CN118299526B - 正极材料及其制备方法、阴极极片、电极组件、电池和用电设备 - Google Patents

正极材料及其制备方法、阴极极片、电极组件、电池和用电设备

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Abstract

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种正极材料及其制备方法、阴极极片、电极组件、电池和用电设备。本申请的正极材料，正极材料包括层状含锂金属氧化物，层状含锂金属氧化物中包括比锂离子半径大的其他阳离子。正极材料中的其他阳离子大于锂离子半径，可以在层状结构中起到支撑作用，增强混排能垒，防止层状阴极中金属离子与锂离子混排加剧，提升层状结构稳定性进而提高循环性能，同时正极材料中的其他阳离子同样可以嵌入到负极材料中，其中离子半径较大的其他阳离子在石墨中起到支撑作用，从而降低离子半径较小的离子在嵌入/脱出过程中引起石墨的膨胀/收缩，有利于提高SEI膜稳定性，降低活性锂消耗，提高循环性能。

Description

正极材料及其制备方法、阴极极片、电极组件、电池和用电 设备
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种正极材料及其制备方法、阴极极片、电极组件、电池和用电设备。
背景技术
随着便携式电子设备、电动汽车等的迅猛增长，对动力电池的需求也不断增长。而其中，电池的电化学性能也越来越受到人们的关注。
层状正极材料中由于存在锂元素与金属元素的混排，导致材料的整体寿命都较差，例如，镍含量的增多造成更多锂镍混排，降低电池循环寿命。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种正极材料，旨在提高电池的循环寿命。
为实现上述目的，本发明提出的一种正极材料，所述正极材料包括层状含锂金属氧化物，所述层状含锂金属氧化物中包括比锂离子半径大的其他阳离子。
正极材料中的其他阳离子的半径大于锂离子半径，可以在层状材料起到支撑作用，增强混排能垒，防止层状阴极中金属离子与锂离子混排加剧，提升层状结构稳定性进而提高循环性能，同时正极材料中的其他阳离子同样可以嵌入到负极材料中，其中离子半径较大的其他阳离子在石墨中起到支撑作用，从而降低离子半径较小的离子在嵌入/脱出过程中引起石墨的膨胀/收缩，有利于提高SEI膜稳定性，降低活性锂消耗，提高循环性能。
可选地，所述层状含锂金属氧化物包括层状含锂过渡金属氧化物；和/或
所述其他阳离子的离子半径大于76Pm，可选为所述其他阳离子的离子半径大于84Pm，小于100Pm。
层状含锂金属氧化物包括层状含锂过渡金属氧化物，层状含锂过渡金属氧化物中的过渡金属相比其他金属，更易与锂发生混排，采用在层状含锂过渡金属氧化物中包括比锂离子半径大的其他阳离子，可有效提高层状结构稳定性。
锂离子半径为76Pm，大于76Pm的阳离子能有效在层状材料中形成支撑作用，提升层状结构稳定性进而提高循环性能。
可选地，其他阳离子的离子半径大于84Pm，小于100Pm，其他阳离子的离子半径在84Pm-100Pm范围，以保证其他阳离子有效嵌入层状结构中，可以在层状材料起到支撑作用，增强混排能垒，防止层状阴极中金属离子与锂离子混排加剧，提升层状结构稳定性进而提高循环性能。
可选地，定义所述层状含锂金属氧化物结构中，所述锂离子所在的位置为锂位，所述其他阳离子在所述层状含锂金属氧化物结构中占据至少部分所述锂位。
在层状含锂金属氧化物结构中，各元素有各自的排列位置，定义层状含锂金属氧化物结构中，锂离子所在的位置为锂位，其他阳离子在层状含锂金属氧化物结构中占据至少部分锂位。为了减少锂离子与金属离子的混排，将层状正极材料的部分锂位替换成离子半径更大的其他阳离子，并且其他阳离子半径大，占据锂位稳定，难以进一步出现混排的现象，如此，提高层状结构的稳定性，并且，其他阳离子取代锂位能有效降低锂镍混排的问题。
可选地，所述其他阳离子元素包括除锂元素以外的碱金属元素、碱土金属元素、非金属元素中的至少一种。
本申请中对其他阳离子的种类不作限定，其他阳离子元素包括除锂元素以外的碱金属元素、碱土金属元素、非金属元素中的至少一种。可以理解的是，理论上比锂离子半径大都可以，优选的为金属离子。
可选地，所述碱金属元素包括Na、K、Rb、Cs中的至少一种；
所述碱土金属元素包括Ca，Sr中的至少一种；
所述非金属元素包括Se。
可以理解的是碱金属元素包括Na、K、Rb、Cs中的至少一种；碱土金属元素包括Ca，Sr中的至少一种；非金属元素包括Se。
可选地，所述层状含锂金属氧化物的通式为LixY(2-x)NiaCobMncM(1-a-b-c)O2，Y代表所述其他阳离子，M包括Mg、Zr、Al、B、Ta、Mo、W、Nb、Sb、La中的至少一种；其中，0.3≤a<1.0，0<b<0.5，0≤c≤0.2，a+b+c≤1，0<x<2。
层状正极材料的需求和设计使用由最早的低镍材料到如今的高镍材料,高镍材料的整体寿命都较差，一方面，镍含量的增多势必造成更多锂镍混排降低电池循环寿命，锂镍混排，指二价镍离子本身体积与锂离子近似，在放电时锂离子大量脱出的时候，受到外界因素作用，占据锂离子晶格中位置的现象。离子的错位，带来晶格类型的改变，其嵌锂能力也随之改变。在充放电过程中，正极材料表面脱嵌锂的压力最大，速度最快，因此表面常常因为这种阳离子混排带来表面晶格的变化，这个现象又被叫做表面重构。镍含量越高，三价不稳定镍离子还原成二价镍离子的概率就越高，则发生阳离子混排的机会就越多，降低电池循环寿命越严重。
本申请中采用含镍的正极材料，来提高能量密度，同时，基于正极材料中含有比锂离子半径大的其他阳离子，能有效防止层状阴极中镍离子与锂离子混排加剧，提升层状结构稳定性进而提高循环性能。
通式LixY(2-x)NiaCobMncM(1-a-b-c)O2中，0<x<2，在x＞1的情况下，说明正极材料可以是富锂的材料，例如富锂锰基类。
可选地，0.6≤a<1.0，0.3<b<0.5。
通式中LixY(2-x)NiaCobMncM(1-a-b-c)O2，0.6≤a<1.0，0.3<b<0.5，说明正极材料为高镍材料，在能有效防止层状阴极中镍离子与锂离子混排加剧，提升层状结构稳定性进而提高循环性能的情况下，采用高镍材料，能有效提高能量密度。
可选地，0<x<1。
0<x<1，正极材料可以是三元材料，三元材料中的过渡金属相比其他金属，更易与锂发生混排，此时0<x<1，说明通式中LixY(2-x)NiaCobMncM(1-a-b-c)O2中，Y代表的其他阳离子含量提高，其他阳离子含量提高有利于增大混排能垒，防止层状阴极中过渡金属离子与锂离子混排加剧，提升层状结构稳定性进而提高循环性能。
本申请还提供一种正极材料的制备方法，包括以下步骤：
将金属盐加入溶剂中，搅拌，得到金属盐溶液；
向所述金属盐溶液中加入沉淀剂，得到前驱体；
将所述前驱体、锂盐和其他阳离子的盐混合，煅烧，得到层状含锂金属氧化物；
其中，所述其他阳离子的盐中的其他阳离子的半径大于锂离子半径。
将金属盐加入溶剂中，搅拌，得到金属盐溶液；向金属盐溶液中加入沉淀剂，得到前驱体；将前驱体、锂盐和其他阳离子的盐混合，煅烧，得到层状含锂金属氧化物；其中，其他阳离子的盐中的其他阳离子的半径大于锂离子半径。
