多层复合极片、储能装置及制备方法与流程

1.本技术涉及电池制备技术领域，尤其涉及一种多层复合极片、储能装置及制备方法。


背景技术：

2.随着储能装置的发展，对储能装置能量密度的要求越来越高，其中，磷酸锰铁锂具有与磷酸铁锂相同的材料安全性，且磷酸锰锂铁和磷酸铁锂的克容量相等，均为170mah/g，但因磷酸锰锂铁具有高于磷酸铁锂的电压平台，因此，磷酸锰锂铁的能量密度高于磷酸铁锂的能量密度。
3.为了制备能量密度较高的储能装置，相关技术中，将正极极片制备为多层复合极片，具体地，在正极集流体上依次层叠设置多层磷酸锰锂铁层，由于每相邻两磷酸锰铁锂层之间存在连接界面，因此，导致形成的多层复合极片的内阻较大。


技术实现要素：

4.针对现有技术中上述不足，本发明提供了一种多层复合极片、储能装置及制备方法，能够缩小多层复合极片的内阻。
5.为了解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种多层复合极片，所述多层复合极片包括：正极集流体；第一磷酸锰铁锂层，所述第一磷酸锰铁锂层层叠设置于所述正极集流体上；第二磷酸锰铁锂层，所述第二磷酸锰铁锂层层叠设置于所述第一磷酸锰铁锂层背离所述正极集流体的一侧表面；第三磷酸锰铁锂层，所述第三磷酸锰铁锂层层叠设置于所述第二磷酸锰铁锂层背离所述正极集流体的一侧表面；第一导电纤维，所述第一导电纤维的一端倾斜插入所述第一磷酸锰铁锂层背离所述正极集流体的一侧表面内、另一端倾斜插入所述第二磷酸锰铁锂层朝向所述正极集流体的一侧表面；第二导电纤维，所述第二导电纤维的一端倾斜插入所述第二磷酸锰铁锂层背离所述正极集流体的一侧表面内、另一端倾斜插入所述第三磷酸锰铁锂层朝向所述正极集流体的一侧表面；其中，所述第一导电纤维沿与第一方向呈第一锐角夹角r1的方向延伸，所述第二导电纤维沿与第一方向呈第二锐角夹角r2的方向延伸，所述第一方向为所述正极集流体指向所述第一磷酸锰铁锂层的方向。
6.由于在第一磷酸锰铁锂层和第二磷酸锰铁锂层之间设置有第一导电纤维，且第一导电纤维的一端插入第一磷酸锰铁锂层背离正极集流体的一侧表面内、另一端插入第二磷酸锰铁锂层朝向正极集流体的一侧表面内，在第二磷酸锰铁锂层和第三磷酸锰铁锂层之间
设置第二导电纤维，且第二导电纤维的一端插入第二磷酸锰铁锂层背离正极集流体的一侧表面内、另一端插入第三磷酸锰铁锂层朝向正极集流体的一侧表面内，因此，一方面相较于第二磷酸锰铁锂层直接贴合于第二磷酸锰铁锂层上，能够使得第一磷酸锰铁锂层和第二磷酸锰铁锂层之间通过第一导电纤维连接，从而提高了第一磷酸锰铁锂层和第二磷酸锰铁锂层之间的连接稳定性，同理的，能够使得第二磷酸锰铁锂层和第三磷酸锰铁锂层之间通过第二导电纤维连接，从而提高了第二磷酸锰铁锂层和第三磷酸锰铁锂层之间的连接稳定性，进而提高了多层复合极片的结构强度。
7.另一方面，由于导电纤维由具有导电介质的化学纤维、金属丝或碳纤维等制成，因此，通过第一导电纤维的一端插入第一磷酸锰铁锂层背离正极集流体的一侧表面内、另一端插入第二磷酸锰铁锂层朝向正极集流体的一侧表面内，且第二导电纤维的一端插入第二磷酸锰铁锂层背离正极集流体的一侧表面内、另一端插入第三磷酸锰铁锂层朝向正极集流体的一侧表面内，能够降低第一磷酸锰铁锂层与第二磷酸锰铁锂层之间的界面电阻，又能降低第二磷酸锰铁锂层与第三磷酸锰铁锂层之间的界面电阻，从而降低了多层复合极片的内阻，进而改善了多层复合极片形成的储能装置的电化学性能。
8.再一方面，由于第一导电纤维沿与第一方向呈第一锐角夹角r1的方向延伸，第二导电纤维沿与第一方向呈第二锐角夹角r2的方向延伸，因此，第一导电纤维倾斜插入第一磷酸锰铁锂层的部分对第一磷酸锰铁锂层的拉扯力具有沿第一磷酸锰铁锂层的层面方向的分力和第一方向的分力，可见，提高了第一导电纤维与第一磷酸锰铁锂层之间的连接强度，同理，提升了第一导电纤维与第二磷酸锰铁锂层之间的连接强度，由此，进一步改善了第一磷酸锰铁锂层与第二磷酸锰铁锂层之间的连接稳定性，同样的，第二导电纤维与第二磷酸锰铁锂层和第三磷酸锰铁锂层之间的连接强度得到了提升，因此，进一步改善了多层复合极片的结构强度。
9.在第一方面可能的实现方式中，所述第一锐角夹角r1和所述第二锐角夹角r2均在25
°‑
55
°
之间。
10.当第一锐角夹角r1和第二锐角夹角r2小于25
°
时，第一导电纤维或第二导电纤维沿第一磷酸锰铁锂层的层面方向的分力较小，从而影响第一导电纤维对第一磷酸锰铁锂层或第二磷酸锰铁锂层在第一磷酸锰铁锂层的层面方向的拉力，或，影响了第二导电纤维对第二磷酸锰铁锂层或第三磷酸锰铁锂层在第一磷酸锰铁锂层的层面方向的拉力，进而影响多层复合极片的结构强度，而当第一锐角夹角r1和第二锐角夹角r2大于55
°
时，第一导电纤维或第二导电纤维沿第一方向的分力较小，从而影响第一导电纤维对第一磷酸锰铁锂层或第二磷酸锰铁锂层在第一方向的拉力，或，影响了第二导电纤维对第二磷酸锰铁锂层或第三磷酸锰铁锂层在第一方向的拉力，进而影响多层复合极片中的多层磷酸锰铁锂层之间的连接稳定性，基于此，使得第一锐角夹角r1和第二锐角夹角r2在25
°‑
55
°
之间，由此，既能保证多层复合极片的结构强度，又能改善多层磷酸锰铁锂层之间的连接稳定性。
11.在第一方面可能的实现方式中，层叠设置的所述第一磷酸锰铁锂层和所述第二磷酸锰铁锂层在所述第一方向上的剖切面为第一切面，所述第一切面中的所述第一导电纤维呈交叉状态；层叠设置的所述第二磷酸锰铁锂层和所述第三磷酸锰铁锂层在所述第一方向上的剖切面为第二切面，所述第二切面中的所述第二导电纤维呈交叉状态。
12.由此，通过第一导电纤维在第一切面中以及第二导电纤维在第二切面中均呈交叉状态，能够提高第一导电纤维和第二导电纤维的结构强度，从而提高第一磷酸锰铁锂层和第二磷酸锰铁锂层之间接合强度，以及第二磷酸锰铁锂层和第三磷酸锰铁锂层之间的接合强度。
13.在第一方面可能的实现方式中，所述第一导电纤维插入所述第一磷酸锰铁锂层内的深度与插入所述第二磷酸锰铁锂层内的深度相同；和/或，所述第二导电纤维插入所述第二磷酸锰铁锂层内的深度与插入所述第三磷酸锰铁锂层内的深度相同。
14.当第一导电纤维插入第一磷酸锰铁锂层内的深度与插入第二磷酸锰铁锂层内的深度相同时，能够使得第一导电纤维对第一磷酸锰铁锂层的拉力和对第二磷酸锰铁锂层的拉力相同，同样的，当第二导电纤维插入第二磷酸锰铁锂层内的深度与插入第三磷酸锰铁锂层内的深度相同时，能够使得第二导电纤维对第二磷酸锰铁锂层的拉力和对第三磷酸锰铁锂层的拉力相同，进一步改善了多层复合极片的结构强度，并且改善了多层复合极片的内阻。
15.在第一方面可能的实现方式中，所述第一导电纤维插入所述第一磷酸锰铁锂层内的深度为2μm-6μm，和/或，所述第二导电纤维插入所述第二磷酸锰铁锂层内的深度为2μm-6μm。
16.当第一导电纤维插入第一磷酸锰铁锂层的深度小于2μm时，一方面，由于第一导电纤维插入第一磷酸锰铁锂层内的深度较浅，从而对改善多层复合极片的结构强度的效果较弱，另一方面，对改善第一磷酸锰铁锂层和第二磷酸锰铁锂层之间的界面电阻的效果也较弱，当第一导电纤维插入第一磷酸锰铁锂层的深度大于6μm时，虽然第一导电纤维能够增强多层复合极片的结构强度，但是，对改善第一磷酸锰铁锂层和第二磷酸锰铁锂层之间的界面电阻的效果减弱了，同时还增加了第一导电纤维的设置的工艺难度，基于此，使得第一导电纤维插入第一磷酸锰铁锂层的深度为2μm-6μm，如此，既能提高多层复合极片的结构强度，又能改善界面电阻，还能简化第一导电纤维的设置的工艺难度。
17.在第一方面可能的实现方式中，所述第三磷酸锰铁锂层中的金属锰的元素含量分别小于所述第二磷酸锰铁锂层中的金属锰的元素含量和所述第一磷酸锰铁锂层中的金属锰的元素含量。
18.由于第三磷酸锰铁锂层位于多层复合极片的最外侧，且在储能装置循环中，第三磷酸锰铁锂层能够与电解液直接接触，因此，通过使得第三磷酸锰铁锂层中的金属锰的元素含量分别小于第二磷酸锰铁锂层中的金属锰的元素含量和第一磷酸锰铁锂层中的金属锰的元素含量，能够在储能装置的充放电循环中减少金属锰溶出的量，从而改善储能装置的循环性能。
