本發明涉及電化學領域，具體涉及一種具有高載流子遷移性的正極及其在二次電池中的應用。
背景技術：
1、當前，能源需求激增導致化石燃料枯竭與環境污染加劇，嚴重阻礙綠色可持續發展。因此，可再生能源如太陽能、風能、地熱能與潮汐能，以其環保與減碳潛力，在全球范圍內獲得廣泛認可。這些能源不僅能緩解能源短缺，還減少碳足跡與有害排放，對環境保護至關重要。然而，可再生能源依賴自然條件，存在供應不穩定與儲存難題。為解決這些問題，科研與產業界正積極尋求高效、低成本的儲能方案，以穩定可再生能源供應。構建綠色可靠的儲能系統成為實現低碳環保與可持續發展的關鍵。因此，迫切需要開發高效能、經濟適用的先進儲能裝置，既提升儲能效率與壽命，又降低成本，確保其普及應用，為構建清潔、低碳、安全、高效的能源體系提供支撐。
2、金屬鋰因其較高的理論比容量（3860?mah?g–1）、低氧化還原電位（-3.04?v?vs.標準氫電極）和低密度（0.534?g?cm–3）的優點被認為是理想的負極材料(參見：yuping?wu等等，sustainable?release?of?mg(no3)2from?a?separator?boosts?the?electrochemicalperformance?of?lithium?metal?as?an?anode?for?secondary?batteries，energy&environmental?science，2024年第17卷，5461)，使得金屬鋰二次電池很有可能成為下一代商用電池。如今，鋰離子電池的應用范圍已廣泛拓展至便攜式電子設備、電動汽車乃至大規模儲能系統等多個領域，其影響力深遠而廣泛（參見：吳宇平.?鋰離子電池：應用與實踐[m].第二版.北京：化學工業出版社，2012年）。鋰離子電池獨特嵌入機制帶來低自放電、無記憶效應、操作簡便且性能可靠等優勢，奠定了在能源存儲領域的核心地位。此外，鈉、鉀等新型電池的提出拓寬了二次電池負極材料的選擇范圍，同時也能夠解決鋰資源有限的問題。但是，二次電池活性物質本身存在的電化學惰性的問題一直困擾著研究人員。比如：在鋰硫電池中硫單質本身的電導率僅為5×10-30s?cm-1，如此低的電導率必然導致活性硫物質很難被完全利用，進而影響電池性能。
3、為了解決二次電池中存在的上述問題，現有技術采用在二次電池正極用活性物質中摻入導電性好的碳材料，其能夠在一定程度上彌補活性物質本身的電化學惰性。然而，碳材料的引入并不能完全抑制活性物質的損失。高性能的正極還需被探究以保障二次電池的商業化應用。
4、將無機化合物基固體電解質（lfp、lco、lmo等）添加到正極中能夠有效提升其性能。但是，無機化合物基固體電解質本身的離子電導率有限，這導致了其難以最大程度的利用活性物質。
技術實現思路
1、本發明的目的是針對現有技術的不足，提出一種具有高載流子遷移性的正極，通過添加高載流子遷移性材料有效提升正極活性物質的利用率，從而將活性物質限制在正極側，減少活性物質的損失。
2、為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：
3、第一方面，本發明提供了一種具有高載流子遷移性的正極，所述正極中含有活性物質、導電碳材料、粘結劑和具有高載流子遷移性的功能添加劑，所述功能添加劑為第一功能添加劑或第二功能添加劑；
4、所述第一功能添加劑為不具有電化學活性（即不會發生鋰離子的可逆嵌入/脫嵌）的li(1-x)nxalo2氧化物（0≤x≤1，n=na、k或者si）；
5、所述第二功能添加劑為不同于所述活性物質的具有電化學活性的無機化合物。
6、進一步地，所述第二功能添加劑為li2mtio4（m=mn、fe或ni）、li3vo4、liv2o4、liv3o8、nav3o8、namno2、na4coo4、naco2o4、nacoo2、lixryfepo4（r=na、ni、co或mn，x＞0，y＞0）、nafepo4、vopo4、li3vpo4、liti2(po4)3、li2ti(po4)2、lifeso4f、liqbo3和li2qsio4（q=mn、fe、co或ni）中的一種或多種。