采用沉淀剂将金属盐沉淀，得到前驱体，并将前驱体与锂盐和其他阳离子的盐混合，煅烧，得到层状含锂金属氧化物，其中，其他阳离子的盐中的其他阳离子的半径大于锂离子半径。
正极材料中的其他阳离子大于锂离子半径，可以在层状材料中起到支撑作用，增强混排能垒，防止层状阴极中金属离子与锂离子混排加剧，提升层状结构稳定性进而提高循环性能，同时正极材料中的其他阳离子同样可以嵌入到负极材料中，其中离子半径较大的其他阳离子在石墨中起到支撑作用，从而降低离子半径较小的离子在嵌入/脱出过程中引起石墨的膨胀/收缩，有利于提高SEI膜稳定性，降低活性锂消耗，提高循环性能。
可选地，所述其他阳离子的盐的种类包括碱金属盐、碱土金属盐、非金属盐中的至少一种。
本申请中对其他阳离子的盐的种类不作限定，其他阳离子的盐的种类包括碱金属盐、碱土金属盐、非金属盐中的至少一种。可以理解的是，理论上其他阳离子的种类比锂离子半径大的元素都可以，优选的为金属离子。
可选地，在向所述金属盐溶液中加入沉淀剂，得到前驱体的步骤中，包括以下步骤；
向所述金属盐溶液中加入沉淀剂，反应3h-20h，陈化2h-12h，得到前驱体。
可以理解的是，反应3h-20h，该反应时间是用于生成一次颗粒的反应时间，由于反应过程存在颗粒破碎，陈化2h-12h可以帮助一次颗粒晶格修复及生长。
上述3h-20h中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及3h、5h、8h、10h、14h、16h、18h、20h等。
可选地，在将所述前驱体、锂盐和其他阳离子的盐混合，煅烧，得到层状含锂金属氧化物的步骤中，定义所述前驱体、锂盐和其他阳离子的盐的摩尔比为P:Q:R，则满足(Q+R)/P≥1.07。
过量的锂盐和其他阳离子的盐是为了弥补锂和其他阳离子在高温煅烧中的损失，因此，在将前驱体、锂盐和其他阳离子的盐混合，煅烧，得到层状含锂金属氧化物的步骤中，锂盐和其他阳离子的盐加入过量。
可选地，所述煅烧过程的煅烧时间为17h-28h。
在煅烧过程中，锂元素与其他阳离子元素能够更快更均匀的融入前驱体材料的晶格中，从而发挥各掺杂元素的掺杂作用。上述17h-28h中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及17h、18h、19h、20h、21h、22h、25h、27h、28h等。
可选地，所述煅烧过程的煅烧程序为：以3℃min-1-5℃min-1的升温速率，从室温升至400℃-500℃，预煅烧5h-8h，再升温至700℃-900℃，煅烧12h-20h。
也即，煅烧程序中，升温速率可以是3℃min-1、4℃min-1、5℃min-1，在室温下，以一定升温速率升温至400℃、450℃或500℃，预煅烧5h、6h、7h或8h，再升温至700℃、800℃或900℃，煅烧12h、13h、14h、15h、16h、18h、19h或20h。
可选地，所述金属盐包括过渡金属盐；
和/或，所述沉淀剂包括草酸盐和碳酸盐中的至少一种。
本申请中对金属盐不作限定，例如可以是过渡金属盐，例如，包括镍盐、钴盐和锰盐中的至少一种。可以理解的是，镍盐选自硫酸镍、氯化镍、硝酸镍和乙酸镍中的一种或几种。锰盐选自硫酸锰、氯化锰、硝酸锰和乙酸锰中的一种或几种。钴盐选自硫酸钴、氯化钴、硝酸钴和乙酸钴中的一种或几种。
沉淀剂可以是草酸盐和碳酸盐中的至少一种，可以理解的是，草酸盐选自草酸钠、草酸氢钠、草酸钾、草酸氢钾、草酸铵和草酸氢铵中的一种或几种。碳酸盐选自碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸铵和碳酸氢铵中的一种或几种。
本申请提供一种阴极极片，所述阴极极片包括集流体及设置在所述集流体上的涂层，所述涂层包括如上述的正极材料，或，所述涂层包括如所述的正极材料的制备方法制得的正极材料。
由于正极材料中的其他阳离子大于锂离子半径，可以在层状材料中起到支撑作用，增强混排能垒，防止层状阴极中金属离子与锂离子混排加剧，提升层状结构稳定性进而提高循环性能，同时正极材料中的其他阳离子同样可以嵌入到负极材料中，其中离子半径较大的其他阳离子在石墨中起到支撑作用，从而降低离子半径较小的离子在嵌入/脱出过程中引起石墨的膨胀/收缩，有利于提高SEI膜稳定性，降低活性锂消耗，提高循环性能。因此包括上述正极材料的阴极极片具有高循环性能。
可选地，所述阴极极片的压实密度Pd满足如下关系：Pd＝S*K，其中，S为所述涂层中所述正极材料占整体正极活性材料的质量比，K为系数，0＜S≤100％，0＜K＜100。
S越大，阴极极片的层级能垒越强，结构稳定性越高，抗压性越强，阴极极片可以实现更高的压密上限。
也即，压实密度和S成正比例关系，压实密度越大，则需要的正极材料的掺入量越多，压实密度越大说明材料间隙变小，为了扩展间隙，所以需要更多的比锂半径大的其他阳离子来支撑材料层。
可选地，所述S和所述K分别满足关系：10％＜S≤90％，0＜K＜10。
由于正极材料中的部分锂位被其他阳离子替换，若是整体正极活性材料中全部采用该正极材料，则会存在锂降低的问题，会导致能量密度降低的问题，为此，涂层中正极材料占整体正极活性材料的质量比为10％＜S≤90％，如此，使得整体正极活性材料中还包括其他活性材料，例如，其他三元材料，该三元材料中的锂位未被其他元素替换，以提高锂的容量，从而避免能量密度降低。
可选地，所述涂层中整体正极活性材料占所述涂层总质量的85％-99％。
涂层中整体正极活性材料占涂层总质量的85％-99％，上述85％-99％中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、99％等。
可选地，所述阴极极片的压实密度范围值为2.0g/cm3-4.5g/cm3。
随着压实密度的上升，活性层的体积密度会上升，孔隙率会下降，比表面积上升，接触电阻下降，电极电解液界面膜SEI阻抗会降低，电荷交换阻抗下降。较低的压实密度反而会造成放电比容量低的问题，这主要是较高的孔隙率造成部分颗粒形成绝缘状态，无法参与充放电，而高压实密度的电极有更高的断裂强度，从而避免在循环过程中电极颗粒脱落，形成绝缘状态颗粒。高的压实密度可以明显使电极的孔径和孔隙的分布更加均匀，导电剂和粘结剂分布更加均匀，降低电极的接触电阻和电荷交换阻抗，增大能够参与反应的活性面积，从而显著的提高材料的电化学性能。
因此，阴极极片中需要有合适的压实密度。本申请中，阴极极片的压实密度范围值为2.0g/cm3-4.5g/cm3。当阴极极片的压密低于2.0g/cm3时，颗粒接触性差，传输阻抗差，寿命衰减快，寿命改善失效。当阴极极片的压密高于4.5g/cm3时，层间孔隙小，大半径离子无法脱出，部分大离子不能脱出并嵌入石墨层，降低膨胀，导致寿命改善部分失效。
在阴极极片中，阴极极片的压实密度的范围值为2.0g/cm3-4.5g/cm3，将压实密度设置在该范围内，避免压实密度过低，同时，也避免压实密度过高，材料之间的间隙变小，部分大离子不能脱出并嵌入石墨层，降低膨胀，导致寿命改善部分失效。
可选地，所述阴极极片的压实密度范围值为2.8g/cm3-3.5g/cm3。