19.在第一方面可能的实现方式中，所述第二磷酸锰铁锂层中的金属锰的元素含量小于所述第一磷酸锰铁锂层中的金属锰的元素含量。
20.由于随着储能装置循环次数的增加，第二磷酸锰铁锂层及第一磷酸锰铁锂层中的金属锰将会慢慢与电解液接触，因此，使得第二磷酸锰铁锂层中的金属锰的元素含量小于第一磷酸锰铁锂层中的金属锰的元素含量，能够在保证储能装置的能量密度的前提下，减少金属锰溶出，进一步改善了储能装置的循环性能。
21.在第一方面可能的实现方式中，所述第一磷酸锰铁锂层的层厚为30μm-50μm；和/或，所述第二磷酸锰铁锂层的层厚为20μm-30μm；和/或，所述第三磷酸锰铁锂层的层厚为30μm-40μm。
22.当第一磷酸锰铁锂层的厚度小于30μm，储能装置的循环性能较差，当第一磷酸锰铁锂层大于50μm时，由于第一磷酸锰铁锂层的厚度较厚，因此，增加了第一磷酸锰铁锂层的加工的工艺难度，基于此，使得第一磷酸锰铁锂层的厚度为30μm-50μm，如此，既能改善储能装置的循环性能，又能简化第一磷酸锰铁锂层的加工工艺难度。
23.另外，当第二磷酸锰铁锂层的厚度小于20μm，同样会影响储能装置的循环性能，当第二磷酸锰铁锂层的厚度大于30μm，将会使多层复合极片的整体厚度较厚，进而影响储能装置的能量密度，基于此，使得第二磷酸锰铁锂层的层厚为20μm-30μm，如此，既能改善储能装置的循环性能，又能改善储能装置的能量密度。
24.此外，当第三磷酸锰铁锂层的厚度小于30μm时，在储能装置循环充放电的过程中，电解液极容易穿过第三磷酸锰铁锂层，从而增加金属锰的溶出，不利于储能装置的循环性能的提升，当第三磷酸锰铁锂层的厚度大于40μm时，将导致多层复合极片的整体厚度较大，从而不利于改善储能装置的能量密度，基于此，使得第三磷酸锰铁锂层的层厚为30μm-40μm，如此，既能改善储能装置的能量密度，又能改善储能装置的循环性能。
25.第二方面，本发明还提供了一种储能装置，储能装置包括第一方面的多层复合极片。由此，储能装置的能量密度高，综合性能好。
26.第三方面，本发明还提供了一种多层复合极片的制备方法，所述制备方法用于制备第一方面所述的多层复合极片，所述制备方法包括：步骤一、在正极集流体上涂覆第一磷酸锰铁锂层；步骤二、以与第一方向呈第一锐角夹角r1的方向向所述第一磷酸锰铁锂层背离所述正极集流体的一侧表面插入第一导电纤维，并使得所述第一导电纤维的部分伸出于所述第一磷酸锰铁锂层背离所述正极集流体的一侧表面；步骤三、向所述第一磷酸锰铁锂层插有所述第一导电纤维的一侧涂覆第二磷酸锰铁锂层，以使伸出所述第一磷酸锰铁锂层的所述第一导电纤维以与所述第一方向呈所述第一锐角夹角r1的方向插入所述第二磷酸锰铁锂层内；步骤四、以与所述第一方向呈第二锐角夹角r2的方向向所述第二磷酸锰铁锂层背离所述正极集流体的一侧表面插入第二导电纤维，并使得所述第二导电纤维的部分伸出于所述第二磷酸锰铁锂层背离所述正极集流体的一侧表面；步骤五、向所述第二磷酸锰铁锂层插有所述第二导电纤维的一侧涂覆第三磷酸锰铁锂层，以使伸出所述第二磷酸锰铁锂层的所述第二导电纤维以与所述第一方向呈所述第二锐角夹角r2的方向插入所述第三磷酸锰铁锂层内。
27.在往第一磷酸锰铁锂层涂覆第二磷酸锰铁锂层之前，先在第一磷酸锰铁锂层上设置与第一方向呈第一锐角夹角r1的第一导电纤维，在往第二磷酸锰铁锂层涂覆第三磷酸锰铁锂层之前，先在第二磷酸锰铁锂层设置与第一方向呈第二锐角夹角r2的第二导电纤维，由此，一方面相较于第二磷酸锰铁锂层直接贴合于第二磷酸锰铁锂层上，能够使得第一磷酸锰铁锂层和第二磷酸锰铁锂层之间通过第一导电纤维连接，从而提高了第一磷酸锰铁锂
层和第二磷酸锰铁锂层之间的连接稳定性，同理的，能够使得第二磷酸锰铁锂层和第三磷酸锰铁锂层之间通过第二导电纤维连接，从而提高了第二磷酸锰铁锂层和第三磷酸锰铁锂层之间的连接稳定性，进而提高了多层复合极片的结构强度。
28.另一方面，由于导电纤维由具有导电介质的化学纤维、金属丝或碳纤维等制成，因此，第一导电纤维能够降低第一磷酸锰铁锂层与第二磷酸锰铁锂层之间的界面电阻，第二导电纤维能够降低第二磷酸锰铁锂层与第三磷酸锰铁锂层之间的界面电阻，从而降低了多层复合极片的内阻，进而改善了多层复合极片形成的储能装置的电化学性能。
29.再一方面，由于第一导电纤维和第二导电纤维分别与第一方向呈第一锐角夹角r1及第二锐角夹角r2，因此，第一导电纤维插入第一磷酸锰铁锂层的部分对第一磷酸锰铁锂层的拉扯力具有沿第一磷酸锰铁锂层的层面方向的分力和第一方向的分力，可见，提高了第一导电纤维与第一磷酸锰铁锂层之间的连接强度，同理，提升了第一导电纤维与第二磷酸锰铁锂层之间的连接强度，由此，进一步改善了第一磷酸锰铁锂层与第二磷酸锰铁锂层之间的连接稳定性，同样的，第二导电纤维与第二磷酸锰铁锂层和第三磷酸锰铁锂层之间的连接强度得到了提升，因此，进一步改善了多层复合极片的结构强度。
30.在第二方面可能的实现方式中，所述步骤二包括：采用针管注射装置将所述第一导电纤维的一端以与所述第一方向呈所述第一锐角夹角r1插入所述第一磷酸锰铁锂层背离所述正极集流体的一侧表面内。
31.可见，通过采用针管注射装置将第一导电纤维插入第一磷酸锰铁锂层内的操作过程简单，操作效率较高。
32.在第二方面可能的实现方式中，所述制备方法包括：所述针管注射装置在所述第一磷酸锰铁锂层未完全干燥的状态下进行注射所述第一导电纤维。
33.由此，未完全干燥状态的第一磷酸锰铁锂层较软，能够使第一导电纤维插入第一磷酸锰铁锂层内的阻力较小，从而边缘形成交叉状态的第一导电纤维。
34.在第二方面可能的实现方式中，所述步骤二包括：提供两组所述针管注射装置；调节两组所述针管注射装置的注射方向在所述第一方向上呈镜像设置，以使两组所述针管注射装置的所述注射方向均与所述第一方向呈所述第一锐角夹角r1；采用两组所述针管注射装置分别向所述第一磷酸锰铁锂层背离所述正极集流体的一侧表面内插入与所述第一方向呈所述第一锐角夹角r1的所述第一导电纤维。
35.由此，通过设置第一方向呈第一锐角夹角r1的第一导电纤维，使得第一导电纤维插入第一磷酸锰铁锂层的部分对第一磷酸锰铁锂层的拉扯力具有沿第一磷酸锰铁锂层的层面方向的分力和第一方向的分力，可见，提高了第一导电纤维与第一磷酸锰铁锂层之间的连接强度，同理，提升了第一导电纤维与第二磷酸锰铁锂层之间的连接强度，由此，进一步改善了第一磷酸锰铁锂层与第二磷酸锰铁锂层之间的连接稳定性。
36.在第二方面可能的实现方式中，所述调节两组所述针管注射装置的注射方向在所述第一方向上呈镜像设置，以使两组所述针管注射装置的所述注射方向均与所述第一方向呈所述第一锐角夹角r1包括：调节两组所述针管注射装置的注射方向至均与所述第一方向呈25
°‑
55
°
夹角。
37.当第一锐角夹角r1小于25
°
时，第一导电纤维或第二导电纤维沿第一磷酸锰铁锂层的层面方向的分力较小，从而影响第一导电纤维对第一磷酸锰铁锂层或第二磷酸锰铁锂层在第一磷酸锰铁锂层的层面方向的拉力，或，影响了第二导电纤维对第二磷酸锰铁锂层或第三磷酸锰铁锂层在第一磷酸锰铁锂层的层面方向的拉力，进而影响多层复合极片的结构强度，而当第一锐角夹角r1大于55
°
时，第一导电纤维或第二导电纤维沿第一方向的分力较小，从而影响第一导电纤维对第一磷酸锰铁锂层或第二磷酸锰铁锂层在第一方向的拉力，或，影响了第二导电纤维对第二磷酸锰铁锂层或第三磷酸锰铁锂层在第一方向的拉力，进而影响多层复合极片中的多层磷酸锰铁锂层之间的连接稳定性，基于此，使得第一锐角夹角r1在25
°‑
55
°
之间，由此，既能保证多层复合极片的结构强度，又能改善多层磷酸锰铁锂层之间的连接稳定性。
38.在第二方面可能的实现方式中，所述步骤四包括：采用针管注射装置将所述第二导电纤维的一端以与所述第一方向呈所述第二锐角夹角r2插入所述第二磷酸锰铁锂层背离所述正极集流体的一侧表面内。
