一种电池的电极极片及其制备方法和电池技术

本发明专利技术涉及一种电极极片及其制备方法和电池。本发明专利技术可根据需要选择不同的浓度变化曲线，提高电池性能。一方面，本发明专利技术能够更有效减少集流体与活性物质材料的接触电阻，并且直接使用非涂炭的裸集流体，减少了集流体的采购成本。另一方面，本发明专利技术减少与电解液发生副反应的活性点位，降低电池产气量，减少内部活性物质快速溶出到极片表面而导致的活性物质损失、电池极化增加，能够防止电池循环寿命减少。

【技术实现步骤摘要】
一种电池的电极极片及其制备方法和电池
本专利技术涉及电池电极极片
，具体涉及一种活性物质浓度可变的电极片及其制备方法和电池。
技术介绍
现今，电池极片的制造工艺是采用一次性涂覆工艺技术，将电极浆料均匀涂布在集流体上，获得的是活性物质(电池的正极材料或者负极材料)浓度在涂层内平行于集流体表面和垂直于集流体表面都是分布均一的电极片。由于极片涂层中电池活性材料的导电性比导电剂(导电剂包括各种导电碳、导电金属颗粒、导电金属氧化物、导电有机化合物等)低很多；通常为了提高电池能量密度，导电剂添加量很少(<10％)，因此垂直于集流体方向的均一浓度涂布，活性物质涂层与集流体接触界面导电碳含量很低，直接导致活性物质涂层与集流体的接触电阻增加。目前为了解决这一问题而广泛采用涂炭集流体，但是涂炭集流体会导致集流体生产成本增加；另外涂炭集流体为了实现牢固的碳层黏附，粘合剂添加量很大(大于10％)，而粘合剂通常都是不导电的有机高分子材料，涂炭后的表面粗糙度增加不多，与再次涂布的活性物质涂层接触面积有限，因此对解决活性物质涂层与集流体之间接触电阻问题能够起到的效果也是很有限的。另外当电极极片上涂层表面上(极片涂层最上层)活性材料浓度过大时也会因为其导电性较低引起电池内阻增加极化增大；同时活性材料暴露更多的活性点也导致电解液的副反应增多，产生更多气体引起电池涨气；第三，极片涂层表面活性物质浓度过大，由于一些电池活性物质在放电过程中易溶解、体积变化过大，而导致表面活性材料脱落极片导电骨架，引起活性物质流失，电池内阻增加。为了解决上述技术问题，如果能够在电池极片的垂直方向实现活性物质浓度可调，并且生产这样的电池极片的涂布方法能够较为简单的实现，将带来很大的实用价值。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种集流体表面的垂直方向上活性物质浓度可变的电极极片及其制备方法。通过本专利技术提供的电极片能够降低集流体的生产成本、减少活性物质涂层与集流体之间接触电阻，和/或减少电池极化和电解液副反应。在绿色环保电池以及使用电池的领域均具有广泛的应用前景。(二)技术方案本专利技术提供了一种电池的电极极片，所述电极极片包括：集流体，以及直接涂布于所述集流体表面的含活性物质的电极材料涂层，其中，所述活性物质在所述电极材料中的含量沿所述涂层的厚度方向变化。根据本专利技术优选的电极极片，所述涂层包括至少两层子涂层，其中，贴近所述集流体表面的子涂层中的活性物质的含量低于与其相邻子涂层中的活性物质的含量，和/或，位于所述涂层表层的子涂层中活性物质的含量低于与其相邻子涂层中活性物质的含量。根据本专利技术的电极极片，其中所述涂层中的活性物质的含量均在相应电极材料对应的含量范围内，即均在其可以实施的含量范围内的高低变化。本专利技术所述的电极极片，可以是正极极片也可以是负极极片。本专利技术所述电极材料为用于制造电池的正极材料或者负极材料。正极材料可以是所有电池的正极材料，电池可以是锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、镁离子电池、锂硫电池。负极材料可以是所有类型电池的负极材料，电池可以是锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、镁离子电池、锂硫电池。本专利技术所述的电极极片，所述活性物质在所述电极材料中的含量沿所述涂层的厚度方向变化的趋势为：逐渐升高、逐渐降低、先升高后降低，或者先升高再降低再升高再降低的Z字形浓度变化。作为本专利技术优选的方式，所述涂层包括2-30层子涂层(每个子涂层本身制备时浓度一致，各子涂层之间浓度可变化)。子涂层层数选择2以上的自然数，其层数可以是2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30，根据活性物质浓度变化曲线的需要和制备的经济性进行选择。优选所述涂层包括2-30层子涂层，更优选3-4层子涂层。每个子涂层的厚度0.1～200微米，优选1～100微米，更优选2～50微米。