阴极极片的压实密度的范围值为2.8g/cm3-3.5g/cm3，上述2.8g/cm3-3.5g/cm3中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及2.8g/cm3、2.9g/cm3、3.0g/cm3、3.1g/cm3、3.2g/cm3、3.3g/cm3、3.4g/cm3、3.5g/cm3等。
本申请还提供一种电极组件，所述电极组件包括阳极极片、隔膜以及上述的阴极极片。
可选地，所述阳极极片的负极材料包括石墨、硬碳和软碳中的至少一种。
可以理解的是，阳极极片的负极材料包括石墨、硬碳和软碳中的至少一种。
本申请还提供一种电池，包括上述的电极组件。
本申请还提供用电设备，所述用电设备包括上述的电池。
本申请的正极材料，所述正极材料包括层状含锂金属氧化物，所述层状含锂金属氧化物中包括比锂离子半径大的其他阳离子，正极材料中的其他阳离子的半径大于锂离子半径，可以在层状材料起到支撑作用，增强混排能垒，防止层状阴极中金属离子与锂离子混排加剧，提升层状结构稳定性进而提高循环性能，同时正极材料中的其他阳离子同样可以嵌入到负极材料中，其中离子半径较大的其他阳离子在石墨中起到支撑作用，从而降低离子半径较小的离子在嵌入/脱出过程中引起石墨的膨胀/收缩，有利于提高SEI膜稳定性，降低活性锂消耗，提高循环性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是本申请一种正极材料的制备方法流程示意图；
图2是本申请一实施方式的电极组件的示意图；
图3是图2所示的本申请一实施方式的电极组件的分解图；
图4是本申请一实施方式的电池模块的示意图；
图5是本申请一实施方式的电池包的示意图；
图6是图2所示的本申请一实施方式的电池包的分解图；
图7是本申请一实施方式的电极组件用作电源的用电装置的示意图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
1 电池包 51 壳体
2 上箱体 52 电极组件
3 下箱体 53 盖板
4 电池模块 6 用电装置
5 电极组件
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
以下，适当地参照附图详细说明具体公开了本申请的电解液、电极组件、电池模块、电池包和用电装置的实施方式。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如，有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，便于本领域技术人员的理解。此外，附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本申请而提供的，并不旨在限定权利要求书所记载的主题。
本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60～120和80～110的范围，理解为60～110和80～120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1～3、1～4、1～5、2～3、2～4和2～5。在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0～5”表示本文中已经全部列出了“0～5”之间的全部实数，“0～5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。
如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，方法包括步骤(a)和(b)，表示方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b)，也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如，提到方法还可包括步骤(c)，表示步骤(c)可以任意顺序加入到方法，例如，方法可以包括步骤(a)、(b)和(c)，也可包括步骤(a)、(c)和(b)，也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。
如果没有特别的说明，本申请所提到的“包括”和“包含”表示开放式，也可以是封闭式。例如，“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分，也可以仅包括或包含列出的组分。
如果没有特别的说明，在本申请中，术语“或”是包括性的。举例来说，短语“A或B”表示“A，B，或A和B两者”。更具体地，以下任一条件均满足条件“A或B”：A为真(或存在)并且B为假(或不存在)；A为假(或不存在)而B为真(或存在)；或A和B都为真(或存在)。
层状正极材料中由于存在锂元素与金属元素的混排，导致材料的整体寿命都较差，例如，镍含量的增多造成更多锂镍混排，降低电池循环寿命。
为了提高电池的循环寿命，本申请提供一种正极材料，正极材料包括层状含锂金属氧化物，层状含锂金属氧化物中包括比锂离子半径大的其他阳离子。
层状含锂金属氧化物，指含锂的盐中包括有金属元素，例如，锰酸锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂等材料。
层状含锂金属氧化物中包括比锂离子半径大的其他阳离子，指的是层状含锂金属氧化物中不仅包括锂离子还包括比锂离子半径大的其他阳离子。
正极材料中的其他阳离子大于锂离子半径，可以在层状材料中起到支撑作用，增强混排能垒，防止层状阴极中金属离子与锂离子混排加剧，提升层状结构稳定性进而提高循环性能，同时正极材料中的其他阳离子同样可以嵌入到负极材料中，其中离子半径较大的其他阳离子在石墨中起到支撑作用，从而降低离子半径较小的离子在嵌入/脱出过程中引起石墨的膨胀/收缩，有利于提高SEI膜稳定性，降低活性锂消耗，提高循环性能。
可以理解的是，大于锂离子半径的其他阳离子只是在首次充放电过程中嵌入负极石墨层中，形成永久的支撑石墨层状结构的作用，也即，半径大于锂离子的其他阳离子在正负极材料中起到支撑层状结构的作用，以方便锂离子的嵌入和脱出。
可以理解的是，比锂离子半径大的其他阳离子在层状含锂金属氧化物结构中的位置可以是替换掉部分除锂离子以外的其他离子的位置(例如，在一实施例中，层状含锂金属氧化物为镍钴锰基三元材料，其他阳离子可以替换例如部分的锰位)，也可以是替换掉部分锂离子的位置，具体不作限定，本领域技术人员可根据实际需求进行选择。
进一步地，所述层状含锂金属氧化物包括层状含锂过渡金属氧化物；和/或，其他阳离子的离子半径大于76Pm，可选为其他阳离子的离子半径大于84Pm，小于100Pm。
层状含锂金属氧化物包括层状含锂过渡金属氧化物，层状含锂过渡金属氧化物中的过渡金属相比其他金属，更易与锂发生混排，采用在层状含锂过渡金属氧化物中包括比锂离子半径大的其他阳离子，可有效提高层状结构稳定性。
锂离子半径为76Pm，大于76Pm的阳离子能有效在层状材料中形成支撑作用，提升层状结构稳定性进而提高循环性能。
进一步地，其他阳离子的离子半径大于84Pm，小于100Pm，其他阳离子的离子半径在84Pm-100Pm范围，以保证其他阳离子有效嵌入层状结构中，可以在层状材料起到支撑作用，增强混排能垒，防止层状阴极中金属离子与锂离子混排加剧，提升层状结构稳定性进而提高循环性能。