39.可见，通过采用针管注射装置将第二导电纤维插入第二磷酸锰铁锂层内的操作过程简单，操作效率较高。
40.第四方面，本发明还提供了一种储能装置的制备方法，所述制备方法包括：制备正极极片，所述正极极片为采用第三方面所述多层复合极片的制备方法制备；提供负极极片、隔膜；组装所述正极极片、所述隔膜和所述负极极片并卷绕形成卷绕式电极组件；提供端盖组件，并与所述卷绕式电极组件连接；提供壳体，将所述卷绕式电极组件装入所述壳体并将所述端盖组件与所述壳体焊接固定；提供电解液，将所述电解液注入所述壳体内部，经化成后封装；提供外包膜，包裹所述壳体外周壁，以形成储能装置单体。
41.由于储能装置制备方法中的正极极片采用第三方面中的多层复合极片的制备方法制备而成，因此，储能装置的制备方法所制备的储能装置的能量密度高，综合性能较好。
42.与现有技术相比，本技术至少具有如下有益效果：本技术中，由于在第一磷酸锰铁锂层和第二磷酸锰铁锂层之间设置有第一导电纤维，且第一导电纤维的一端插入第一磷酸锰铁锂层背离正极集流体的一侧表面内、另一端插入第二磷酸锰铁锂层朝向正极集流体的一侧表面内，在第二磷酸锰铁锂层和第三磷酸锰铁锂层之间设置第二导电纤维，且第二导电纤维的一端插入第二磷酸锰铁锂层背离正极集流体的一侧表面内、另一端插入第三磷酸锰铁锂层朝向正极集流体的一侧表面内，因此，一方面相较于第二磷酸锰铁锂层直接贴合于第二磷酸锰铁锂层上，能够使得第一磷酸锰铁锂层和第二磷酸锰铁锂层之间通过第一导电纤维连接，从而提高了第一磷酸锰铁锂层和第二磷酸锰铁锂层之间的连接稳定性，同理的，能够使得第二磷酸锰铁锂层和第三磷酸锰铁锂层之间通过第二导电纤维连接，从而提高了第二磷酸锰铁锂层和第三磷酸锰铁锂层之间的连接稳定性，进而提高了多层复合极片的结构强度。
43.另一方面，由于导电纤维由具有导电介质的化学纤维、金属丝或碳纤维等制成，因
此，通过第一导电纤维的一端插入第一磷酸锰铁锂层背离正极集流体的一侧表面内、另一端插入第二磷酸锰铁锂层朝向正极集流体的一侧表面内，且第二导电纤维的一端插入第二磷酸锰铁锂层背离正极集流体的一侧表面内、另一端插入第三磷酸锰铁锂层朝向正极集流体的一侧表面内，能够降低第一磷酸锰铁锂层与第二磷酸锰铁锂层之间的界面电阻，又能降低第二磷酸锰铁锂层与第三磷酸锰铁锂层之间的界面电阻，从而降低了多层复合极片的内阻，进而改善了多层复合极片形成的储能装置的电化学性能。
44.再一方面，由于第一导电纤维沿与第一方向呈第一锐角夹角r1的方向延伸，第二导电纤维沿与第一方向呈第二锐角夹角r2的方向延伸，因此，第一导电纤维插入第一磷酸锰铁锂层的部分对第一磷酸锰铁锂层的拉扯力具有沿第一磷酸锰铁锂层的层面方向的分力和第一方向的分力，可见，提高了第一导电纤维与第一磷酸锰铁锂层之间的连接强度，同理，提升了第一导电纤维与第二磷酸锰铁锂层之间的连接强度，由此，进一步改善了第一磷酸锰铁锂层与第二磷酸锰铁锂层之间的连接稳定性，同样的，第二导电纤维与第二磷酸锰铁锂层和第三磷酸锰铁锂层之间的连接强度得到了提升，因此，进一步改善了多层复合极片的结构强度。
附图说明
45.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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获得其他的附图。
46.图1为本发明实施例提供的多层复合极片的结构示意图；图2为图1中a处的局部放大示意图；图3为图1中b处的局部放大示意图；图4为本发明实施例提供的储能装置的电化学性能随第一导电纤维和第二导电纤维的插入深度变化的数据图；图5为本发明实施例提供的储能装置的电化学性能随第三磷酸锰铁锂层的厚度变化的数据图；图6为本发明实施例提供的多层复合极片的制备流程图；图7为本发明实施例提供的第一磷酸锰铁锂层形成时的结构示意图；图8为本发明实施例提供的第一导电纤维形成时的结构示意图；图9为本发明实施例提供的第二磷酸锰铁锂层形成时的结构示意图；图10为本发明实施例提供的第二导电纤维形成时的结构示意图；图11为本发明实施例提供的多层复合极片形成过程的结构示意图；图12为本发明实施例提供的针管注射装置设置第一导电纤维的结构示意图；图13为本发明实施例提供的第一导电纤维设置的流程图；图14为本发明实施例提供的储能装置的制备流程图。
47.附图标记说明：100-多层复合极片；110-正极集流体；120-第一磷酸锰铁锂层；130-第二磷酸锰铁锂层；140-第三磷酸锰铁锂层；150-第一导电纤维；160-第二导电纤维；170-针管注射装置。
具体实施方式
48.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
50.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
51.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
52.此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分（具体的种类和构造可能相同也可能不同），并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
53.正如本技术的背景技术所述的，随着储能装置的发展，对储能装置能量密度的要求越来越高，其中，磷酸锰铁锂具有与磷酸铁锂相同的材料安全性，且磷酸锰锂铁和磷酸铁锂的克容量相等，均为170mah/g，但因磷酸锰锂铁具有高于磷酸铁锂的电压平台，因此，磷酸锰锂铁的能量密度高于磷酸铁锂的能量密度。
54.为了制备能量密度较高的储能装置，相关技术中，将正极极片制备为多层复合极片，具体地，在正极集流体上依次层叠设置多层磷酸锰锂铁层，由于每相邻两磷酸锰铁锂层之间存在连接界面，因此，导致形成的多层复合极片的内阻较大。
55.为了解决背景技术中所提及的技术问题，本发明提供了一种多层复合极片、储能装置及制备方法，通过在第一磷酸锰铁锂层和第二磷酸锰铁锂层之间设置第一导电纤维，且使得第一导电纤维以与第一方向呈第一锐角夹角r1分别插入第一磷酸锰铁锂层和第二磷酸锰铁锂层内，如此，既能因第一导电纤维与第一方向呈第一锐角夹角r1而提高第一磷酸锰铁锂层和第二磷酸锰铁锂层之间的连接稳定性，又能因第一导电纤维具有导电能力而降低第一磷酸锰铁锂层与第二磷酸锰铁锂层之间的界面电阻，同理的，通过在第二磷酸锰铁锂层和第三磷酸锰铁锂层之间设置第二导电纤维，且使得第二导电纤维以与第一方向呈第二锐角夹角r2分别插入第二磷酸锰铁锂层和第三磷酸锰铁锂层内，如此，既能因第二导电纤维与第一方向呈第二锐角夹角r2而提高第二磷酸锰铁锂层和第三磷酸锰铁锂层之间的连接稳定性，又能因第二导电纤维具有导电能力而降低第二磷酸锰铁锂层与第三磷酸锰铁锂层之间的界面电阻，由此，既能提高多层复合极片的结构强度，又能降低多层磷酸锰铁锂层之间的界面电阻，从而降低了多层复合极片的内阻。
56.下面通过具体的实施例对本技术进行详细说明：
参见图1、图2及图3，本技术实施例提供了一种多层复合极片100，该多层复合极片100包括正极集流体110、第一磷酸锰铁锂层120、第二磷酸锰铁锂层130、第三磷酸锰铁锂层140、第一导电纤维150及第二导电纤维160，其中，第一磷酸锰铁锂层120层叠设置于正极集流体110上；第二磷酸锰铁锂层130层叠设置于第一磷酸锰铁锂层120背离正极集流体110的一侧表面；第三磷酸锰铁锂层140层叠设置于第二磷酸锰铁锂层130背离正极集流体110的一侧表面；第一导电纤维150的一端倾斜插入第一磷酸锰铁锂层120背离正极集流体110的一侧表面内、另一端倾斜插入第二磷酸锰铁锂层130朝向正极集流体110的一侧表面；第二导电纤维160的一端倾斜插入第二磷酸锰铁锂层130背离正极集流体110的一侧表面内、另一端倾斜插入第三磷酸锰铁锂层140朝向正极集流体110的一侧表面；其中，第一导电纤维150沿与第一方向呈第一锐角夹角r1的方向延伸，第二导电纤维160沿与第一方向呈第二锐角夹角r2的方向延伸，第一方向为正极集流体110指向第一磷酸锰铁锂层120的方向。
