，或包括如權(quán)利要求6至8任一項(xiàng)所述電極片的制備方法制備得到的電極片。

10.一種用電裝置，其特征在于，所述用電裝置包括如權(quán)利要求9所述的電池。

技術(shù)總結(jié)
一種電極片及其制備方法、電池和用電裝置，該電極片包括集流體和設(shè)于集流體的至少一個(gè)表面上的活性材料層，活性材料層包括活性物質(zhì)，該活性材料層包括造孔劑，造孔劑包括小分子醌類有機(jī)化合物及其衍生物，其分子量為10?Da至1000?Da。電極片活性材料層中的部分造孔劑可以溶解在有機(jī)溶劑中，在活性材料層中產(chǎn)生孔隙，有利于活性離子在活性材料層中的傳輸，提高電池的倍率性能，并且溶解的造孔劑可以回收再用。電極片活性材料層中保留的造孔劑可用作活性物質(zhì)，儲(chǔ)存部分鋰離子，降低析鋰風(fēng)險(xiǎn)。上述電極片的制備方法能適應(yīng)現(xiàn)有的工藝，降低了電極片造孔的成本，也降低了刻蝕類造孔手段導(dǎo)致活性物質(zhì)損失的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：李智,于陽(yáng),胡治國(guó)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江極氪智能科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15