锂离子电池电极制造技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池电极，包括一集流体以及至少一层电极材料层，所述至少一层电极材料层层叠设置在所述集流体的表面；每一层电极材料层包括一电极活性材料层以及一碳纳米管层状结构，所述电极活性材料层与所述碳纳米管层状结构相互层叠设置，电极活性材料层设置于集流体和碳纳米管层状结构之间，至少部分所述碳纳米管层状结构嵌入到所述电极活性材料层中，所述电极活性材料层中分布有导电剂。

Lithium ion battery electrode

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池电极
本专利技术涉及一种锂离子电池电极，尤其涉及一种基于碳纳米管薄膜的锂离子电池电极。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高，循环寿命长，无记忆效应和环境友好的特点，已经广泛应用于移动电话，数码相机，计算机等电子设备。然而，现有的锂离子电池电极活性材料，例如LiCoO2,LiMn2O4andLiFePO4等，存在导电性差的缺点，进而导致电极材料不完全利用以及极化严重等现象。现有的锂离子电池电极材料通常通过将导电剂分散在锂离子电池电极活性材料中来改善其导电性，导电剂在锂离子电池电极活性材料粒子之间形成多个通道，使电子在锂离子电池电极活性材料粒子之间传递。然而，离集流体较远的锂离子电池电极活性材料表面的粒子不能及时的将电子和离子传递出去，进而产生电荷积累，极化现象以及电极活性材料表面电势均匀不分布，导致锂离子电池电极材料利用率较低。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种不易产生电荷积累和极化现象的锂离子电池电极。一种锂离子电池电极，包括一集流体以及至少一层电极材料层，所述至少一层电极材料层层叠设置在所述集流体的表面；每一层电极材料层包括一电极活性材料层以及一碳纳米管层状结构，所述电极活性材料层与所述碳纳米管层状结构相互层叠设置，电极活性材料层设置于集流体和碳纳米管层状结构之间，至少部分所述碳纳米管层状结构嵌入到所述负极活性材料层中，所述电极活性材料层中分布有导电剂。所述碳纳米管层状结构包括两层或两层以上的碳纳米管薄膜相互层叠且交叉设置。所述碳纳米管层状结构包括两层或两层以上的碳纳米管薄膜相互层叠且交叉设置，交叉角度为90度。相较于现有技术，本专利技术所提供的锂离子电池电极通过在电极活性材料层的表面设置一碳纳米管层状结构，使离集流体较远的电极活性材料层表面形成一较长的电子通道，使离集流体较远的电极活性材料层表面的电子快速传递到集流体上，进而避免电极活性材料表面电荷积累，极化现象，以及电极活性材料表面电势不均匀的现象。附图说明图1为本专利技术实施例锂离子电池电极的结构示意图。图2为本专利技术实施例另一种锂离子电池电极的结构示意图。图3为图2中的锂离子电池电极的剖面电子显微镜照片。图4为本专利技术实施例锂离子电池电极中的电极材料层中电子通路的结构示意图。图5为本专利技术实施例锂离子电池电极的制备方法流程图。图6为本专利技术实施例锂离子电池电极的制备方法示意图。图7为本专利技术实施例1的锂离子电池电极和对比例1中的锂离子电池电极的恒流充放电测试曲线。图8是本专利技术对比例1的锂离子电池电极与实施例1的锂离子电池电极的在不同倍率下充放电循环测试比较图。图9是本专利技术实施例1的锂离子电池电极的电压降图。图10是本专利技术对比例1的锂离子电池电极的电压降图。图11是本专利技术实施例1的锂离子电池电极的表面形貌图。图12是本专利技术实施例2的锂离子电池电极在不同循环次数下的充放电曲线。主要元件符号说明锂离子电池电极10集流体12电极材料层14电极活性材料层142碳纳米管层状结构144碳纳米管薄膜146碳纳米管阵列148如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式以下将结合附图及具体实施例对本技术方案实施例作进一步的详细说明。请参阅图1，本专利技术提供一锂离子电池电极10，该锂离子电池电极包括：一集流体12以及一电极材料层14，所述电极材料层14设置在所述集流体12的一个表面，所述电极材料层14包括一电极活性材料层142，一导电剂（图未示），一粘合剂（图未示）以及一碳纳米管层状结构144。所述导电剂和粘合剂均匀分散在所述电极活性材料层142中。将电极活性材料层142与集流体12相对设置的表面定义为第一表面，将电极活性材料层142中与该第一表面相对的表面定义为第二表面，所述碳纳米管层状结构144设置在所述电极活性材料层142的第二表面，并且至少部分所述碳纳米管层状结构144嵌入到所述电极活性材料层142中。所述集流体12可为一金属片，例如铜箔，铝箔等。所述电极活性材料可以是正极活性材料，也可以是负极活性材料。所述正极活性材料可以为磷酸铁锂（LiFePO4）、锂镍钴（LiNi0.8Co0.2O2）、锂镍钴锰（LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2）、钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)及锰酸锂(LiMn2O4)中的一种或几种。