57.在本实施例中，由于在第一磷酸锰铁锂层120和第二磷酸锰铁锂层130之间设置有第一导电纤维150，且第一导电纤维150的一端插入第一磷酸锰铁锂层120背离正极集流体110的一侧表面内、另一端插入第二磷酸锰铁锂层130朝向正极集流体110的一侧表面内，在第二磷酸锰铁锂层130和第三磷酸锰铁锂层140之间设置第二导电纤维160，且第二导电纤维160的一端插入第二磷酸锰铁锂层130背离正极集流体110的一侧表面内、另一端插入第三磷酸锰铁锂层140朝向正极集流体110的一侧表面内，因此，一方面相较于第二磷酸锰铁锂层130直接贴合于第二磷酸锰铁锂层130上，能够使得第一磷酸锰铁锂层120和第二磷酸锰铁锂层130之间通过第一导电纤维150连接，从而提高了第一磷酸锰铁锂层120和第二磷酸锰铁锂层130之间的连接稳定性，同理的，能够使得第二磷酸锰铁锂层130和第三磷酸锰铁锂层140之间通过第二导电纤维160连接，从而提高了第二磷酸锰铁锂层130和第三磷酸锰铁锂层140之间的连接稳定性，进而提高了多层复合极片100的结构强度。
58.另一方面，由于导电纤维由具有导电介质的化学纤维、金属丝或碳纤维等制成，因此，通过第一导电纤维150的一端插入第一磷酸锰铁锂层120背离正极集流体110的一侧表面内、另一端插入第二磷酸锰铁锂层130朝向正极集流体110的一侧表面内，且第二导电纤维160的一端插入第二磷酸锰铁锂层130背离正极集流体110的一侧表面内、另一端插入第三磷酸锰铁锂层140朝向正极集流体110的一侧表面内，能够降低第一磷酸锰铁锂层120与第二磷酸锰铁锂层130之间的界面电阻，又能降低第二磷酸锰铁锂层130与第三磷酸锰铁锂层140之间的界面电阻，从而降低了多层复合极片100的内阻，进而改善了多层复合极片100形成的储能装置的电化学性能。
59.再一方面，由于第一导电纤维150沿与第一方向呈第一锐角夹角r1的方向延伸，第二导电纤维160沿与第一方向呈第二锐角夹角r2的方向延伸，因此，第一导电纤维150插入第一磷酸锰铁锂层120的部分对第一磷酸锰铁锂层120的拉扯力具有沿第一磷酸锰铁锂层120的层面方向的分力和第一方向的分力，可见，提高了第一导电纤维150与第一磷酸锰铁锂层120之间的连接强度，同理，提升了第一导电纤维150与第二磷酸锰铁锂层130之间的连接强度，由此，进一步改善了第一磷酸锰铁锂层120与第二磷酸锰铁锂层130之间的连接稳定性，同样的，第二导电纤维160与第二磷酸锰铁锂层130和第三磷酸锰铁锂层140之间的连接强度得到了提升，因此，进一步改善了多层复合极片100的结构强度。
60.需要说明的是，上述多层复合极片100是指正极集流体110上设置有多层磷酸锰铁
锂层的极片，即三层或者三层以上的磷酸锰铁锂层依次层叠设置于正极集流体110上，且每相邻两层磷酸锰铁锂层之间均设置有导电纤维，另外，上述第一磷酸锰铁锂层120、第二磷酸锰铁锂层130及第三磷酸锰铁锂层140并不能理解是对多层复合极片100中的磷酸锰铁锂层的层数的限定，同理的，第一导电纤维150和第二导电纤维160也不能理解是多层复合极片100中的导电纤维的层数的限定，导电纤维的层数与磷酸锰铁锂层的层数有关系，即磷酸锰铁锂层的层数越多，例如，第四磷酸锰铁锂层、第五磷酸锰铁锂层等，那么对应的导电纤维也存在第三磷酸锰铁锂、第四导电纤维等。
61.另外，上述第一方向是指垂直于第一磷酸锰铁锂层120的层面的方向，即为图1中x箭头所示的方向，也即是，正极集流体110指向第一磷酸锰铁锂层120、或第一磷酸锰铁锂层120指向正极集流体110、或第一磷酸锰铁锂层120指向第二磷酸锰铁锂层130、或第二磷酸锰铁锂层130指向第三磷酸锰铁锂层140等的方向。
62.此外，上述第一锐角夹角r1和第二锐角夹角r2可以相等，也可以不等，在此不做限定。
63.再，上述第一导电纤维150和第二导电纤维160均包括多个，多个第一导电纤维150间隔分布于第一磷酸锰铁锂层120背离正极集流体110的一侧表面，且第一导电纤维150的数量越多，每相邻两个第一导电纤维150之间的间距越小，第一导电纤维150对改善第一磷酸锰铁锂层120和第二磷酸锰铁锂层130之间的界面电阻的效果越显著。同理的，第二导电纤维160分布于第二磷酸锰铁锂层130背离正极集流体110的一侧表面内，第二导电纤维160的数量越多，第二导电纤维160对改善第二磷酸锰铁锂层130和第三磷酸锰铁锂层140之间的界面电阻的效果越显著。在此对第一导电纤维150的数量及每相邻两个第一导电纤维150之间的间距不作限定，以及，对第二导电纤维160的数量即每相邻两个第二导电纤维160的之间的间距不作限定，本领域技术人员可根据导第一电纤维和第二导电纤维160分别对多层复合极片100的结构强度以及界面电阻的改善程度进行规划。
64.在一些可能的实施例中，第一锐角夹角r1和第二锐角夹角r2均在25
°‑
55
°
之间。
65.当第一锐角夹角r1和第二锐角夹角r2小于25
°
时，第一导电纤维150或第二导电纤维160沿第一磷酸锰铁锂层120的层面方向的分力较小，从而影响第一导电纤维150对第一磷酸锰铁锂层120或第二磷酸锰铁锂层130在第一磷酸锰铁锂层120的层面方向的拉力，或，影响了第二导电纤维160对第二磷酸锰铁锂层130或第三磷酸锰铁锂层140在第一磷酸锰铁锂层120的层面方向的拉力，进而影响多层复合极片100的结构强度，而当第一锐角夹角r1和第二锐角夹角r2大于55
°
时，第一导电纤维150或第二导电纤维160沿第一方向的分力较小，从而影响第一导电纤维150对第一磷酸锰铁锂层120或第二磷酸锰铁锂层130在第一方向的拉力，或，影响了第二导电纤维160对第二磷酸锰铁锂层130或第三磷酸锰铁锂层140在第一方向的拉力，进而影响多层复合极片100中的多层磷酸锰铁锂层之间的连接稳定性，基于此，使得第一锐角夹角r1和第二锐角夹角r2在25
°‑
55
°
之间，由此，既能保证多层复合极片100的结构强度，又能改善多层磷酸锰铁锂层之间的连接稳定性。
66.示例地，第一锐角夹角r1为25
°
、28
°
、30
°
、35
°
、38
°
、40
°
、45
°
、48
°
、50
°
、55
°
等，特别的，当第一锐角夹角r1和第二锐角夹角r2为45
°
时，第一导电纤维150和第二导电纤维160在第一方向和第一磷酸锰铁锂层120的层面方向上的分力相同，此时，第一导电纤维150和第二导电纤维160对改善多层复合极片100的结构强度及多层磷酸锰铁锂层之间的连接稳定
性的效果较佳。
67.在一种可能的实施例中，层叠设置的第一磷酸锰铁锂层120和第二磷酸锰铁锂层130在第一方向上的剖切面为第一切面（图1中a1所示的区域），第一切面中的第一导电纤维150呈交叉状态；层叠设置的第二磷酸锰铁锂层130和第三磷酸锰铁锂层140在第一方向上的剖切面为第二切面（图1中a2所示的区域），第二切面中的第二导电纤维呈交叉状态。
68.由此，通过第一导电纤维150在第一切面中以及第二导电纤维160在第二切面中均呈交叉状态，能够提高第一导电纤维150和第二导电纤维160的结构强度，从而提高第一磷酸锰铁锂层120和第二磷酸锰铁锂层130之间接合强度，以及提高第二磷酸锰铁锂层130和第三磷酸锰铁锂层140之间的接合强度。
69.其中，第一切面中的第一导电纤维150呈交叉状态，应理解，沿多层复合极片100的宽度方向，多个第一导电纤维150中每相邻两个第一导电纤维150以第一方向为基准线呈镜像设置，且每相邻两个第一导电纤维150在其延伸方向上靠近中部的位置交叉，即多个第一导电纤维150在多层复合极片100的宽度方向上形成交叉编织的导电纤维层。第二导电纤维160的交叉设置与第一导电纤维150呈交叉设置相同，在此不作重复赘述。