进一步地，定义层状含锂金属氧化物结构中，锂离子所在的位置为锂位，其他阳离子在层状含锂金属氧化物结构中占据至少部分锂位。
在层状含锂金属氧化物结构中，各元素有各自的排列位置，定义层状含锂金属氧化物结构中，锂离子所在的位置为锂位，其他阳离子在层状含锂金属氧化物结构中占据至少部分锂位。为了减少锂离子与金属离子的混排，将层状正极材料的部分锂位替换成离子半径更大的其他阳离子，并且其他阳离子半径大，占据锂位稳定，难以进一步出现混排的现象，如此，提高层状结构的稳定性。
进一步地，其他阳离子元素包括除锂元素以外的碱金属元素、碱土金属元素、非金属元素中的至少一种。
本申请中对其他阳离子的种类不作限定，其他阳离子元素包括除锂元素以外的碱金属元素、碱土金属元素、非金属元素中的至少一种。可以理解的是，理论上比锂离子半径大都可以，优选的为金属离子。
进一步地，碱金属元素包括Na、K、Rb、Cs中的至少一种；碱土金属元素包括Ca，Sr中的至少一种；非金属元素包括Se。
可以理解的是碱金属元素包括Na、K、Rb、Cs中的至少一种；碱土金属元素包括Ca，Sr中的至少一种；非金属元素包括Se。
进一步地，层状含锂金属氧化物的通式为LixY(2-x)NiaCobMncM(1-a-b-c)O2，Y代表其他阳离子，M包括Mg、Zr、Al、B、Ta、Mo、W、Nb、Sb、La中的至少一种；其中，0.3≤a<1.0，0<b<0.5，0≤c≤0.2，a+b+c≤1，0<x<2。
层状正极材料的需求和设计使用由最早的低镍材料到如今的高镍材料,高镍材料的整体寿命都较差，一方面，镍含量的增多势必造成更多锂镍混排降低电池循环寿命，锂镍混排，指二价镍离子本身体积与锂离子近似，在放电时锂离子大量脱出的时候，受到外界因素作用，占据锂离子晶格中位置的现象。离子的错位，带来晶格类型的改变，其嵌锂能力也随之改变。在充放电过程中，正极材料表面脱嵌锂的压力最大，速度最快，因此表面常常因为这种阳离子混排带来表面晶格的变化，这个现象又被叫做表面重构。Ni含量越高，三价不稳定镍离子还原成二价镍离子的概率就越高，则发生阳离子混排的机会就越多，降低电池循环寿命越严重。
本申请中采用含镍的正极材料，来提高能量密度，同时，基于正极材料中含有比锂离子半径大的其他阳离子，能有效防止层状阴极中镍离子与锂离子混排加剧，提升层状结构稳定性进而提高循环性能。
进一步地，a和b分别满足关系：0.6≤a<1.0，0.3<b<0.5。
通式LixY(2-x)NiaCobMncM(1-a-b-c)O2中，0<x<2，在x＞1的情况下，说明正极材料可以是富锂的材料，例如富锂锰基类。
通式中LixY(2-x)NiaCobMncM(1-a-b-c)O2，0.6≤a<1.0，0.3<b<0.5，说明正极材料为高镍材料，在能有效防止层状阴极中镍离子与锂离子混排加剧，提升层状结构稳定性进而提高循环性能的情况下，采用高镍材料，能有效提高能量密度。
进一步地，0<x<1。
0<x<1，正极材料可以是三元材料，三元材料中的过渡金属相比其他金属，更易与锂发生混排，此时0<x<1，说明通式LixY(2-x)NiaCobMncM(1-a-b-c)O2中，Y代表的其他阳离子含量提高，其他阳离子含量提高有利于增大混排能垒，防止层状阴极中过渡金属离子与锂离子混排加剧，提升层状结构稳定性进而提高循环性能。
进一步地，本申请提供一种正极材料的制备方法，包括以下步骤：将金属盐加入溶剂中，搅拌，得到金属盐溶液；向金属盐溶液中加入沉淀剂，得到前驱体；将前驱体、锂盐和其他阳离子的盐混合，煅烧，得到层状含锂金属氧化物；其中，其他阳离子的盐中的其他阳离子的半径大于锂离子半径。
如图1所示，为本申请一种正极材料的制备方法流程示意图，将金属盐加入溶剂中，搅拌，得到金属盐溶液；向金属盐溶液中加入沉淀剂，得到前驱体；将前驱体、锂盐和其他阳离子的盐混合，煅烧，得到层状含锂金属氧化物；其中，其他阳离子的盐中的其他阳离子的半径大于锂离子半径。
采用沉淀剂将金属盐沉淀，得到前驱体，并将前驱体与锂盐和其他阳离子的盐混合，并磨碎，煅烧，得到层状含锂金属氧化物，其中，其他阳离子的盐中的其他阳离子的半径大于锂离子半径。
可以理解的是，在将前驱体、锂盐和其他阳离子的盐混合煅烧的过程中，可以在煅烧前先将混合组分磨碎，其中磨碎的方式不作限定，可以是碾磨、研磨、球磨等。磨碎步骤可以使得制备得到的正极材料结构均一，性能稳定。
正极材料中的其他阳离子大于锂离子半径，可以在层状材料中起到支撑作用，增强混排能垒，防止层状阴极中金属离子与锂离子混排加剧，提升层状结构稳定性进而提高循环性能，同时正极材料中的其他阳离子同样可以嵌入到负极材料中，其中离子半径较大的其他阳离子在石墨中起到支撑作用，从而降低离子半径较小的离子在嵌入/脱出过程中引起石墨的膨胀/收缩，有利于提高SEI膜稳定性，降低活性锂消耗，提高循环性能。
可以理解的是，锂盐选自硫酸锂、氯化锂、硝酸锂、乙酸锂、碳酸锂和氢氧化锂中的一种或几种。
可以理解的是，将金属盐加入溶剂中，该溶剂包括水。
进一步地，其他阳离子的半径大于76Pm。
锂离子半径为76Pm，大于76Pm的阳离子能有效在层状材料中形成支撑作用，提升层状结构稳定性进而提高循环性能。
进一步地，定义层状含锂金属氧化物结构中，锂离子所在的位置为锂位，其他阳离子在层状含锂金属氧化物结构中占据至少部分锂位。
在层状含锂金属氧化物结构中，各元素有各自的排列位置，定义层状含锂金属氧化物结构中，锂离子所在的位置为锂位，其他阳离子在层状含锂金属氧化物结构中占据至少部分锂位。为了减少锂离子与金属离子的混排，将层状正极材料的部分锂位替换成离子半径更大的其他阳离子，并且其他阳离子半径大，占据锂位稳定，难以进一步出现混排的现象，如此，提高层状结构的稳定性。
进一步地，层状含锂金属氧化物的通式为LixY(2-x)NiaCobMncM(1-a-b-c)O2，Y代表其他阳离子，M包括Mg、Zr、Al、B、Ta、Mo、W、Nb、Sb、La中的至少一种；其中，0.3≤a<1.0，0<b<0.5，0≤c≤0.2，a+b+c≤1，0<x<2。
本申请中采用含镍的正极材料，来提高能量密度，同时，基于正极材料中含有比锂离子半径大的其他阳离子，能有效防止层状阴极中镍离子与锂离子混排加剧，提升层状结构稳定性进而提高循环性能。
进一步地，其他阳离子的盐的种类包括碱金属盐、碱土金属盐、非金属盐中的至少一种。
本申请中对其他阳离子的盐的种类不作限定，其他阳离子的盐的种类包括碱金属盐、碱土金属盐、非金属盐中的至少一种。可以理解的是，理论上其他阳离子比锂离子半径大的元素都可以，优选的为金属离子。
进一步地，在向金属盐溶液中加入沉淀剂，得到前驱体的步骤中，包括以下步骤；向金属盐溶液中加入沉淀剂，反应3h-20h，陈化2h-12h，得到前驱体。
可以理解的是，反应3h-20h，该反应时间是用于生成一次颗粒的反应时间，由于反应过程存在颗粒破碎，陈化2h-12h可以帮助一次颗粒晶格修复及生长。
上述3h-20h中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及3h、5h、8h、10h、14h、16h、18h、20h等。