所述负极活性材料可以为钴酸锂（LiTiO2），或石墨等。所述电极活性材料层142的厚度优选为20μm~40μm。所述导电剂可以为碳纤维，乙炔黑，片状石墨KS6，碳纳米管等。当导电剂是碳纳米管时，因为碳纳米管层和导电剂都是碳纳米管材料，接触电阻小，导电性能更好。优选的，所述导电剂与所述电极活性材料层142的质量百分比为1%～5%。更优选的所述导电剂与所述电极活性材料层142的质量百分比为2%。所述粘合剂包括粘合材料和溶剂，所述粘合材料优选为聚偏氟乙烯(PVDF)。所述粘合剂与所述电极活性材料层的重量比优选为1:7～1:9。所述碳纳米管层状结构144可为一层碳纳米管薄膜146，也可为至少两层重叠的碳纳米管薄膜146。该至少两层重叠的碳纳米管薄膜146之间通过范德华力紧密结合。优选的，该至少两层重叠的碳纳米管薄膜146相互交叉地重叠设置，交叉角度不限。更优选的，该至少两层重叠的碳纳米管薄膜146中的碳纳米管薄膜146相互交叉地重叠设置，交叉角度为90度。更优选的，所述碳纳米管层状结构144包括两层碳纳米管薄膜146重叠且交叉设置，交叉角度为90度。优选的，所述碳纳米管层状结构144与所述电极材料层14的重量百分比小于0.02%。所述碳纳米管薄膜146由若干碳纳米管组成，所述碳纳米管薄膜146中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。所述碳纳米管薄膜146为超顺排碳纳米管薄膜，超顺排碳纳米管薄膜是指碳纳米管薄膜146中的所述若干碳纳米管沿同一方向择优取向排列。所述择优取向是指在碳纳米管薄膜146中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。当然，所述碳纳米管薄膜146中存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管薄膜146中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。至少部分所述碳纳米管层状结构144嵌入到所述电极活性材料层142中，且该碳纳米管层状结构144没有完全被所述电极活性材料层142浸没。所述碳纳米管层状结构144的厚度方向一部分在所述电极活性材料层142的外面，另一部分位于所述电极活性材料层142中，且没有在该电极活性材料层142中露出。所以，所述碳纳米管层状结构144与所述集流体12没有接触。请参阅图2及图3，可以理解，所述锂离子电池电极10也可以包括两层或两层以上的电极材料层14，该两层或两层以上的电极材料层14层叠设置在集流体12的表面，且该两层或两层以上电极材料层14中的碳纳米管层状结构144之间不接触。请参阅图4，本实施例中，所述集流体12为铝箔，导电剂为炭黑，电极活性材料层为LiCoO2材料层。碳纳米管层状结构144在电极活性材料层远离集流体的表面上形成一长的电子通道，将离集流体较远的电极活性材料层中的电子快速传导至导电剂中，导电剂在电极活性材料颗粒之间形成短的电子通道，使电子从电极活性材料颗粒的表面传递到集流体中，进而避免电极活性材料颗粒表面的电荷积累，极化现象以及表面电势分布不均匀的现象本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池电极，包括一集流体以及至少一层电极材料层，所述至少一层电极材料层层叠设置在所述集流体的表面；其特征在于，每一层电极材料层包括一电极活性材料层以及一碳纳米管层状结构，所述电极活性材料层与所述碳纳米管层状结构相互层叠设置，电极活性材料层设置于集流体和碳纳米管层状结构之间，至少部分所述碳纳米管层状结构嵌入到所述负极活性材料层中，所述电极活性材料层中分布有导电剂。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电极，包括一集流体以及至少一层电极材料层，所述至少一层电极材料层层叠设置在所述集流体的表面；其特征在于，每一层电极材料层包括一电极活性材料层以及一碳纳米管层状结构，所述电极活性材料层与所述碳纳米管层状结构相互层叠设置，电极活性材料层设置于集流体和碳纳米管层状结构之间，至少部分所述碳纳米管层状结构嵌入到所述负极活性材料层中，所述电极活性材料层中分布有导电剂。2.如权利要求1所述的锂离子电池电极，其特征在于，所述碳纳米管层状结构包括一层碳纳米管薄膜，或至少两层碳纳米管薄膜并列设置。3.如权利要求1所述的锂离子电池电极，其特征在于，所述碳纳米管层状结构包括至少两层碳纳米管薄膜相互层叠且交叉设置。4.如权利要求2或3所述的锂离子电池电极，其特征在于，所述碳纳米管薄膜中的碳纳米管均朝一个方向延伸。5.如权利要求3所述的锂离子电池电...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫凌加，王佳平，姜开利，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11