70.在一些可能的实施例中，参见图2和图3，第一导电纤维150插入第一磷酸锰铁锂层120内的深度与插入第二磷酸锰铁锂层130内的深度相同；和/或，第二导电纤维插入第二磷酸锰铁锂层130内的深度与插入第三磷酸锰铁锂层140内的深度相同。
71.需要说明的是，上述插入深度是指在第一方向上第一导电纤维150伸入第一磷酸锰铁锂层120、第二磷酸锰铁锂层130的距离，或第二导电纤维160在第一方向上伸入第二磷酸锰铁锂层130、第三磷酸锰铁锂层140的距离。
72.当第一导电纤维150插入第一磷酸锰铁锂层120内的深度与插入第二磷酸锰铁锂层130内的深度相同时，能够使得第一导电纤维150对第一磷酸锰铁锂层120的拉力和对第二磷酸锰铁锂层130的拉力相同，同样的，当第二导电纤维插入第二磷酸锰铁锂层130内的深度与插入第三磷酸锰铁锂层140内的深度相同时，能够使得第二导电纤维160对第二磷酸锰铁锂层130的拉力和对第三磷酸锰铁锂层140的拉力相同，进一步改善了多层复合极片100的结构强度，并且改善了多层复合极片100的内阻。
73.在一些可能的实施例中，参见图2和图3，第一导电纤维150插入第一磷酸锰铁锂层120内的深度为2μm-6μm，和/或，第二导电纤维160插入第二磷酸锰铁锂层130内的深度为2μm-6μm。
74.其中，第一导电纤维150插入第一磷酸锰铁锂层120内的深度为图3中a所示的距离，第二导电纤维160插入第二磷酸锰铁锂层130内的深度为图2中b所示的距离。
75.当第一导电纤维150插入第一磷酸锰铁锂层120的深度小于2μm时，一方面，由于第一导电纤维150插入第一磷酸锰铁锂层120内的深度较浅，从而对改善多层复合极片100的结构强度的效果较弱，另一方面，对改善第一磷酸锰铁锂层120和第二磷酸锰铁锂层130之间的界面电阻的效果也较弱，当第一导电纤维150插入第一磷酸锰铁锂层120的深度大于6μm时，虽然第一导电纤维150能够增强多层复合极片100的结构强度，但是，对改善第一磷酸锰铁锂层120和第二磷酸锰铁锂层130之间的界面电阻的效果减弱了，同时还增加了第一导电纤维150的设置的工艺难度，基于此，使得第一导电纤维150插入第一磷酸锰铁锂层120的
深度为2μm-6μm，如此，既能提高多层复合极片100的结构强度，又能改善界面电阻，还能简化第一导电纤维150的设置的工艺难度。
76.同理的，第二导电纤维160在2μm-6μm时，既能提高多层复合极片100的结构强度，又能改善界面电阻，还能简化第二导电纤维160的设置的工艺难度。
77.示例地，第一导电纤维150或第二导电纤维160的插入深度可以为2μm、3μm、4μm、5μm、6μm等。
78.另外，如4图所示，通过对上述实施例中的多层复合极片100制备的储能装置进行电化学性能测试，具体的，对该储能装置采用电池测试仪进行电化学性能的测试，其中，图4中的剥离力测试是指截取20mm*70mm的多层复合极片100，用3m双面胶带粘住第三磷酸锰铁锂层140，并通过高铁拉力机以应变速率为10mm/min进行180
°
剥离测试，其结果以长度方向的剥离力的平均值为准，图4中的容量保持率的计算方式是指1c充放电测试中，以第一圈的容量为初始容量，第150圈的容量除以初始容量得到的容量保持率的数值。
79.对采用上述实施例中的多层复合极片100制备的储能装置和经过简单涂覆形成的多层复合极片100（即多层磷酸锰铁锂层中每相邻两层磷酸锰铁锂层之间未设置导电纤维）制备的储能装置分别进行试验测试，具体的，将第一导电纤维150和第二导电纤维160的插入深度分别为2μm、3μm、4μm、5μm、6μm进行测试，得到如4图所示的数据。
80.由图4可见，随着第一导电纤维150和第二导电纤维160插入深度的增加，储能装置的电化学性能先增加在降低，具体的，在第一导电纤维150和第二导电纤维160插入深度由2μm至5μm时，随着第一导电纤维150和第二导电纤维160插入深度的增加，储能装置的电化学性能增加，在第一导电纤维150和第二导电纤维160插入深度由5μm至6μm时，随着第一导电纤维150和第二导电纤维160插入深度的增加，储能装置的电化学性能降低，由此，在第一导电纤维150和第二导电纤维160插入深度为5μm时，储能装置的电化学性能较佳。另外，随着第一导电纤维150和第二导电纤维160插入深度，剥离力也发生了变化，由图4可以看出，当第一导电纤维150和第二导电纤维160插入深度为5μm时，剥离力最大，说明此状态下，多层复合极片100的结构强度较佳。此外，随着第一导电纤维150和第二导电纤维160插入深度，内阻也发生了变化，由图4可以看出，在第一导电纤维150和第二导电纤维160插入深度超过5μm时，多层复合极片100的内阻将不在降低，综合所述，当第一导电纤维150和第二导电纤维160插入深度为5μm时，多层复合极片100的结构强度、内阻及电化学性能均较佳。
81.并且，对比于对比例中通过简单涂覆形成的多层复合极片100，本实施例中的多层复合极片100的结构强度较高、内阻较小、电化学性能较佳。
82.值得注意的是，对比例中的多层复合极片100的制备方法包括：首先，制备厚度为30μm的第一磷酸锰铁锂层120（与本实施例中的第一磷酸锰铁锂层120中的金属锰的元素含量相同），然后在第一磷酸锰铁锂层120上涂覆设置厚度为20μm的第二磷酸锰铁锂层130（与本实施例中的第二磷酸锰铁锂层130中的金属锰的元素含量相同），最后在第二磷酸锰铁锂层130涂覆设置厚度为20μm的第三磷酸锰铁锂层140（与本实施例中的第三磷酸锰铁锂层140中的金属锰的元素含量相同）。
83.在一些可能的实施例中，第三磷酸锰铁锂层140中的金属锰的元素含量分别小于第二磷酸锰铁锂层130中的金属锰的元素含量和第一磷酸锰铁锂层120中的金属锰的元素含量。
84.由于第三磷酸锰铁锂层140位于多层复合极片100的最外侧，且在储能装置循环中，第三磷酸锰铁锂层140能够与电解液直接接触，因此，通过使得第三磷酸锰铁锂层140中的金属锰的元素含量分别小于第二磷酸锰铁锂层130中的金属锰的元素含量和第一磷酸锰铁锂层120中的金属锰的元素含量，能够在储能装置的充放电循环中减少金属锰溶出的量，从而改善储能装置的循环性能。
85.示例地，磷酸锰铁锂的化学式为limnxfe1-xpo4，其中，第三磷酸锰铁锂层140中的金属锰符合0.2《x《0.4，而第二磷酸锰铁锂层130和第一磷酸锰铁锂层120中的金属锰符合x＞0.4。
86.在一些可能的实施例中，第二磷酸锰铁锂层130中的金属锰的元素含量小于第一磷酸锰铁锂层120中的金属锰的元素含量。
87.由于随着储能装置循环次数的增加，第二磷酸锰铁锂层130及第一磷酸锰铁锂层120中的金属锰将会慢慢与电解液接触，因此，使得第二磷酸锰铁锂层130中的金属锰的元素含量小于第一磷酸锰铁锂层120中的金属锰的元素含量，能够在保证储能装置的能量密度的前提下，减少金属锰溶出，进一步改善了储能装置的循环性能。
88.接着上述的举例，第二磷酸锰铁锂层130中的金属锰符合0.4《x《0.6，第一磷酸锰铁锂层120中的金属锰符合0.6《x《0.8。
89.在一些可能的实施例中，第一磷酸锰铁锂层120的层厚为30μm-50μm；和/或，第二磷酸锰铁锂层130的层厚为20μm-30μm；和/或，第三磷酸锰铁锂层140的层厚为30μm-40μm。
90.其中，第一磷酸锰铁锂层120的厚度图1中的c所表示的距离，第二磷酸锰铁锂层130的厚度为图1中d所表示的距离，第三磷酸锰铁锂层140的厚度是图1中所e表示的距离。
91.当第一磷酸锰铁锂层120的厚度小于30μm，储能装置的循环性能较差，当第一磷酸锰铁锂层120大于50μm时，由于第一磷酸锰铁锂层120的厚度较厚，因此，增加了第一磷酸锰铁锂层120的加工的工艺难度，基于此，使得第一磷酸锰铁锂层120的厚度为30μm-50μm，如此，既能改善储能装置的循环性能，又能简化第一磷酸锰铁锂层120的加工工艺难度。