上述2h-12h中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及2h、3h、5h、8h、10h、12h等。
进一步地，在向金属盐溶液中加入沉淀剂，得到前驱体的步骤中，还包括以下步骤：向金属盐溶液中加入沉淀剂，反应3h-20h，陈化2h-12h，对产物进行洗涤、烘干，得到前驱体。
在制备前驱体过程中通过清洗步骤去除杂质，避免最终制备得到的正极材料中存在杂质，影响电池性能。可以理解的是，烘干温度为100℃-140℃，干燥时间为12h-24h，例如，产物用去离子水洗涤3次，在鼓风干燥机烘干后置于100℃下真空干燥12h，收集干燥后的固体即为前驱体。
进一步地，在将前驱体、锂盐和其他阳离子的盐混合，煅烧，得到层状含锂金属氧化物的步骤中，定义前驱体、锂盐和其他阳离子的盐的摩尔比为P:Q:R，则满足(Q+R)/P≥1.07。
过量的锂盐和其他阳离子的盐是为了弥补锂和其他阳离子在高温煅烧中的损失，因此，在将前驱体、锂盐和其他阳离子的盐混合，煅烧，得到层状含锂金属氧化物的步骤中，锂盐和其他阳离子的盐加入过量，也即，定义前驱体、锂盐和其他阳离子的盐的摩尔比为P:Q:R，则满足(Q+R)/P≥1.07。
进一步地，煅烧过程的煅烧时间为17h-28h。
在煅烧过程中，锂元素与其他阳离子元素能够更快更均匀的融入前驱体材料的晶格中，从而发挥各掺杂元素的掺杂作用。上述17h-28h中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及17h、18h、19h、20h、21h、22h、25h、27h、28h等。
进一步地，煅烧过程的煅烧程序为：以3℃min-1-5℃min-1的升温速率，从室温升至400℃-500℃，预煅烧5h-8h，再升温至700℃-900℃，煅烧12h-20h。
也即，煅烧程序中，升温速率可以是3℃min-1、4℃min-1、5℃min-1，在室温下，以一定升温速率升温至400℃、450℃或500℃，预煅烧5h、6h、7h或8h，再升温至700℃、800℃或900℃，煅烧12h、13h、14h、15h、16h、18h、19h或20h。
进一步地，金属盐包括过渡金属盐；和/或，所述沉淀剂包括草酸盐和碳酸盐中的至少一种。
本申请中对金属盐不作限定，例如可以是过渡金属盐，例如镍盐、钴盐和锰盐中的至少一种。可以理解的是，镍盐选自硫酸镍、氯化镍、硝酸镍和乙酸镍中的一种或几种。锰盐选自硫酸锰、氯化锰、硝酸锰和乙酸锰中的一种或几种。钴盐选自硫酸钴、氯化钴、硝酸钴和乙酸钴中的一种或几种。
沉淀剂可以是草酸盐和碳酸盐中的至少一种，可以理解的是，草酸盐选自草酸钠、草酸氢钠、草酸钾、草酸氢钾、草酸铵和草酸氢铵中的一种或几种。碳酸盐选自碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸铵和碳酸氢铵中的一种或几种。
进一步地，本申请提供一种阴极极片，阴极极片包括集流体及设置在集流体上的涂层，涂层包括如上述的正极材料，或，涂层包括如上述的正极材料的制备方法制得的正极材料。
由于正极材料采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
由于正极材料中的其他阳离子大于锂离子半径，可以在层状材料中起到支撑作用，增强混排能垒，防止层状阴极中金属离子与锂离子混排加剧，提升层状结构稳定性进而提高循环性能，同时正极材料中的其他阳离子同样可以嵌入到负极材料中，其中离子半径较大的其他阳离子在石墨中起到支撑作用，从而降低离子半径较小的离子在嵌入/脱出过程中引起石墨的膨胀/收缩，有利于提高SEI膜稳定性，降低活性锂消耗，提高循环性能。因此包括上述正极材料的阴极极片具有高循环性能。
进一步地，阴极极片的压实密度Pd满足如下关系：Pd＝S*K，其中，S为涂层中正极材料占整体正极活性材料的质量比，K为系数，0＜S≤100％，0＜K＜100。
阴极极片的压实密度Pd满足如下关系：Pd＝S*K，其中，S为涂层中正极材料占整体正极活性材料的质量比，K为系数，0＜S≤100％，0＜K＜100。
S越大，阴极极片的层级能垒越强，结构稳定性越高，抗压性越强，阴极极片可以实现更高的压密上限。
也即，压实密度和S成正比例关系，压实密度越大，则需要的正极材料的掺入量越多，压实密度越大说明材料间隙变小，为了扩展间隙，所以需要更多的比锂半径大的其他阳离子来支撑材料层。
上述0＜S≤100％中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及0.5％、1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％等。
上述0＜K＜100中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及0.5、1、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、99等。
进一步地，S和K分别满足关系：10％＜S≤90％，0＜K＜10。
由于正极材料中的部分锂位被其他阳离子替换，若是整体正极活性材料中全部采用该正极材料，则会存在锂降低的问题，会导致能量密度降低的问题，为此，涂层中正极材料占整体正极活性材料的质量比为10％＜S≤90％，如此，使得整体正极活性材料中还包括其他活性材料，例如，其他三元材料，该三元材料中的锂位未被其他元素替换，以提高锂的容量，从而避免能量密度降低。
当正极材料占整体正极活性材料的质量比满足10％＜S≤90％，即掺杂量＞10％，正极材料中的大半径离子量足够量，足以支撑正极材料层间，过盈的离子可以脱出嵌入石墨降低膨胀。
上述10％＜S≤90％中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及11％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％等。
上述0＜K＜10中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9等。
进一步地，涂层中整体正极活性材料占涂层总质量的85％-99％。
涂层中整体正极活性材料占涂层总质量的85％-99％，上述85％-99％中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、99％等。
进一步地，阴极极片的压实密度范围值为2.0g/cm3-4.5g/cm3。
阴极极片，阴极极片包括集流体及设置在集流体上的正极材料。
压实密度，压实密度＝面密度/(极片碾压后的厚度-集流体厚度)，单位：g/cm3。
随着压实密度的上升，活性层的体积密度会上升，孔隙率会下降，比表面积上升，接触电阻下降，电极电解液界面膜SEI阻抗会降低，电荷交换阻抗下降。较低的压实密度反而会造成放电比容量低的问题，这主要是较高的孔隙率造成部分颗粒形成绝缘状态，无法参与充放电，而高压实密度的电极有更高的断裂强度，从而避免在循环过程中电极颗粒脱落，形成绝缘状态颗粒。高的压实密度可以明显使电极的孔径和孔隙的分布更加均匀，导电剂和粘结剂分布更加均匀，降低电极的接触电阻和电荷交换阻抗，增大能够参与反应的活性面积，从而显著的提高材料的电化学性能。
