本發(fā)明屬于電池領(lǐng)域，尤其涉及一種極片及鋰離子電池。
背景技術(shù)：
1、鋰離子電池商業(yè)化應(yīng)用之后，以其較高的能量密度和功率密度，在便攜式消費(fèi)類電子產(chǎn)品及電動(dòng)車上獲得了普遍應(yīng)用。目前，商業(yè)化的鋰離子電池普遍存在著鋰離子在負(fù)極材料內(nèi)部的擴(kuò)散速度不理想、電池倍率性能較低和負(fù)極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性偏差導(dǎo)致電池的循環(huán)性能差、能量密度低等問題。如何改善上述問題是鋰離子電池技術(shù)的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種極片及鋰離子電池，本發(fā)明提供的極片具有良好的鋰離子擴(kuò)散速度、倍率性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
2、本發(fā)明提供了一種極片，包括：集流體和設(shè)置于所述集流體表面的活性物質(zhì)層，所述活性物質(zhì)層表面包括堿金屬元素，沿極片寬度方向，所述極片包括中間區(qū)以及位于中間區(qū)兩側(cè)的邊緣區(qū)，所述中間區(qū)的活性物質(zhì)層中的堿金屬元素含量大于任一所述邊緣區(qū)的活性物質(zhì)層中的堿金屬元素含量，所述堿金屬元素包括鈉元素。
3、優(yōu)選的，沿極片寬度方向，所述任一邊緣區(qū)自極片邊緣至中間區(qū)的距離大于0mm且小于等于1mm。
4、優(yōu)選的，所述極片中包括鈉元素的區(qū)域面積占極片總面積的70～95％。
5、優(yōu)選的，所述極片的中間區(qū)還包括氟元素，所述中間區(qū)中鈉元素的含量與氟元素的含量之比大于0且小于6。
6、優(yōu)選的，所述極片的中間區(qū)還包括磷元素，所述中間區(qū)中鈉元素的含量與磷元素的含量之比大于0且小于等于9。
7、優(yōu)選的，以極片活性物質(zhì)層的總質(zhì)量計(jì)數(shù)，所述中間區(qū)中所述鈉元素含量為0.1％～4％，更優(yōu)選為0.5％～1.5％。
8、優(yōu)選的，所述極片還包括硅元素，所述中間區(qū)中鈉元素的與硅元素的含量之比大于0.002且小于3，更優(yōu)選為0.01～1；
9、和/或，以極片活性物質(zhì)層的總質(zhì)量計(jì)數(shù)，所述中間區(qū)的活性物質(zhì)層中所述硅元素含量為1.5％～50％。
10、優(yōu)選的，所述中間區(qū)的極片孔隙率與所述中間區(qū)的鈉質(zhì)量含量之比大于等于1.25且小于等于500，更優(yōu)選為3～100；
11、和/或，所述極片的孔隙率范圍為5％～50％。
12、優(yōu)選的，所述極片的中間區(qū)包括碳酸鈉、過氧化鈉和氟化鈉中的至少一種。
13、本發(fā)明提供了一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括層疊設(shè)置的正極片、隔膜和負(fù)極片，所述負(fù)極片為上述技術(shù)方案所述的極片。
14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種極片及鋰離子電池。本發(fā)明提供的極片包括：集流體和設(shè)置于所述集流體表面的活性物質(zhì)層，所述活性物質(zhì)層表面包括堿金屬元素，沿極片寬度方向，所述極片包括中間區(qū)以及位于中間區(qū)兩側(cè)的邊緣區(qū)，所述中間區(qū)的活性物質(zhì)層中的堿金屬元素含量大于任一所述邊緣區(qū)的活性物質(zhì)層中的堿金屬元素含量，所述堿金屬元素包括鈉元素。本發(fā)明通過在極片的活性物質(zhì)層中補(bǔ)入鈉離子，顯著提升了極片的鋰離子擴(kuò)散速度、倍率性能和極片的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，進(jìn)一步改善了含有該極片的鋰電池的倍率性能、循環(huán)性能以及能量密度和首次效率。更具體來說，本發(fā)明提供的一種極片及含有該極片的鋰電池，至少具有如下優(yōu)點(diǎn)：
15、(1)本發(fā)明所提供的極片中包括鈉元素，鈉離子的半徑比鋰離子大，較大半徑的鈉離子可以撐開極片材料活性物質(zhì)層晶體中的晶格結(jié)構(gòu)，為鋰離子提供更快速的擴(kuò)散通道，使得鋰離子在極片材料內(nèi)部的擴(kuò)散速度加快。同時(shí)，補(bǔ)鈉后的極片表面性質(zhì)發(fā)生改變，形成了更多的供鋰離子脫嵌的通道，有利于提高電極/電解液界面的電荷轉(zhuǎn)移速率，優(yōu)化了電池的倍率性能。
