本發(fā)明涉及電池，特別涉及一種電極片及其制備方法、電池、用電裝置。

背景技術(shù)：

1、鋰電池等二次電池因其清潔和可再生的特點(diǎn)得到日益廣泛的應(yīng)用，隨著鋰資源的供應(yīng)越來(lái)越緊張，鈉電池及鉀電池等原材料儲(chǔ)量更豐富、成本更低廉的電池進(jìn)入人們的視線(xiàn)。

2、然而，隨著新能源行業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)自行車(chē)等新能源交通工具的需求越來(lái)大，對(duì)其性能要求也越來(lái)越高，而電池是電動(dòng)汽車(chē)的重要?jiǎng)恿?lái)源，因此，人們對(duì)電池的性能要求也越來(lái)越高，而傳統(tǒng)的電池越來(lái)越難以滿(mǎn)足人們的需求，有待進(jìn)一步改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要提供一種電極片及其制備方法、電池、用電裝置，旨在提高電池的庫(kù)倫效率和循環(huán)性能。

2、本技術(shù)是通過(guò)如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

3、本技術(shù)的第一方面，提供一種電極片，所述電極片包括集流體及設(shè)于所述集流體表面的電極膜層，所述電極膜層的組分包括硅化合物，所述硅化合物具有式(a)所示基團(tuán)：

4、

5、其中，各r1分別獨(dú)立地選自氫、取代或未取代的烷基、烷氧基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的雜芳基和不飽和烴基中的任意一種，且各r1不同時(shí)為氫；

6、“*”代表式(a)所示基團(tuán)與所述硅化合物中的其他結(jié)構(gòu)連接的位點(diǎn)。

7、上述電極片中，電極膜層中的硅化合物含有特定的式(a)所示基團(tuán)，一方面，硅化合物能捕獲在電極膜層中的水分，在制備成電池時(shí)，也能捕獲電解液中的水分，從而降低電池體系中的水分，減少電池體系因水分而產(chǎn)生的副反應(yīng)；另一方面，在制備成電池時(shí)，電極片中的硅化合物還能與電解液中產(chǎn)生的腐蝕性副產(chǎn)物hf反應(yīng)，從而捕獲hf等腐蝕性副產(chǎn)物，兩個(gè)大方面共同作用，可以提高電池的穩(wěn)定性，從而提高電池的庫(kù)倫效率和循環(huán)性能。

8、在其中一些實(shí)施例中，各r1分別獨(dú)立地選自氫、取代或未取代的碳原子數(shù)為1～30的鏈烷基、取代或未取代的碳原子數(shù)為3～30的環(huán)烷基、取代或未取代的碳原子數(shù)為1～30的鏈烷氧基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為6～50的芳基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為5～50的雜芳基、碳原子數(shù)為2～30的烯基及碳原子數(shù)為2～30的炔基中的任意一種；

9、可選地，各r1分別獨(dú)立地選自氫、未取代的碳原子數(shù)為1～15的鏈烷基、被鹵素取代的碳原子數(shù)為1～15的鏈烷基、未取代的碳原子數(shù)為3～15的環(huán)烷基、被鹵素取代的碳原子數(shù)為3～15的環(huán)烷基、碳原子數(shù)為1～15的鏈烷氧基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為6～20的芳基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為5～20的雜芳基、碳原子數(shù)為2～15的烯基及碳原子數(shù)為2～15的炔基中的任意一種。

10、在其中一些實(shí)施例中，所述硅化合物還含有d基團(tuán)，所述d基團(tuán)選自硼酸酯基、磷酸酯基、次膦酸酯基、磺酸酯基及胺基中的至少一種基團(tuán)；

11、可選地，所述d基團(tuán)選自硼酸酯基、磷酸酯基、次膦酸酯基中的至少一種基團(tuán)，所述d基團(tuán)和所述式(a)所示基團(tuán)通過(guò)氧原子連接；

12、研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)硅化合物中還含有硼酸酯類(lèi)結(jié)構(gòu)時(shí)，在應(yīng)用于制備電池時(shí)，硅化合物還能參與到sei(或cei)膜的形成個(gè)過(guò)成，能進(jìn)一步促進(jìn)完善膜結(jié)構(gòu)，提高其韌性，從而進(jìn)一步提高電池的循環(huán)性能。

13、進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)電極片中的硅化合物還含有磷酸酯或次磷酸酯類(lèi)結(jié)構(gòu)時(shí)，在循環(huán)使用過(guò)程中，能降低極片活性材料中過(guò)渡金屬的溶出量，提高極片的組成穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高電池的效率和循環(huán)性能。