92.另外，当第二磷酸锰铁锂层130的厚度小于20μm，同样会影响储能装置的循环性能，当第二磷酸锰铁锂层130的厚度大于30μm，将会使多层复合极片100的整体厚度较厚，进而影响储能装置的能量密度，基于此，使得第二磷酸锰铁锂层130的层厚为20μm-30μm，如此，既能改善储能装置的循环性能，又能改善储能装置的能量密度。
93.此外，当第三磷酸锰铁锂层140的厚度小于30μm时，在储能装置循环充放电的过程中，电解液极容易穿过第三磷酸锰铁锂层140，从而增加金属锰的溶出，不利于储能装置的循环性能的提升，当第三磷酸锰铁锂层140的厚度大于40μm时，将导致多层复合极片100的整体厚度较大，从而不利于改善储能装置的能量密度，基于此，使得第三磷酸锰铁锂层140的层厚为30μm-40μm，如此，既能改善储能装置的能量密度，又能改善储能装置的循环性能。
94.结合图4和图5，当第一磷酸锰铁锂层120为30μm，在第二磷酸锰铁锂层130的厚度约为20μm-30μm，当第三磷酸锰铁锂层140的厚度由30μm增加到50μm的不同状态下，随着第三磷酸锰铁锂层140的厚度的增加，储能装置的电化学性能先增加后下降，也就是说，在第三磷酸锰铁锂层140的厚度由30μm增加至40μm时，储能装置的电化学性能随第三磷酸锰铁锂层140的厚度的增加而增加，在第三磷酸锰铁锂层140的厚度由40μm增加至50μm时，储能装置的电化学性能随第三磷酸锰铁锂层140的厚度的增加而降低，因此，第三磷酸锰铁锂层
140的厚度不应小于。另外，随着第三磷酸锰铁锂层140的厚度的增加，复合双层极片的剥离力逐渐减小40μm，多层复合极片100的内阻也逐渐增加。
95.另外，随着第三磷酸锰铁锂层140的厚度的增加，剥离力也发生了变化，由图5可以看出，当第三磷酸锰铁锂层140为30μm时，剥离力最大，说明此状态下，多层复合极片100的结构强度较佳。此外，随着第三磷酸锰铁锂层140的厚度的增加，内阻也发生了变化，由图5可以看出，在第三磷酸锰铁锂层140的厚度越大，多层复合极片100的内阻越大。
96.并且，对比与对比例中简单涂覆形成的多层复合极片100，本实施例中的多层复合极片100的结构强度较高、内阻较小、电化学性能较佳。
97.参见图6，本技术实施例还提供了一种多层复合极片100的制备方法，该制备方法用于制备上述实施例中的多层复合极片100，该制备方法包括：s100、在正极集流体上涂覆第一磷酸锰铁锂层。
98.具体地，首先，称取质量比为95%：2%：3%的磷酸锰铁锂（limnxfe1-xpo4且0.6《x《0.8）、导电炭黑、聚偏氟乙烯于搅拌罐中，并向搅拌罐中加入适量的n-甲基吡咯烷酮，然后，启动搅拌罐进行搅拌一定的时间，例如，搅拌6小时，以得到粘度合适的第一浆料，最后通过该挤压的方式将第一浆料均匀涂布在正极集流体110上，以形成如图7所示的第一磷酸锰铁锂层120。
99.s200、以与第一方向呈第一锐角夹角r1的方向向第一磷酸锰铁锂层背离正极集流体的一侧表面插入第一导电纤维，并使得第一导电纤维的部分伸出于第一磷酸锰铁锂层背离正极集流体的一侧表面。
100.具体地，首先将第一导电纤维150溶于n-甲基吡咯烷酮中，然后进行搅拌一定的时间，以得到混合均匀的第一导电纤维150的浆料，然后采用辅助装置将该第一导电纤维150的浆料以与第一方向呈第一锐角夹角r1的方向向第一磷酸锰铁锂层120背离正极集流体110的一侧表面插入内，并使得部分第一导电纤维150伸出第一磷酸锰铁锂层120背离正极集流体110的一侧表面内，如图8所示。
101.s300、向第一磷酸锰铁锂层插有第一导电纤维的一侧涂覆第二磷酸锰铁锂层，以使伸出第一磷酸锰铁锂层的第一导电纤维以与第一方向呈第一锐角夹角r1的方向插入第二磷酸锰铁锂层内。
102.具体地，首先，称取质量比为95%：2%：3%的磷酸锰铁锂（limnxfe1-xpo4且0.4《x《0.6）、导电炭黑、聚偏氟乙烯于搅拌罐中，并向搅拌罐中加入适量的n-甲基吡咯烷酮，然后，启动搅拌罐进行搅拌一定的时间，例如，搅拌6小时，以得到粘度合适的第二浆料，最后通过该挤压的方式将第二浆料均匀涂布在第一磷酸锰铁锂层120上，以形成如图9所示的第二磷酸锰铁锂层130。
103.另外，由于第一磷酸锰铁锂层120背离正极集流体110的一侧表面设置有与第一方向呈第一锐角夹角r1的第一导电纤维150，且第一导电纤维150的部分伸出第一磷酸锰铁锂层120，因此，伸出第一磷酸锰铁锂层120的第一导电纤维150将以与第一方向呈第一锐角夹角r1的方向插入第二磷酸锰铁锂层130内。
104.s400、以与第一方向呈第二锐角夹角r2的方向向第二磷酸锰铁锂层背离正极集流体的一侧表面插入第二导电纤维，并使得第二导电纤维的部分伸出于第二磷酸锰铁锂层背离正极集流体的一侧表面。
105.具体地，首先将第二导电纤维160溶于n-甲基吡咯烷酮中，然后进行搅拌一定的时间，以得到混合均匀的第二导电纤维160的浆料，然后采用辅助装置将该第二导电纤维160的浆料以与第一方向呈第二锐角夹角r2的方向向第二磷酸锰铁锂层130背离正极集流体110的一侧表面插入内，并使得部分第二导电纤维160伸出第二磷酸锰铁锂层130背离正极集流体110的一侧表面内，如图10所示。
106.s500、向第二磷酸锰铁锂层插有第二导电纤维的一侧涂覆第三磷酸锰铁锂层，以使伸出第二磷酸锰铁锂层的第二导电纤维以与第一方向呈第二锐角夹角r2的方向插入第三磷酸锰铁锂层内。
107.具体地，首先，称取质量比为95%：2%：3%的磷酸锰铁锂（limnxfe1-xpo4且0.2《x《0.4）、导电炭黑、聚偏氟乙烯于搅拌罐中，并向搅拌罐中加入适量的n-甲基吡咯烷酮，然后，启动搅拌罐进行搅拌一定的时间，例如，搅拌6小时，以得到粘度合适的第三浆料，最后通过该挤压的方式将第三浆料均匀涂布在第二磷酸锰铁锂层130上，以形成如图11所示的第三磷酸锰铁锂层140。
108.另外，由于第二磷酸锰铁锂层130背离正极集流体110的一侧表面设置有与第一方向呈第二锐角夹角r2的第二导电纤维160，且第二导电纤维160的部分伸出第二磷酸锰铁锂层130，因此，伸出第二磷酸锰铁锂层130的第二导电纤维160将以与第一方向呈第二锐角夹角r2的方向插入第三磷酸锰铁锂层140内。
109.在本实施例中，在往第一磷酸锰铁锂层120涂覆第二磷酸锰铁锂层130之前，先在第一磷酸锰铁锂层120上设置与第一方向呈第一锐角夹角r1的第一导电纤维150，在往第二磷酸锰铁锂层130涂覆第三磷酸锰铁锂层140之前，先在第二磷酸锰铁锂层130设置与第一方向呈第二锐角夹角r2的第二导电纤维160，由此，一方面相较于第二磷酸锰铁锂层130直接贴合于第二磷酸锰铁锂层130上，能够使得第一磷酸锰铁锂层120和第二磷酸锰铁锂层130之间通过第一导电纤维150连接，从而提高了第一磷酸锰铁锂层120和第二磷酸锰铁锂层130之间的连接稳定性，同理的，能够使得第二磷酸锰铁锂层130和第三磷酸锰铁锂层140之间通过第二导电纤维160连接，从而提高了第二磷酸锰铁锂层130和第三磷酸锰铁锂层140之间的连接稳定性，进而提高了多层复合极片100的结构强度。
110.另一方面，由于导电纤维由具有导电介质的化学纤维、金属丝或碳纤维等制成，因此，第一导电纤维150能够降低第一磷酸锰铁锂层120与第二磷酸锰铁锂层130之间的界面电阻，第二导电纤维160能够降低第二磷酸锰铁锂层130与第三磷酸锰铁锂层140之间的界面电阻，从而降低了多层复合极片100的内阻，进而改善了多层复合极片100形成的储能装置的电化学性能。