因此，阴极极片中需要有合适的压实密度。本申请中，阴极极片的压实密度范围值为2.0g/cm3-4.5g/cm3。当阴极极片的压密低于2.0g/cm3时，颗粒接触性差，传输阻抗差，寿命衰减快，寿命改善失效。当阴极极片的压密高于4.5g/cm3时，层间孔隙小，大半径离子无法脱出，部分大离子不能脱出并嵌入石墨层，降低膨胀，导致寿命改善部分失效。
在阴极极片中，阴极极片的压实密度的范围值为2.0g/cm3-4.5g/cm3，将压实密度设置在该范围内，避免压实密度过低，同时，也避免压实密度过高，材料之间的间隙变小，部分大离子不能脱出并嵌入石墨层，降低膨胀，导致寿命改善部分失效。
可以理解的是，阴极极片的压实密度的范围值为2.0g/cm3-4.5g/cm3，上述2.0g/cm3-4.5g/cm3中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及2.0g/cm3、2.2g/cm3、2.4g/cm3、2.8g/cm3、2.9g/cm3、3.0g/cm3、3.1g/cm3、3.2g/cm3、3.3g/cm3、3.4g/cm3、3.5g/cm3、3.6g/cm3、3.7g/cm3、3.8g/cm3、3.9g/cm3、4.0g/cm3、4.2g/cm3、4.4g/cm3、4.5g/cm3等。
进一步地，阴极极片的压实密度范围值为优选压密为2.8g/cm3-3.5g/cm3。
阴极极片的压实密度的范围值为2.8g/cm3-3.5g/cm3，上述2.8g/cm3-3.5g/cm3中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及2.8g/cm3、2.9g/cm3、3.0g/cm3、3.1g/cm3、3.2g/cm3、3.3g/cm3、3.4g/cm3、3.5g/cm3等。
进一步地，本申请还提供一种电极组件，电极组件包括阳极极片、隔膜以及上述的阴极极片。
由于阴极极片采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
进一步地，阳极极片的负极材料包括石墨、硬碳和软碳中的至少一种。
可以理解的是，阳极极片的负极材料包括石墨、硬碳和软碳中的至少一种。
进一步地，本申请还提供一种电池，包括上述的电极组件。
由于电极组件采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
进一步地，本申请还提供一种用电设备，用电设备包括上述的电池。
由于电池采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
另外，以下适当参照附图对本申请的电极组件、电池(电池包括电池模块和电池包)和用电装置进行说明。
本申请的一个实施方式中，提供一种电极组件。
通常情况下，电极组件包括阴极极片、阳极极片、电解质和隔膜。在电池充放电过程中，活性离子在阴极极片和阳极极片之间往返嵌入和脱出。电解质在阴极极片和阳极极片之间起到传导离子的作用。隔膜设置在阴极极片和阳极极片之间，主要起到防止正负极短路的作用，同时可以使离子通过。隔膜为本申请上述提高的隔膜。
阴极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面的正极膜层。
作为示例，正极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，正极膜层设置在正极集流体相对的两个表面的其中任意一者或两者上。
在一些实施方式中，正极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可采用铝箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基层至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料(铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子材料基材(如聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)等的基材)上而形成。
在一些实施方式中，当电极组件为锂离子电池时，正极活性材料可采用本领域公知的用于锂离子电池的正极活性材料。作为示例，正极活性材料可包括以下材料中的至少一种：橄榄石结构的含锂磷酸盐、锂过渡金属氧化物及其各自的改性化合物。但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作电池正极活性材料的传统材料。这些正极活性材料可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。其中，锂过渡金属氧化物的示例可包括但不限于锂钴氧化物(如LiCoO2)、锂镍氧化物(如LiNiO2)、锂锰氧化物(如LiMnO2、LiMn2O4)、锂镍钴氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物(如LiNi1/3Co1/ 3Mn1/3O2(也可以简称为NCM333)、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(也可以简称为NCM523)、LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2(也可以简称为NCM211)、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(也可以简称为NCM622)、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(也可以简称为NCM811)、锂镍钴铝氧化物(如LiNi0.85Co0.15Al0.05O2)及其改性化合物等中的至少一种。橄榄石结构的含锂磷酸盐的示例可包括但不限于磷酸铁锂(如LiFePO4(也可以简称为LFP))、磷酸铁锂与碳的复合材料、磷酸锰锂(如LiMnPO4)、磷酸锰锂与碳的复合材料、磷酸锰铁锂、磷酸锰铁锂与碳的复合材料中的至少一种。
在一些实施方式中，正极膜层还可选地包括粘结剂。作为示例，粘结剂可以包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、偏氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物及含氟丙烯酸酯树脂中的至少一种。
在一些实施方式中，正极膜层还可选地包括导电剂。作为示例，导电剂可以包括超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。
在一些实施方式中，可以通过以下方式制备阴极极片：将上述用于制备阴极极片的组分，例如正极活性材料、导电剂、粘结剂和任意其他的组分分散于溶剂(例如N-甲基吡咯烷酮)中，形成正极浆料；将正极浆料涂覆在正极集流体上，经烘干、冷压等工序后，即可得到阴极极片。
阳极极片包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上的负极膜层，负极膜层包括负极活性材料。
