一种正极极片及电化学装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种正极极片及电化学装置。该正极极片包括集流体、正极活性材料层和设置于集流体与正极活性材料层之间的胶层，所述胶层包含高分子材料、导电材料和无机填料，其中所述高分子材料包含胶层基体，所述胶层基体为在130℃、5min内于NMP中的溶解度为相同条件下PVDF的溶解度的30％以下的油性高分子材料。该正极极片可以改善电化学装置(例如电容器、一次电池或二次电池等)在穿钉等异常情况下的穿钉安全性。

A positive electrode and electrochemical device

【技术实现步骤摘要】
一种正极极片及电化学装置
本专利技术属于电化学
，更具体地说，本专利技术涉及一种正极极片和包括该正极极片的电化学装置。
技术介绍
锂离子电池由于具备能量密度大、输出功率高、循环寿命长和环境污染小等优点而被广泛应用于电动汽车以及消费类电子产品中。然而锂离子电池在受到挤压、碰撞或穿刺等异常情况时很容易发生着火、爆炸，从而引起严重危害。因此锂离子电池的安全问题很大程度地限制了锂离子电池的应用和普及。虽然研究人员提出了很多方法来提高电池的安全性，但是对于电池被穿刺所造成的安全隐患仍然缺乏非常有效的手段。有鉴于此，确有必要提供一种能够改善电池安全性、尤其是穿钉安全性的电池。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于：提供一种具有改善的安全性和电性能的极片及电化学装置。本专利技术的进一步目的在于：提供一种具有良好的安全性(尤其是穿钉安全性)和改善的电性能(尤其是循环性能)的极片及电化学装置。本专利技术提供了一种正极极片，包括集流体、正极活性材料层和设置于集流体与正极活性材料层之间的胶层，所述胶层包含高分子材料、导电材料和无机填料，其中所述高分子材料包含胶层基体，所述胶层基体为在130℃、5min内于NMP中的溶解度为相同条件下PVDF的溶解度的30％以下的油性高分子材料。本专利技术还提供了一种电化学装置，其包括本专利技术的正极极片，所述电化学装置优选为电容器、一次电池或二次电池。附图说明下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术的正极极片、电化学装置及其有益效果进行详细说明。图1为根据本专利技术实施例的正极极片的结构示意图，其中10—集流体；14—正极活性材料层；12—胶层。具体实施方式本专利技术公开了一种正极极片，包括集流体、正极活性材料层和设置于集流体与正极活性材料层之间的胶层。该胶层包含高分子材料、导电材料和无机填料，其中所述高分子材料包含胶层基体，所述胶层基体为在130℃、5min内于NMP中的溶解度为相同条件下PVDF的溶解度的30％以下(即，不大于30％)的油性高分子材料。图1示出了根据本专利技术某些实施例的正极极片的结构示意图，其中10—集流体，14—正极活性材料层，12—胶层。易于理解的是，虽然图1中示出的是仅在正极极集流体10的单面设置胶层12和正极活性材料层14，但在其他实施例中，正极集流体10可以在双面设置胶层12和正极活性材料层14。由于设置于集流体与正极活性材料层之间的胶层延展性高，因此在穿钉等异常情况下可以起到包裹集流体以及集流体中产生的金属毛刺的作用，以防止金属毛刺或集流体与对电极直接接触，由此改善正极极片和电化学装置的穿钉安全性能。专利技术人发现，若采用由常规的高分子材料(例如PVDF)和导电材料组成设置于集流体与正极活性材料层之间的胶层的话，一来可能会存在正极活性材料层的开裂问题，二来可能会恶化电池的DCR(直流内阻)，三来在对正极活性材料层进行压实等处理后，胶层可能易变形，由此无法有效地起到改善安全的作用。为了克服以上缺陷，本专利技术从多个方面着手，采用多种技术手段协同处理来改善设置于集流体与正极活性材料层之间的胶层的性能和稳定性。设置于集流体与正极活性材料层之间的胶层包含高分子材料、导电材料、无机填料。下面对本专利技术的胶层的组成成分分别进行介绍。首先，专利技术人发现，可以通过对胶层中高分子材料的选择来提高胶层的稳定性和性能。为了使得胶层具有较好的延展性，并兼具良好的导电性和稳定性，相对于所述胶层的总重量(即，将高分子材料、导电材料、无机填料和任选存在的其他助剂的总重量视为100％)，所述高分子材料的重量百分比通常为35wt％-75wt％，优选为40wt％-75wt％，更优选为50wt％-75wt％。此外，胶层中高分子材料的种类选择也很重要。一)、关于本专利技术中胶层基体的材料的选择本专利技术公开的正极极片中，其胶层中的胶层基体为在130℃、5min内于NMP中的溶解度为相同条件下PVDF的溶解度的30％以下的油性高分子材料。若不对胶层基体的材料进行选择性采用，即采用常规的高分子材料(例如PVDF)，则易带来如下技术问题：(1)在胶层的上方涂布正极活性材料层时，由于正极活性材料层的浆料中的有机溶剂(如NMP等)以及电解液会对胶层中的高分子材料产生溶解、溶胀，因此若上述溶解、溶胀程度较大，则在涂布速度较快时，则易于由于应力不均导致正极活性材料层的开裂，由此会严重影响生产和生产效率；(2)若上述溶解、溶胀程度较大，则由于胶层的引入，会恶化电池DCR，不利于电池的动力学性能改善。因此，在本专利技术中，采用在130℃、5min内于NMP中的溶解度为相同条件下PVDF的溶解度的30％以下的油性高分子材料作为胶层基体材料，该胶层基体材料作为“难溶成分”可有效阻碍有机溶剂(如NMP等)和电解液对其的溶解、溶胀，从而可解决开裂问题和电池DCR恶化的问题。所述胶层基体选自聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸-丙烯酸酯、聚丙烯腈-丙烯酸、聚丙烯腈-丙烯酸酯中的至少一种。在本专利技术中，水性高分子材料是指高分子分子链完全伸展开分散在水中，油性高分子材料是指高分子分子链完全伸展开分散在油性溶剂中。本领域技术人员理解，通过采用合适的表面活性剂可以将同一类的高分子材料分别分散在水中和油中，即通过采用合适的表面活性剂同一类的高分子材料可以为分别做成水性高分子材料和油性高分子材料。例如，本领域技术人员可以根据需要，适当选用油性聚丙烯腈或油性聚丙烯酸酯作为胶层基体材料(难溶高分子材料)。为了增强胶层与集流体之间的粘结力，所述胶层还可包含粘结剂(即胶层中的高分子材料包含胶层基体和任选存在的粘结剂)。为了使得上述胶层基体起到较明显的“阻碍溶解、溶胀”的作用，优选相对于所述胶层的总重量，所述胶层基体的重量百分比为大于等于20wt％。二)、关于本专利技术中粘结剂的材料的选择由于本专利技术胶层的作用机理是在穿钉等异常情况下通过包裹集流体以及集流体中产生的金属毛刺，来改善正极极片和电化学装置的穿钉安全性能，因此胶层与集流体之间的结合力不能过小，否则可能无法保证有效地、可靠地在穿钉等异常情况下包裹集流体以及集流体中产生的金属毛刺。为了提高胶层与集流体之间的结合力，专利技术人发现，可以在胶层中添加粘结剂。所述粘结剂可以是聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃，优选聚偏氟乙烯(PVDF)、羧酸改性的PVDF、丙烯酸改性的PVDF、聚偏氯乙烯(PVDC)、羧酸改性的PVDC、丙烯酸改性的PVDC、PVDF共聚物、PVDC共聚物中的至少一种。上述粘结剂的添加对于改善电池穿钉安全性能具有明显的改进作用。当然基于胶层基体材料的选择，也可以选择不添加任何粘结剂。基于所述高分子材料的重量为100％(即相对于胶层中的高分子材料的总重量)，所述胶层基体的重量百分比为30wt％-100wt％，所述粘结剂的重量百分比为0wt％-70wt％。导电材料和无机填料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极极片，包括集流体、正极活性材料层和设置于集流体与正极活性材料层之间的胶层，/n所述胶层包含高分子材料、导电材料和无机填料，其中所述高分子材料包含胶层基体，所述胶层基体为在130℃、5min内于NMP中的溶解度为相同条件下PVDF的溶解度的30％以下的油性高分子材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种正极极片，包括集流体、正极活性材料层和设置于集流体与正极活性材料层之间的胶层，
所述胶层包含高分子材料、导电材料和无机填料，其中所述高分子材料包含胶层基体，所述胶层基体为在130℃、5min内于NMP中的溶解度为相同条件下PVDF的溶解度的30％以下的油性高分子材料。