111.再一方面，由于第一导电纤维150与第一方向呈第一锐角夹角r1，第二导电纤维160与第一方向呈第二锐角夹角r2，因此，第一导电纤维150插入第一磷酸锰铁锂层120的部分对第一磷酸锰铁锂层120的拉扯力具有沿第一磷酸锰铁锂层120的层面方向的分力和第一方向的分力，可见，提高了第一导电纤维150与第一磷酸锰铁锂层120之间的连接强度，同理，提升了第一导电纤维150与第二磷酸锰铁锂层130之间的连接强度，由此，进一步改善了第一磷酸锰铁锂层120与第二磷酸锰铁锂层130之间的连接稳定性，同样的，第二导电纤维160与第二磷酸锰铁锂层130和第三磷酸锰铁锂层140之间的连接强度得到了提升，因此，进一步改善了多层复合极片100的结构强度。
112.在一些可能的实施例中，关于上述实施例中的以与第一方向呈第一锐角夹角r1的方向向第一磷酸锰铁锂层120背离正极集流体110的一侧表面插入第一导电纤维150的制备方法包括：采用针管注射装置170将第一导电纤维150的一端以与第一方向呈第一锐角夹角r1插入第一磷酸锰铁锂层120背离正极集流体110的一侧表面内。
113.具体地，当采用针管注射装置170将第一导电纤维150插入第一磷酸锰铁锂层120内的过程中，控制针管注射装置170的注射量、移动速度及注射频率将第一导电纤维150的浆料伸入第一磷酸锰铁锂层120的内部，以将第一导电纤维150插入第一磷酸锰铁锂层120的内部。
114.可见，通过采用针管注射装置170将第一导电纤维150插入第一磷酸锰铁锂层120内的操作过程简单，操作效率较高。
115.在一些可能的实施例中，该制备方法包括：针管注射装置170在第一磷酸锰铁锂层120未完全干燥的状态下进行注射第一导电纤维150。
116.由此，未完全干燥状态的第一磷酸锰铁锂层120较软，能够使第一导电纤维150插入第一磷酸锰铁锂层120内的阻力较小，从而边缘形成交叉状态的第一导电纤维150。
117.另外，未完全干燥状态的第一磷酸锰铁锂层120的湿度在30%左右，例如，未完全干燥状态的第一磷酸锰铁锂层120的湿度为30%、31%等。
118.当然，在注射第二导电纤维160时使第二磷酸锰铁锂层130处于未完全干燥的状态下进行。
119.在一些可能的实施例中，参见图12，以与第一方向呈第二锐角夹角r2的方向向第二磷酸锰铁锂层130背离正极集流体110的一侧表面插入第二导电纤维160包括：采用针管注射装置170将第二导电纤维160的一端以与第一方向呈第二锐角夹角r2插入第二磷酸锰铁锂层130背离正极集流体110的一侧表面内。
120.具体地，第二导电纤维160插入第二磷酸锰铁锂层130的原理与第一导电纤维150插入第一磷酸锰铁锂层120内的原理相同，具体可参见上述表述，在此不作重复阐述。
121.在一些可能的实施例中，参见图13，关于上述实施例中的采用针管注射装置170将第一导电纤维150的一端以与第一方向呈第一锐角夹角r1插入第一磷酸锰铁锂层120背离正极集流体110的一侧表面内的制备方法包括：s210、提供两组针管注射装置。
122.具体地，每组针管注射装置170能够同时注射多个第一导电纤维150，提高了第一导电纤维150的设置效率。
123.s220、调节两组针管注射装置的注射方向在第一方向上呈镜像设置，以使两组针管注射装置的注射方向均与第一方向呈第一锐角夹角r1。
124.具体地，在启动注射之前，先调节针管注射装置170的注射方向，可以是手动调节，也可以是自动调节，直至针管注射装置170的注射方向第一方向呈第一锐角夹角r1，这里的第一锐角夹角r1可以理解为锐角或钝角。
125.s230、采用两组针管注射装置分别向第一磷酸锰铁锂层背离正极集流体的一侧表面内插入与第一方向呈第一锐角夹角r1的第一导电纤维。
126.具体地，将调节注射方向的两组针管注射装置170移动至第一磷酸锰铁锂层120待设置第一导电纤维150的区域的正上方，另外，针管注射装置170包括储料仓，储料仓与注射
头连通且储料仓用于储存第一导电纤维150的浆料，对针管注射装置170加压挤压时，储料仓内的第一导电纤维150的浆料将通过注射头插入第一磷酸锰铁锂层120内。然后通过烘箱将设置有第一导电纤维150的第一磷酸锰铁锂层120进行充分干燥（烘箱的干燥温度约为120℃，干燥时间约5小时），以形成具有特殊分布第一导电纤维150的第一磷酸锰铁锂层120。
127.由此，通过设置第一方向呈第一锐角夹角r1的第一导电纤维150，使得第一导电纤维150插入第一磷酸锰铁锂层120的部分对第一磷酸锰铁锂层120的拉扯力具有沿第一磷酸锰铁锂层120的层面方向的分力和第一方向的分力，可见，提高了第一导电纤维150与第一磷酸锰铁锂层120之间的连接强度，同理，提升了第一导电纤维150与第二磷酸锰铁锂层130之间的连接强度，由此，进一步改善了第一磷酸锰铁锂层120与第二磷酸锰铁锂层130之间的连接稳定性。
128.另外，第二导电纤维160的设置工艺与第一导电纤维150的设置工艺相同，关于第二导电纤维160的制备工艺可参见上述第一导电纤维150的制备工艺，在此对第二导电纤维160的具体制备工艺不再重复阐述。
129.在一些可能的实施例中，调节两组针管注射装置170的注射方向，以使两组针管注射装置170的注射方向均与第一方向呈第一锐角夹角r1包括：调节两组针管注射装置170的注射方向至均与第一方向呈25
°‑
55
°
夹角。
130.具体地，分别调节两组针管注射装置170的注射方向，使得两组针管注射装置170的注射方向关于第一方向对称，这里的对称是指近似对称。
131.当两组针管注射装置170的注射方向至均与第一方向之间的夹角小于25
°
时，第一导电纤维150或第二导电纤维160沿第一磷酸锰铁锂层120的层面方向的分力较小，从而影响第一导电纤维150对第一磷酸锰铁锂层120或第二磷酸锰铁锂层130在第一磷酸锰铁锂层120的层面方向的拉力，或，影响了第二导电纤维160对第二磷酸锰铁锂层130或第三磷酸锰铁锂层140在第一磷酸锰铁锂层120的层面方向的拉力，进而影响多层复合极片100的结构强度，而当两组针管注射装置170的注射方向至均与第一方向之间的夹角大于55
°
时，第一导电纤维150或第二导电纤维160沿第一方向的分力较小，从而影响第一导电纤维150对第一磷酸锰铁锂层120或第二磷酸锰铁锂层130在第一方向的拉力，或，影响了第二导电纤维160对第二磷酸锰铁锂层130或第三磷酸锰铁锂层140在第一方向的拉力，进而影响多层复合极片100中的多层磷酸锰铁锂层之间的连接稳定性，基于此，使得两组针管注射装置170的注射方向至均与第一方向之间的夹角在25
°‑
55
°
之间，由此，既能保证多层复合极片100的结构强度，又能改善多层磷酸锰铁锂层之间的连接稳定性。
132.参加图14，本技术实施例还提供了一种储能装置的制备方法，该制备方法包括：s10、制备正极极片。
133.其中，正极极片为采用上述实施例中的多层复合极片100的制备方法制备所得，具体可参见上述实施例中的阐述，在此不作重复阐述。
134.s20、提供负极极片、隔膜。
135.s30、组装正极极片、隔膜和负极极片并卷绕形成卷绕式电极组件。
136.s40、提供端盖组件，并与卷绕式电极组件连接。
137.s50、提供壳体，将卷绕式电极组件装入壳体并将端盖组件与壳体焊接固定。
138.s60、提供电解液，将电解液注入壳体内部，经化成后封装。
139.s70、提供外包膜，包裹壳体外周壁，以形成储能装置单体。
140.由于储能装置制备方法中的正极极片采用上述实施例中的多层复合极片100的制备方法制备而成，因此，采用上述储能装置的制备方法所制备的储能装置的能量密度高，综合性能较好。
141.示例地，在极片性能测试中，组装纽扣电池进行测试，组装纽扣电池的具体过程为，首先，将正极极片和负极极片分别放入压力机中进行压制，以消除正极极片和负极极片中的真空气泡。然后，裁切压制后的正极极片和负极极片，以形成第一预设直径的正极圆片和第二预设直径的负极圆片（其中，第一预设直径小于第二预设直径），接着，采用打孔器分别裁切正极极片和负极极片，示例地，正极圆片的直径为15mm，也即是第一预设直径为15mm，负极圆片的直径为18mm，也即是第二预设直径为18mm。最后，将正极圆片、负极圆片分别放入充满保护气氛（如氩气）的手套箱中进行组装，然后，将正极圆片、负极圆片、聚乙烯隔膜及其它组件一起组装，然后注入电解液，以形成储能装置，其中电解液是指使用1mol/l六氟磷酸锂溶于摩尔比为1：1的碳酸亚乙酯与碳酸二乙酯中的混合溶剂中所得的溶液。通过第一预设直径小于第二预设直径，能够避免在负极极片上出现析锂，从而保证了制备的储能装置的性能。