本专利技术还提供了一种上述电极极片的制备方法，包括以下步骤：a)制备所需活性物质浓度不同的电极浆料；b)在集流体表面依次涂布并干燥所需浓度的电极浆料层。作为优选，涂布方式可以是转移式涂布、挤压式涂布、凹槽涂布、喷涂方式。作为优选，电池极片的总厚度是30～500微米，优选50～200微米，更优选80～150微米。电极浆料是按照通常的方法，将电池活性材料、导电剂、粘合剂混合调制而成。本专利技术还提供了一种电池，其特征在于，电池的正极和/或负极使用上述电极极片。该电池的制备方法就是在电池制造时，将电池的正极/或负极的电极极片制备方法替换为本专利技术上述电极极片的制备方法。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本专利技术的电极极片的集流体表面的垂直方向上活性物质浓度分布是可变化的，并可根据需要选择不同的浓度变化曲线，提高电池性能。因此，本专利技术在保证电极极片活性物质的浓度能够实现必要的电池能量密度同时，还具有以下优势：1、本专利技术技术的优势之一在于贴近所述集流体表面的子涂层中的活性物质的含量低于与其相邻子涂层中的活性物质的含量，可以在极片涂布制造工艺解决极片活性物质涂层与集流体的接触电阻高的问题，而且本专利技术多次涂布时相邻两层活性物质之间能够很好的相容。由于活性材料颗粒度相比导电剂颗粒度大很多，因此活性材料含量高导电剂含量低时其粘附力相对于活性材料含量低导电剂含量高时，接触点少，接触面积小，粘附力小。相比于目前采用涂炭集流体的做法，本专利技术由于内部第一层为活性物质浓度含量较低而导电碳含量较高的涂层，能够直接起到涂炭集流体的作用，能与其外层的活性物质涂布有更高的接触面积和相容性。因此能够更有效减少集流体与活性物质材料的接触电阻，增加了与集流体表面的粘附力；并且直接使用非涂炭的裸集流体，减少了集流体的采购成本。2、本专利技术技术的优势还在于位于所述涂层表层的子涂层中活性物质的含量低于与其相邻子涂层中活性物质的含量，可将电极极片表面的活性物质浓度降低，增加极片表面导电碳和/或其它非活性物质浓度，例如导电碳材料、金属氧化物添加剂等，从而能减少电池活性物质与电解液发生副反应的活性点位，降低电池产气量；第二，极片表面导电碳和/或其它非活性物质浓度富集层，有利于吸附、抑制极片涂层内部活性物质在充放电过程中溶解后向电极表面扩散，减少活性物质在极片外表面堆积失去活性；第三，解决极片部分电池活性物质在充放电过程中的体积变化过大，导致电池活性材料从极片表面脱落，使得电池内阻增加和极化增大。因此本专利技术技术能够有效提升电池的循环寿命，减小电池胀气和内阻增加、极化增大。附图说明图1是电极极片结构示意图；其中，0表示集流体，1表示第一次涂布层，2表示第二层涂布层，3表示第三层涂布层，n表示第n层涂布层(n为自然数且≤30)。图2是按照实施例1和对比例1的涂布方式得到的电池极片外观；其中a、b为按照对比例1实施的现有普通一次性涂布方式进行涂布制作的极片，c、d为按照实施例1进行的本专利技术多次涂布方式制作的极片。图3是按照实施例2和对比例2的涂布方式得到的电池极片所制作电池的放电循环图。图4是使用按照实施例2和对比例2的涂布方式得到的电池极片的电池经过充放电后的外观图。图5是按本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池的电极极片，其特征在于，所述电极极片包括：集流体，以及直接涂布于所述集流体表面的含活性物质的电极材料涂层，其中，所述活性物质在所述电极材料中的含量沿所述涂层的厚度方向变化。

【技术特征摘要】
1.一种电池的电极极片，其特征在于，所述电极极片包括：集流体，以及直接涂布于所述集流体表面的含活性物质的电极材料涂层，其中，所述活性物质在所述电极材料中的含量沿所述涂层的厚度方向变化。2.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述涂层包括至少两层子涂层，其中，贴近所述集流体表面的子涂层中的活性物质的含量低于与其相邻子涂层中的活性物质的含量，和/或，位于所述涂层表层的子涂层中活性物质的含量低于与其相邻子涂层中活性物质的含量。3.根据权利要求2所述的电极极片，其特征在于，所述活性物质在所述电极材料中的含量沿所述涂层的厚度方向变化的趋势为：逐渐升高、逐渐降低、先升高后降低，或者先升高再降低再升高再降低的Z字形浓度变化。4.根据权利要求2所述的电极极片，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗力孝，陈橙，
申请(专利权)人：桑德集团有限公司，桑顿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：西藏,54