作为示例，负极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，负极膜层设置在负极集流体相对的两个表面中的任意一者或两者上。
在一些实施方式中，负极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可以采用铜箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基材至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料(铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子材料基材(如聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)等的基材)上而形成。
在一些实施方式中，负极活性材料可采用本领域公知的用于电池的负极活性材料。作为示例，负极活性材料可包括以下材料中的至少一种：人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、硅基材料、锡基材料和钛酸锂等。硅基材料可选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物以及硅合金中的至少一种。锡基材料可选自单质锡、锡氧化合物以及锡合金中的至少一种。但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作电池负极活性材料的传统材料。这些负极活性材料可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括粘结剂。粘结剂可选自丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸钠(PAAS)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)及羧甲基壳聚糖(CMCS)中的至少一种。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括导电剂。导电剂可选自超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括其他助剂，例如增稠剂(如羧甲基纤维素钠(CMC-Na))等。
在一些实施方式中，可以通过以下方式制备阳极极片：将上述用于制备阳极极片的组分，例如负极活性材料、导电剂、粘结剂和任意其他组分分散于溶剂(例如去离子水)中，形成负极浆料；将负极浆料涂覆在负极集流体上，经烘干、冷压等工序后，即可得到阳极极片。
电解质在阴极极片和阳极极片之间起到传导离子的作用。本申请对电解质的种类没有具体的限制，可根据需求进行选择。
在一些实施方式中，电解质采用电解液。电解液包括电解质盐和溶剂。
在一些实施方式中，电解质盐可选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂及四氟草酸磷酸锂中的至少一种。
在一些实施方式中，溶剂可选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸亚丁酯、氟代碳酸亚乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、1,4-丁内酯、环丁砜、二甲砜、甲乙砜及二乙砜中的至少一种。
在一些实施方式中，电解液还可选地包括添加剂。例如添加剂可以包括负极成膜添加剂、正极成膜添加剂，还可以包括能够改善电池某些性能的添加剂，例如改善电池过充性能的添加剂、改善电池高温或低温性能的添加剂等。
在一些实施方式中，电极组件中还包括隔膜。本申请对隔膜的种类没有特别的限制，可以选用任意公知的具有良好的化学稳定性和机械稳定性的多孔结构隔膜。
在一些实施方式中，隔膜的材质可选自玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯中的至少一种。隔膜可以是单层薄膜，也可以是多层复合薄膜，没有特别限制。在隔膜为多层复合薄膜时，各层的材料可以相同或不同，没有特别限制。
在一些实施方式中，阴极极片、阳极极片和隔膜可通过卷绕工艺或叠片工艺制成电极组件。
在一些实施方式中，电极组件可包括外包装。该外包装可用于封装上述电极组件及电解质。
在一些实施方式中，电极组件的外包装可以是硬壳，例如硬塑料壳、铝壳、钢壳等。电极组件的外包装也可以是软包，例如袋式软包。软包的材质可以是塑料，作为塑料，可列举出聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯以及聚丁二酸丁二醇酯等。
本申请对电极组件的形状没有特别的限制，其可以是圆柱形、方形或其他任意的形状。例如，图2是作为一个示例的方形结构的电极组件5。
在一些实施方式中，参照图3，外包装可包括壳体51和盖板53。其中，壳体51可包括底板和连接于底板上的侧板，底板和侧板围合形成容纳腔。壳体51具有与容纳腔连通的开口，盖板53能够盖设于开口，以封闭容纳腔。阴极极片、阳极极片和隔膜可经卷绕工艺或叠片工艺形成电极组件52。电极组件52封装于容纳腔内。电解液浸润于电极组件52中。电极组件5所含电极组件52的数量可以为一个或多个，本领域技术人员可根据具体实际需求进行选择。
在一些实施方式中，电极组件可以组装成电池模块，电池模块所含电极组件的数量可以为一个或多个，具体数量本领域技术人员可根据电池模块的应用和容量进行选择。
图4是作为一个示例的电池模块4。参照图4，在电池模块4中，多个电极组件5可以是沿电池模块4的长度方向依次排列设置。当然，也可以按照其他任意的方式进行排布。进一步可以通过紧固件将该多个电极组件5进行固定。
可选地，电池模块4还可以包括具有容纳空间的外壳，多个电极组件5容纳于该容纳空间。
在一些实施方式中，上述电池模块还可以组装成电池包，电池包所含电池模块的数量可以为一个或多个，具体数量本领域技术人员可根据电池包的应用和容量进行选择。
图5和图6是作为一个示例的电池包1。参照图5和图6，在电池包1中可以包括电池箱和设置于电池箱中的多个电池模块4。电池箱包括上箱体2和下箱体3，上箱体2能够盖设于下箱体3，并形成用于容纳电池模块4的封闭空间。多个电池模块4可以按照任意的方式排布于电池箱中。
另外，本申请还提供一种用电装置，用电装置包括本申请提供的电极组件、电池模块、或电池包中的至少一种。电极组件、电池模块、或电池包可以用作用电装置的电源，也可以用作用电装置的能量存储单元。用电装置可以包括移动设备(例如手机、笔记本电脑等)、电动车辆(例如纯电动车、混合动力电动车、插电式混合动力电动车、电动自行车、电动踏板车、电动高尔夫球车、电动卡车等)、电气列车、船舶及卫星、储能系统等，但不限于此。
作为用电装置，可以根据其使用需求来选择电极组件、电池模块或电池包。
图7是作为一个示例的用电装置。该用电装置为纯电动车、混合动力电动车、或插电式混合动力电动车等。为了满足该用电装置对电极组件的高功率和高能量密度的需求，可以采用电池包或电池模块。
作为另一个示例的装置可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等。该装置通常要求轻薄化，可以采用电极组件作为电源。