16、(2)鈉離子在極片材料活性物質(zhì)層的晶格中進(jìn)行占位，可以起到支撐極片材料結(jié)構(gòu)的作用，有效抑制鋰離子嵌入和脫出過程中引起的晶格體積變化，防止極片材料結(jié)構(gòu)在鋰離子的反復(fù)嵌入和脫出過程中發(fā)生坍塌，導(dǎo)致極片上的活性物質(zhì)脫嵌鋰的能力下降，保證電池的容量。
17、(3)極片中的鈉元素的補(bǔ)入還可以改善極片材料與電解液之間的界面穩(wěn)定性，抑制界面副反應(yīng)的發(fā)生，從而有效減輕極片材料在循環(huán)過程中的結(jié)構(gòu)損傷和性能劣化，增強(qiáng)電池的循環(huán)穩(wěn)定性，延長(zhǎng)電池的使用壽命。同時(shí)極片中包括鈉元素，在電池進(jìn)行首次充放電過程中，鋰離子可以與部分的鈉離子結(jié)合，解決了首次充放電過程中，鋰離子與極片中的活性物質(zhì)材料結(jié)合發(fā)生不可逆反應(yīng)，導(dǎo)致電池首次效率低的問題。
18、(4)沿極片寬度方向，所述極片包括中間區(qū)以及位于中間區(qū)兩側(cè)的邊緣區(qū)，所述中間區(qū)的活性物質(zhì)層中的堿金屬元素含量大于任一所述邊緣區(qū)的活性物質(zhì)層中的堿金屬元素含量，由于極片在補(bǔ)入鈉元素的過程中，離子遷移方向具有邊緣效應(yīng)即補(bǔ)入的鈉離子容易富集在極片邊緣會(huì)導(dǎo)致極片邊緣補(bǔ)入的鈉過多，引起極片邊緣掉粉問題，從而造成含有該極片的電池k值不良導(dǎo)致電池失效，因此通過控制所述中間區(qū)的活性物質(zhì)層中的堿金屬元素含量大于任一所述邊緣區(qū)的活性物質(zhì)層中的堿金屬元素含量，從而在保證含有極片的電池的倍率性能和循環(huán)性能以及電池容量和首次效率均較好基礎(chǔ)上保證電池使用安全性。
1.一種極片，其特征在于，包括：集流體和設(shè)置于所述集流體表面的活性物質(zhì)層，所述活性物質(zhì)層表面包括堿金屬元素，沿極片寬度方向，所述極片包括中間區(qū)以及位于中間區(qū)兩側(cè)的邊緣區(qū)，所述中間區(qū)的活性物質(zhì)層中的堿金屬元素含量大于任一所述邊緣區(qū)的活性物質(zhì)層中的堿金屬元素含量，所述堿金屬元素包括鈉元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極片，其特征在于，沿極片寬度方向，所述任一邊緣區(qū)自極片邊緣至中間區(qū)的距離大于0mm且小于等于1mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極片，其特征在于，所述極片中包括鈉元素的區(qū)域面積占極片總面積的70～95％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極片，其特征在于，所述極片的中間區(qū)還包括氟元素，所述中間區(qū)中鈉元素的含量與氟元素的含量之比大于0且小于6。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極片，其特征在于，所述極片的中間區(qū)還包括磷元素，所述中間區(qū)中鈉元素的含量與磷元素的含量之比大于0且小于等于9。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極片，其特征在于，以極片活性物質(zhì)層的總質(zhì)量計(jì)數(shù)，所述中間區(qū)中所述鈉元素含量為0.1％～4％，優(yōu)選為0.5％～1.5％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極片，其特征在于，所述極片還包括硅元素，所述中間區(qū)中鈉元素的與硅元素的含量之比大于0.002且小于3，優(yōu)選為0.01～1；
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極片，其特征在于，所述中間區(qū)的極片孔隙率與所述中間區(qū)的鈉質(zhì)量含量之比大于等于1.25且小于等于500，優(yōu)選為3～100；
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極片，其特征在于，所述極片的中間區(qū)包括碳酸鈉、過氧化鈉和氟化鈉中的至少一種。
10.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池包括層疊設(shè)置的正極片、隔膜和負(fù)極片，所述負(fù)極片為權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述的極片。