2.根据权利要求1所述的正极极片，在所述胶层中，相对于所述胶层的总重量，
所述高分子材料的重量百分比为35wt％-75wt％，
所述导电材料的重量百分比为5wt％-25wt％，
所述无机填料的重量百分比为10wt％-60wt％，
优选所述高分子材料还包含粘结剂，相对于所述胶层的总重量，所述胶层基体的重量百分比为大于等于20wt％。


3.根据权利要求1所述的正极极片，在所述胶层中，所述高分子材料还包含任选存在的粘结剂，且基于所述高分子材料的重量为100％，
所述胶层基体的重量百分比为30wt％-100wt％，
所述粘结剂的重量百分比为0wt％-70wt％。


4.根据权利要求1-3任一项所述的正极极片，所述胶层基体选自聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸-丙烯酸酯、聚丙烯腈-丙烯酸、聚丙烯腈-丙烯酸酯中的至少一种。


5.根据权利要求1-3任一项所述的正极极片，所述粘结剂优选聚偏氟乙烯(PVDF)、羧酸改性的PVDF、丙烯酸改性的PVDF、聚偏氯乙烯(PVDC)、羧酸改性的PVDC、丙烯酸改性的PVDC、PVDF共聚物、PVDC共聚物中的至少一种。


6.根据权利要求1-3任一项所述的正极极片，所述导电材料选自导电碳基材料、导电金属材料和导电聚合物材料中的至少一种，
其中导电碳基材料选自导电炭...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，史海浩，刘会会，靳超，徐建宝，李世松，郭超，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35