142.本技术实施例还提供了一种储能装置，该储能装置包括上述实施例中的多层复合极片100。
143.需要说明的是，储能装置可以为锂电池、纽扣电池、动力电池等储能装置。当然，上述储能装置还可以采用上述储能装置的制备方法制备形成。
144.由此，储能装置的能量密度高，综合性能好。
145.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种多层复合极片，其特征在于，包括：正极集流体；第一磷酸锰铁锂层，所述第一磷酸锰铁锂层设置于所述正极集流体上；第二磷酸锰铁锂层，所述第二磷酸锰铁锂层设置于所述第一磷酸锰铁锂层背离所述正极集流体的一侧表面；第三磷酸锰铁锂层，所述第三磷酸锰铁锂层设置于所述第二磷酸锰铁锂层背离所述第一磷酸锰铁锂层的一侧表面；第一导电纤维，所述第一导电纤维的一端倾斜插入所述第一磷酸锰铁锂层背离所述正极集流体的一侧表面内、另一端倾斜插入所述第二磷酸锰铁锂层朝向所述正极集流体的一侧表面；第二导电纤维，所述第二导电纤维的一端倾斜插入所述第二磷酸锰铁锂层背离所述正极集流体的一侧表面内、另一端倾斜插入所述第三磷酸锰铁锂层朝向所述正极集流体的一侧表面；其中，所述第一导电纤维沿与第一方向呈第一锐角夹角r1的方向延伸，所述第二导电纤维沿与所述第一方向呈第二锐角夹角r2的方向延伸，所述第一方向为所述正极集流体的厚度方向。2.根据权利要求1所述的多层复合极片，其特征在于，所述第一锐角夹角r1和所述第二锐角夹角r2均在25
°‑
55
°
之间。3.根据权利要求1所述的多层复合极片，其特征在于，层叠设置的所述第一磷酸锰铁锂层和所述第二磷酸锰铁锂层在所述第一方向上的剖切面为第一切面，所述第一切面中的所述第一导电纤维呈交叉状态；层叠设置的所述第二磷酸锰铁锂层和所述第三磷酸锰铁锂层在所述第一方向上的剖切面为第二切面，所述第二切面中的所述第二导电纤维呈交叉状态。4.根据权利要求1所述的多层复合极片，其特征在于，所述第一导电纤维插入所述第一磷酸锰铁锂层内的深度与插入所述第二磷酸锰铁锂层内的深度相同；和/或，所述第二导电纤维插入所述第二磷酸锰铁锂层内的深度与插入所述第三磷酸锰铁锂层内的深度相同。5.根据权利要求4所述的多层复合极片，其特征在于，所述第一导电纤维插入所述第一磷酸锰铁锂层内的深度为2μm-6μm，和/或，所述第二导电纤维插入所述第二磷酸锰铁锂层内的深度为2μm-6μm。6.根据权利要求1所述的多层复合极片，其特征在于，所述第三磷酸锰铁锂层中的金属锰的元素含量分别小于所述第二磷酸锰铁锂层中的金属锰的元素含量和所述第一磷酸锰铁锂层中的金属锰的元素含量。7.根据权利要求6所述的多层复合极片，其特征在于，所述第二磷酸锰铁锂层中的金属锰的元素含量小于所述第一磷酸锰铁锂层中的金属锰的元素含量。8.根据权利要求1-7任一项所述的多层复合极片，其特征在于，所述第一磷酸锰铁锂层的层厚为30μm-50μm；和/或，所述第二磷酸锰铁锂层的层厚为20μm-30μm；和/或，所述第三磷酸锰铁锂层的层厚为30μm-40μm。
9.一种储能装置，其特征在于，包括如权利要求1-8中任意一项所述的多层复合极片。10.一种多层复合极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备权利要求1-8任一项所述的多层复合极片，所述制备方法包括：步骤一、在正极集流体上涂覆第一磷酸锰铁锂层；步骤二、以与第一方向呈第一锐角夹角r1的方向向所述第一磷酸锰铁锂层背离所述正极集流体的一侧表面插入第一导电纤维，并使得所述第一导电纤维的部分伸出于所述第一磷酸锰铁锂层背离所述正极集流体的一侧表面；步骤三、向所述第一磷酸锰铁锂层插有所述第一导电纤维的一侧涂覆第二磷酸锰铁锂层，以使伸出所述第一磷酸锰铁锂层的所述第一导电纤维以与所述第一方向呈所述第一锐角夹角r1的方向插入所述第二磷酸锰铁锂层内；步骤四、以与所述第一方向呈第二锐角夹角r2的方向向所述第二磷酸锰铁锂层背离所述正极集流体的一侧表面插入第二导电纤维，并使得所述第二导电纤维的部分伸出于所述第二磷酸锰铁锂层背离所述正极集流体的一侧表面；步骤五、向所述第二磷酸锰铁锂层插有所述第二导电纤维的一侧涂覆第三磷酸锰铁锂层，以使伸出所述第二磷酸锰铁锂层的所述第二导电纤维以与所述第一方向呈所述第二锐角夹角r2的方向插入所述第三磷酸锰铁锂层内。11.根据权利要求10所述的多层复合极片的制备方法，其特征在于，所述步骤二包括：采用针管注射装置将所述第一导电纤维的一端以与所述第一方向呈所述第一锐角夹角r1插入所述第一磷酸锰铁锂层背离所述正极集流体的一侧表面。12.根据权利要求11所述的多层复合极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：所述针管注射装置在所述第一磷酸锰铁锂层未完全干燥的状态下进行注射所述第一导电纤维。13.根据权利要求11所述的多层复合极片的制备方法，其特征在于，步骤二包括：提供两组所述针管注射装置；调节两组所述针管注射装置的注射方向在所述第一方向上呈镜像设置，以使两组所述针管注射装置的所述注射方向均与所述第一方向呈所述第一锐角夹角r1；采用两组所述注射装置分别向所述第一磷酸锰铁锂层背离所述正极集流体的一侧表面插入与所述第一方向呈所述第一锐角夹角r1的所述第一导电纤维。14.根据权利要求13所述的多层复合极片的制备方法，其特征在于，所述调节两组所述针管注射装置的注射方向在所述第一方向上呈镜像设置，以使两组所述针管注射装置的所述注射方向均与所述第一方向呈所述第一锐角夹角r1包括：调节两组所述针管注射装置的注射方向至均与所述第一方向呈25
°‑
55
°
的夹角。15.根据权利要求10所述的多层复合极片的制备方法，其特征在于，所述步骤四包括：采用针管注射装置将所述第二导电纤维的一端以与所述第一方向呈所述第二锐角夹角r2插入所述第二磷酸锰铁锂层背离所述正极集流体的一侧表面内。16.一种储能装置的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：制备正极极片，所述正极极片由权利要求10-15任一项所述的正极极片的制备方法制备；
提供负极极片、隔膜；组装所述正极极片、所述隔膜和所述负极极片并卷绕形成卷绕式电极组件；提供端盖组件，并与所述卷绕式电极组件连接；提供壳体，将所述卷绕式电极组件装入所述壳体并将所述端盖组件与所述壳体焊接固定；提供电解液，将所述电解液注入所述壳体内部，经化成后封装；提供外包膜，包裹所述壳体外周壁，以形成储能装置单体。

技术总结
本发明公开了一种多层复合极片、储能装置及制备方法，多层复合极片的第一磷酸锰铁锂层层叠设置于正极集流体，第二磷酸锰铁锂层层叠设置于第一磷酸锰铁锂层背离正极集流体的一侧表面，第三磷酸锰铁锂层层叠设置于第二磷酸锰铁锂层背离正极集流体的一侧表面，第一导电纤维的一端倾斜插入第一磷酸锰铁锂层的一侧表面、另一端倾斜插入第二磷酸锰铁锂层的一侧表面，第二导电纤维的一端倾斜插入第二磷酸锰铁锂层背离正极集流体的一侧表面内、另一端倾斜插入第三磷酸锰铁锂层朝向正极集流体的一侧表面，第一导电纤维沿与第一方向呈第一锐角夹角R1的方向延伸，第二导电纤维沿与第一方向呈第二锐角夹角R2的方向延伸。本申请能够缩小多层复合极片的内阻。多层复合极片的内阻。多层复合极片的内阻。


技术研发人员：谢炎崇
受保护的技术使用者：厦门海辰储能科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/7/12