14、研究表明出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因可能是：極片表面的磷酸根或次膦酸根基團(tuán)可以與電池充放電過(guò)程中產(chǎn)生的氧化性物質(zhì)反應(yīng)，減少了寄生的氧化電流，抑制了氧化性物質(zhì)對(duì)電極材料的分解作用，增強(qiáng)了電極片在充放電過(guò)程中的組成穩(wěn)定性。而傳統(tǒng)技術(shù)中，在電解液中添加上述硅化合物時(shí)，其與充放電過(guò)程中產(chǎn)生的氧化性物質(zhì)的接觸幾率極小，故基本無(wú)法有效抑制金屬溶出，只能單純起到除水作用。

15、可選地，所述d基團(tuán)為胺基，所述d基團(tuán)和所述式(a)所示基團(tuán)通過(guò)氮原子連接。

16、在其中一些實(shí)施例中，所述硅化合物包括式(1)～式(5)中至少一種：

17、

18、其中，g選自硼或磷，各l1分別獨(dú)立地選自鹵素原子、取代或未取代的碳原子數(shù)為1～30的鏈烷基、取代或未取代的碳原子數(shù)為3～30的環(huán)烷基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為6～50的芳基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為5～50的雜芳基、碳原子數(shù)為2～30的烯基、碳原子數(shù)為2～30的炔基、所述式(a)所示基團(tuán)及-ot1中的任意一種，且至少一個(gè)l1為-ot1，t1選自氫、所述式(a)所示基團(tuán)、取代或未取代的烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的雜芳基和不飽和烴基中的任意一種，至少一個(gè)t1為所述式(a)所示基團(tuán)；

19、各l2分別獨(dú)立地選自鹵素原子、取代或未取代的碳原子數(shù)為1～30的鏈烷基、取代或未取代的碳原子數(shù)為3～30的環(huán)烷基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為6～50的芳基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為5～50的雜芳基、碳原子數(shù)為2～30的烯基、碳原子數(shù)為2～30的炔基、所述式(a)所示基團(tuán)及-ot2中的任意一種，且至少一個(gè)l2為-ot2，t2選自氫、所述式(a)所示基團(tuán)、取代或未取代的烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的雜芳基和不飽和烴基中的任意一種，至少一個(gè)t2為所述式(a)所示基團(tuán)；

20、y選自單鍵或氧，l3分別獨(dú)立地選自鹵素原子、取代或未取代的碳原子數(shù)為1～30的鏈烷基、取代或未取代的碳原子數(shù)為3～30的環(huán)烷基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為6～50的芳基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為5～50的雜芳基、碳原子數(shù)為2～30的烯基、碳原子數(shù)為2～30的炔基、所述式(a)所示基團(tuán)及-ot3中的任意一種，且至少一個(gè)l3為-ot3，t3選自氫、所述式(a)所示基團(tuán)、取代或未取代的烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的雜芳基和不飽和烴基中的任意一種，至少一個(gè)t3為所述式(a)所示基團(tuán)；

21、各l4分別獨(dú)立地選自氫、取代或未取代的碳原子數(shù)為1～30的鏈烷基、取代或未取代的碳原子數(shù)為3～30的環(huán)烷基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為6～50的芳基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為5～50的雜芳基、碳原子數(shù)為2～30的烯基、碳原子數(shù)為2～30的炔基及所述式(a)所示基團(tuán)中的任意一種，且至少一個(gè)l4為所述式(a)所示基團(tuán)；

22、各l5分別獨(dú)立地選自鹵素原子、取代或未取代的碳原子數(shù)為1～30的鏈烷基、取代或未取代的碳原子數(shù)為3～30的環(huán)烷基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為6～50的芳基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為5～50的雜芳基、碳原子數(shù)為2～30的烯基、碳原子數(shù)為2～30的炔基、所述式(a)所示基團(tuán)及-ot5中的任意一種，且至少一個(gè)l5為-ot4，t4選自氫、所述式(a)所示基團(tuán)、取代或未取代的烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的雜芳基和不飽和烴基中的任意一種，至少一個(gè)t4為所述式(a)所示基團(tuán)。