7、進一步地，所述功能添加劑為第三功能添加劑，所述第三功能添加劑為第一功能添加劑或第二功能添加劑被異種離子或原子摻雜形成的物質，或者第一功能添加劑或第二功能添加劑被異種材料包覆形成的物質，或者第一功能添加劑或第二功能添加劑與異種材料通過直接物理混合（如研磨、球磨等方式混合）形成的混合物，或者兩種或多種第一功能添加劑的混合物，或者兩種或多種第二功能添加劑的混合物。
8、其中，異種離子或原子可以是na、k、li、mg、si、s、se、n、ti、fe、co、ni、mn、in、cu、au、ag、zn、sn、n、f、p、mo、w、pt、cd、b、c、cl、v等中的一種或多種。
9、異種材料包括但不限于氧化物、硫化物、氮化物、各種形態的碳基材料或導電高分子材料等具有良好的電子電導性和離子電導性的材料。
10、進一步地，所述功能添加劑在正極中的含量為1-40?wt.%，優選為2-10?wt.%。
11、進一步地，所述功能添加劑的粒子尺寸為1?nm-40?μm，優選為1?nm-10?μm，更優選為1?nm-2?μm。
12、進一步地，所述活性物質為硫單質、硒粉、鋰鹽、鈉鹽、鉀鹽或者三元材料等中的一種，所述活性物質在正極中的含量＞50?wt.%。其中，鋰鹽選自鈷酸鋰、錳酸鋰、鈦酸鋰或者磷酸鐵鋰。
13、鈉鹽選自nasicon型聚陰離子化合物（na3v2(po4)3）、普魯士藍類化合物、?隧道型氧化物或層狀氧化物。
14、鉀鹽選自層狀過渡金屬氧化物、聚陰離子型材料、普魯士藍類似物或有機正極材料。
15、三元材料為nixcoymnzo2或nixcoyalzo2，x＞0，y＞0，z＞0。
16、進一步地，所述粘結劑為氟代烯烴的聚合物（例如聚偏二氟乙烯（pvdf））、丙烯酸酯類聚合物、環氧類聚合物、丙烯腈類聚合物、丁基橡膠或者纖維素等中的一種或者多種，所述粘結劑在正極中的含量為1-15?wt.%。
17、第二方面，本發明提供了前述的具有高載流子遷移性的正極在電化學儲能裝置中的應用，所述電化學儲能裝置為二次電池。
18、進一步地，所述二次電池為高能量密度的鋰離子電池、金屬鋰二次電池（如鋰硫電池）、鈉離子電池或鉀離子電池。
19、進一步地，所述二次電池的隔膜為聚合物膜，改性膜，固態膜中的一種；所述二次電池的負極活性材料為鋰（鈉、鉀）粉，鋰（鈉、鉀）片，鋰（鈉、鉀）條或鋰（鈉、鉀）箔中的一種；所述二次電池的電解液為含鹽的有機溶劑。
20、與現有技術相比，本發明的有益效果在于：
21、本發明從正極改性的角度出發，通過在無機化合物基固體電解質中引入雜元素或者添加能夠促進載流子遷移的材料來提升它們的電化學活性，制備出載流子遷移性能好的二次電池正極改性材料，從而構筑高性能二次電池，這種方法簡單、高效。該正極解決了二次電池存在的以下問題：在二次電池中的正極活性材料存在一定的電化學惰性，無法完全被利用，以金屬-硫電池為例，單質硫本身的電導率極低，使得在制備硫正極的過程中往往需要摻入一定量導電性優異的碳材料來提升硫的利用率。但是這種提升是很有限的，因此，現有技術提出在正極中加入極性或者離子（電子）電導率好的添加劑來深入彌補活性物質本身的電化學惰性。但是，現階段提出的添加劑其離子電導率有限并不能更大程度地發揮活性物質的作用。
22、本發明采用離子電導率更高的摻雜后的無機化合物或能夠促進載流子遷移的材料作為正極的功能添加劑，來構筑具有高載流子遷移性的二次電池用正極，該正極能夠在電池運行過程中促進載流子的遷移，提升電池的氧化還原反應動力學，從而有效提升活性物質的利用率，將活性物質限制在正極側，減少活性物質在電池運行過程中的損失。該方法能夠突破傳統無機化合物基固體電解質作為正極添加劑的局限性，同時也擴寬了二次電池正極功能添加劑材料的選擇范圍。此外，本發明的高載流子遷移性的正極還具有制備工藝和儲存條件簡單，有規模化應用潛力的優點。