实施例
实施例1
正极材料Li0.5Na0.1K0.2Cs0.05Rb0.15Ni0.5Co0.2Mn0.3O2制备
首先按化学计量比(5：2：3)将乙酸镍、乙酸钴和乙酸锰加入到去离子水中，搅拌均匀。将碳酸钠溶液快速倒入过渡金属盐溶液中，继续反应不同9h，然后静置陈化4h，目的是让一次颗粒生长。用去离子水洗涤3次，在鼓风干燥机烘干后置于100℃下真空干燥12h，收集干燥后的固体即为前驱体。
将前驱体与碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、碳酸铷按摩尔比1：0.535:0.107：0.216：0.0535:0.1605的比例混合均匀，研磨，过量的碳酸锂是为了弥补锂在高温煅烧中的损失。将充分研磨后的固体粉末转移至坩埚，置于程序升温的马弗炉中煅烧。煅烧程序为：从室温升到500℃预煅烧5h，再分别升到高温800℃下煅烧12h，升温速率为3℃min-1，之后冷却至室温后收集Li0.5Na0.1K0.2Cs0.05Rb0.15Ni0.5Co0.2Mn0.3O2材料。
二次电池的阴极极片的制备：将聚偏氟乙烯(PVDF)、正极材料、导电剂(炭黑SuperP)按质量比90:5:5混合，以N甲基-吡咯烷酮(NMP)为溶剂，调节溶剂的加入量，使浆料粘度控制在100-20000mPa.s，使用涂布机或喷涂机将该浆料涂布在阴极集流体上。在85℃下烘干后进行冷压，阴极极片的压密设定为2.9g/cm3，然后切边、裁片、分条，再在85℃真空条件下烘干4小时，焊接极耳，制成满足要求的二次电池阴极极片。
在实施例1的基础上，改变正极材料的种类、正极材料占活性物质的占比、阴极极片压实密度，得到实施例2至实施例9，以及对比例1至对比例3，具体参数如表1所示。
电性能表征
循环性能测试：
循环次数测试条件为：在25℃和45℃下，将二次电池进行1C/1C循环测试，充放电电压范围2.8～4.35V，容量衰减至首次放电比容量的80％时停止测试。
表1实施例相关参数表
综上，半径较大的离子掺入正极材料中，限定其阴极压密为2.0g/cm3-4.5g/cm3，有利于大幅提升电池循环性能。一方面半径较大的离子掺起到稳定阴极层状结构作用，降低材质损失。另一方面，半径较大的离子通过含该离子盐的电解液嵌入石墨材料中，支撑石墨层状结构，减少活性锂损失，提高循环性能。
上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (22)

1.一种阴极极片，其特征在于，所述阴极极片包括集流体及设置在所述集流体上的涂层，所述涂层包括正极材料，所述正极材料包括层状含锂金属氧化物，所述层状含锂金属氧化物中包括比锂离子半径大的其他阳离子；
所述涂层中所述正极材料占整体正极活性材料的质量比为S，S满足：50%≤S≤100%；
所述阴极极片的压实密度范围值为2.0g/cm3-4.5g/cm3。
2.如权利要求1所述的阴极极片，其特征在于，所述层状含锂金属氧化物包括层状含锂过渡金属氧化物；和/或，
所述其他阳离子的离子半径大于76Pm。
3.如权利要求2所述的阴极极片，其特征在于，所述其他阳离子的离子半径大于84Pm，小于100Pm。
4.如权利要求1至3任一项所述的阴极极片，其特征在于，定义所述层状含锂金属氧化物结构中，所述锂离子所在的位置为锂位，所述其他阳离子在所述层状含锂金属氧化物结构中占据至少部分所述锂位。
5.如权利要求1至4中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述其他阳离子元素包括除锂元素以外的碱金属元素、碱土金属元素、非金属元素中的至少一种。
6.如权利要求5所述的阴极极片，其特征在于，所述碱金属元素包括Na、K、Rb、Cs中的至少一种；
所述碱土金属元素包括Ca，Sr中的至少一种；
所述非金属元素包括Se。
7.如权利要求1至5中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述层状含锂金属氧化物的通式为LixY（2-x）NiaCobMncM(1-a-b-c)O2，Y代表所述其他阳离子，M包括Mg、Zr、Al、B、Ta、Mo、W、Nb、Sb、La中的至少一种；其中，0.3≤a<1.0，0<b<0.5，0≤c≤0.2，a+b+c≤1，0<x<2。
8.如权利要求7所述的阴极极片，其特征在于，0.6≤a<1.0，0.3<b<0.5。
9.如权利要求7或8所述的阴极极片，其特征在于，0<x<1。
10.如权利要求1至9中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述涂层中整体正极活性材料占所述涂层总质量的85%-99%。
11.如权利要求1至10中任一项所述的阴极极片，其特征在于，所述阴极极片的压实密度范围值为2.8g/cm3-3.5g/cm3。
12.一种如权利要求1至11中任一项所述的阴极极片的制备方法，其特征在于，包括采用以下步骤制备正极材料：
将金属盐加入溶剂中，搅拌，得到金属盐溶液；
向所述金属盐溶液中加入沉淀剂，得到前驱体；
将所述前驱体、锂盐和其他阳离子的盐混合，煅烧，得到层状含锂金属氧化物；
其中，所述其他阳离子的盐中的其他阳离子的半径大于锂离子半径。
13.如权利要求12所述的阴极极片的制备方法，其特征在于，所述其他阳离子的盐的种类包括碱金属盐、碱土金属盐、非金属盐中的至少一种。
14.如权利要求12或13所述的阴极极片的制备方法，其特征在于，在向所述金属盐溶液中加入沉淀剂，得到前驱体的步骤中，包括以下步骤；
向所述金属盐溶液中加入沉淀剂，反应3h-20h，陈化2h-12h，得到前驱体。
15.如权利要求12至14中任一项所述的阴极极片的制备方法，其特征在于，在将所述前驱体、锂盐和其他阳离子的盐混合，煅烧，得到层状含锂金属氧化物的步骤中，定义所述前驱体、锂盐和其他阳离子的盐的摩尔比为P:Q:R，则满足（Q+R）/P≥1.07。
16.如权利要求12至15中任一项所述的阴极极片的制备方法，其特征在于，所述煅烧过程的煅烧时间为17h-28h。
17.如权利要求12至16中任一项所述的阴极极片的制备方法，其特征在于，所述煅烧过程的煅烧程序为：以3℃ min-1-5℃ min-1的升温速率，从室温升至400℃-500℃，预煅烧5h-8 h，再升温至700℃-900℃，煅烧12 h-20 h。
18.如权利要求12至17中任一项所述的阴极极片的制备方法，其特征在于，所述金属盐包括过渡金属盐；
和/或，所述沉淀剂包括草酸盐和碳酸盐中的至少一种。
19.一种电极组件，其特征在于，所述电极组件包括阳极极片、隔膜以及权利要求1至11中任一项所述的阴极极片。
20.如权利要求19所述的电极组件，其特征在于，所述阳极极片的负极材料包括石墨、硬碳和软碳中的至少一种。
21.一种电池，其特征在于，包括如权利要求19或20所述的电极组件。
22.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括权利要求21所述的电池。
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