23、在其中一些實(shí)施例中，所述硅化合滿(mǎn)足如下(1)～(5)中的任意一個(gè)條件：

24、(1)至少兩個(gè)l1選自-ot1；

25、可選地，t1選自氫、所述式(a)所示基團(tuán)、未取代的碳原子數(shù)為1～30的鏈烷基、被鹵素取代的碳原子數(shù)為1～30的鏈烷基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為6～30的芳基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為5～30的雜芳基、碳原子數(shù)為2～30的烯基、碳原子數(shù)為2～30的炔基中的任意一種；

26、進(jìn)一步可選地，至少兩個(gè)t1選自所述式(a)所示基團(tuán)；

27、(2)至少兩個(gè)l2選自-ot2；

28、可選地，t2選自氫、所述式(a)所示基團(tuán)、未取代的碳原子數(shù)為1～30的鏈烷基、被鹵素取代的碳原子數(shù)為1～30的鏈烷基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為6～30的芳基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為5～30的雜芳基、碳原子數(shù)為2～30的烯基、碳原子數(shù)為2～30的炔基中的任意一種；

29、進(jìn)一步可選地，至少兩個(gè)t2選自所述式(a)所示基團(tuán)；

30、(3)至少兩個(gè)l3選自-ot3；

31、可選地，t3選自氫、所述式(a)所示基團(tuán)、未取代的碳原子數(shù)為1～30的鏈烷基、被鹵素取代的碳原子數(shù)為1～30的鏈烷基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為6～30的芳基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為5～30的雜芳基、碳原子數(shù)為2～30的烯基、碳原子數(shù)為2～30的炔基中的任意一種；

32、進(jìn)一步可選地，至少兩個(gè)t3選自所述式(a)所示基團(tuán)；

33、(4)各l4分別獨(dú)立地選自氫、未取代的碳原子數(shù)為1～30的鏈烷基、被鹵素取代的碳原子數(shù)為1～30的鏈烷基、未取代的碳原子數(shù)為3～30的環(huán)烷基、被鹵素取代的碳原子數(shù)為3～30的環(huán)烷基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為6～30的芳基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為5～30的雜芳基、碳原子數(shù)為2～15的烯基、碳原子數(shù)為2～15的炔基及所述式(a)所示基團(tuán)中的任意一種；

34、可選地，至少兩個(gè)l4選自所述式(a)所示基團(tuán)；

35、(5)至少兩個(gè)l5選自-ot5；

36、可選地，t4選自氫、所述式(a)所示基團(tuán)、未取代的碳原子數(shù)為1～30的鏈烷基、被鹵素取代的碳原子數(shù)為1～30的鏈烷基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為6～30的芳基、取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為5～30的雜芳基、碳原子數(shù)為2～30的烯基、碳原子數(shù)為2～30的炔基中的任意一種；

37、進(jìn)一步可選地，至少兩個(gè)t4選自所述式(a)所示基團(tuán)。

38、在其中一些實(shí)施例中，所述硅化合物包括式(1)～式(3)中至少一種；

39、可選地，g為磷。

40、在其中一些實(shí)施例中，所述硅化合物包括三(三甲基硅基)硼酸酯、三(三甲基硅基)磷酸酯、亞磷酸三(三甲基硅基)酯、二氟聯(lián)磷酸二(三甲基硅基)酯、焦磷酸四(三甲基硅基)酯、焦單氟磷酸二(三甲基硅基)酯、氟代亞磷酸二(三甲基硅基)酯、二氟磷酸(三甲基硅基)酯、六甲基二硅氮烷、雙三甲基硅基化乙烯基磷酸酯、三(乙烯基二甲基硅烷)磷酸酯、三(苯基二甲基硅烷)磷酸酯、三甲基硅基甲磺酸酯、七甲基二硅氮烷和乙基六甲基二硅氮烷中的至少一種。在其中一些實(shí)施例中，所述硅化合物包括亞磷酸三(三甲基硅基)酯、三(三甲基硅基)磷酸酯、氟代亞磷酸二(三甲基硅基)酯、三(三甲基硅基)硼酸酯、六甲基二硅氮烷、二氟聯(lián)磷酸二(三甲基硅基)酯、焦磷酸四(三甲基硅基)酯、雙三甲基硅基化乙烯基磷酸酯、三(乙烯基二甲基硅烷)磷酸酯、三(苯基二甲基硅烷)磷酸酯及三甲基硅基甲磺酸酯中的至少一種；

41、可選地，所述硅化合物包括亞磷酸三(三甲基硅基)酯、三(三甲基硅基)磷酸酯、氟代亞磷酸二(三甲基硅基)酯、二氟聯(lián)磷酸二(三甲基硅基)酯、焦磷酸四(三甲基硅基)酯、雙三甲基硅基化乙烯基磷酸酯、三(乙烯基二甲基硅烷)磷酸酯及三(苯基二甲基硅烷)磷酸酯中的至少一種。

42、可選地，硅化合物包括亞磷酸三(三甲基硅基)酯、三(三甲基硅基)磷酸酯、氟代亞磷酸二(三甲基硅基)酯、二氟聯(lián)磷酸二(三甲基硅基)酯、焦磷酸四(三甲基硅基)酯、雙三甲基硅基化乙烯基磷酸酯、三(乙烯基二甲基硅烷)磷酸酯及三(苯基二甲基硅烷)磷酸酯中的至少一種。

43、當(dāng)電極片中的硅化合物還含有磷酸酯或次磷酸酯類(lèi)結(jié)構(gòu)時(shí)，在循環(huán)使用過(guò)程中，能降低極片活性材料中過(guò)渡金屬的溶出量，提高極片的組成穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高電池的效率和循環(huán)性能。

44、在其中一些實(shí)施例中，在所述電極膜層中，所述硅化合物的質(zhì)量占比為0.1％～1.2％；

45、可選地，所述硅化合物的質(zhì)量占比為0.2％～1％。

46、調(diào)控電極膜層中硅化合物的質(zhì)量占比，在提高極片除水性和吸附副產(chǎn)物的能力的同時(shí)，盡可能降低硅化合物對(duì)電極膜層中其他組分的不利影響。

47、在其中一些實(shí)施例中，所述電極膜層的組分還包括正極活性材料，所述正極活性材料滿(mǎn)足如下條件(6)～(8)之一：

48、(6)所述正極活性材料包括鋰離子電池的正極活性材料、鈉離子電池的正極活性材料和鉀離子電池的正極活性材料中的任意一種。

49、(7)所述正極活性材料含有過(guò)渡金屬元素；

50、可選地，所述過(guò)渡金屬包括鐵元素；

51、(8)在所述電極膜層中，所述正極活性材料的質(zhì)量占比為70％～99.8％。

52、在其中一些實(shí)施例中，所述正極活性材料為鈉離子電池的正極活性材料。

53、隨著鋰資源的供應(yīng)越來(lái)越緊張，鈉離子電池的正極活性材料的原材料儲(chǔ)量更豐富、成本更低廉的鈉離子電池進(jìn)入人們的視線(xiàn)，然而，相比于鋰離子電池的正極活性材料，傳統(tǒng)的鈉離子電池的正極活性材料的吸水性更強(qiáng)，更易吸附水分，嚴(yán)重阻礙了鈉離子電池性能的提升，采用本技術(shù)的技術(shù)方案，可以提高鈉離子電池的穩(wěn)定性，從而提高鈉離子電池的庫(kù)倫效率和循環(huán)性能。

54、在其中一些實(shí)施例中，所述正極活性材料包括nafepo4、na3v2(po4)3、na4fe3(po4)2(p2o7)、nam1po4f、naam2bm3c(cn)6及na3(voy)2(po4)2f(3-2y)中的至少一種；

55、其中，m2及m3各自獨(dú)立地選自ni、cu、fe、mn、co及zn中的至少一種，0＜a≤2，0＜b＜1，0＜c＜1；m1選自v、fe、mn及ni中的至少一種，0≤y≤1。

56、在其中一些實(shí)施例中，所述電極膜層的組分還包括導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑；

57、可選地，在所述電極膜層中，所導(dǎo)電劑的質(zhì)量占比為1％～20％；

58、可選地，在所述電極膜層中，所述粘結(jié)劑的質(zhì)量占比為1％～10％。

59、在其中一些實(shí)施例中，所述電極膜層的含水量≤400ppm；

60、可選地，所述電極膜層的含水量≤350ppm。

61、本技術(shù)的第二方面，提供第一方面的電極片的制備方法，包括如下步驟：

62、在集流體表面涂布膜層漿料，以形成電極膜層，制備電極片；

63、所述膜層漿料的組分包括所述硅化合物。

64、本技術(shù)的第三方面，提供一種電池，所述電池包括第一方面的電極片或第二方面的電極片的制備方法制得的電極片。

65、上述電池具有較高的庫(kù)倫效率和良好的循環(huán)使用性能。

66、本技術(shù)的第四方面，提供一種用電裝置，所述用電裝置包括第三方面的電池。