一种锂离子电池极片、其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池极片、其制备方法和用途。所述锂离子电池极片包括集流体、粘结膜及电极材料层，所述集流体形成有三维网状多孔，所述粘结膜附着于所述集流体及所述三维网状多孔的孔壁表面，所述电极材料层附着于所述粘结膜的表面。本发明专利技术锂离子电池极片以三维网状多孔的集流体替代传统的集流体，具有良好的柔韧性和热力学稳定性，不仅可以用于常规的锂电领域，也能应用于柔性电池领域，其三维多孔网状骨架结构可有效增大与电解液的接触面积，其支撑的活性物质在三维空间上的分布也减小了充放电过程中的离子传输途径，且无需使用粘结剂，可将活性物质充分地黏附于集流体的三维骨架上，有利于活性位点在空间上的分散和导电性的提高。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池极片、其制备方法和用途
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种锂离子电池极片、其制备方法和用途。
技术介绍
锂离子电池由于具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电小及无记忆效应等优点被广泛的开发利用，已经迅速占领了小型便携式电子消费品市场，也正逐步成为新能源汽车的动力源。然而，随着科学技术的不断发展，尤其是柔性/可穿戴器件的逐步应用，迫切需要开发薄且轻、柔性可弯折的锂离子电池。传统的锂离子电池电极的制备是将电极活性物质与导电剂和黏结剂混合均匀后通过涂覆黏附到金属集流体上。其中，黏结剂导电性较差，不利于锂离子进入电极活性物质并且增加了电极的极化；金属集流体(通常为铜箔、铝箔)增加了电极整体的质量使其质量比容量大大降低。同时，在反复的弯曲、折叠和拉伸过程中会造成金属集流体的不可逆形变和表面电极材料的脱落，从而导致电池失效。基于上述电极制备出的锂离子电池无法作为柔性储能器件。因此，迫切需要寻找一些本身具有柔性的电极材料或者使用复合物质与柔性基底来制备和生产柔性锂离子电池。现有技术中通过多步聚合和化学还原得到氧化石墨烯/导电聚合物/导电剂/粘结剂/弹性体一体化的柔性极片。但其极片活性物质仅局限为氧化石墨烯。还有的研究中采用电沉积技术使Fe2O3原位生长在泡沫镍上，并将石墨烯碳量子点包覆于Fe2O3表面。但所述极片制备过程较复杂，且极片活性物质局限为Fe2O3，无法工业化生产。因此，研发一种柔韧性良好、电化学性能良好、具有普适性且利于工业化的柔性锂离子电池极片是需要攻克的技术难题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池极片、其制备方法和用途。所述锂离子电池极片的柔韧性良好、导电性好，电化学性能良好、具有普适性且利于工业化生产。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的目的之一在于提供一种锂离子电池极片，所述锂离子电池极片包括包括集流体、粘结膜及电极材料层，所述集流体形成有三维网状多孔，所述粘结膜附着于所述集流体表面及所述三维网状多孔的孔壁表面，所述电极材料层附着于所述粘结膜的表面。优选地，所述电极材料层包括导电剂，优选含有羧基基团的导电剂；优选的，所述电极材料层包括活性物质；优选地，所述活性物质包括正极活性物质或负极活性物质；优选地，所述负极活性物质包括天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳、中间相碳微球、硅/碳复合物和硅/氧/碳复合物中的至少一种；优选地，所述正极活性物质包括磷酸铁锂、掺杂磷酸铁锂、钴酸锂、掺杂钴酸锂、镍酸锂、掺杂镍酸锂、锰酸锂和掺杂锰酸锂中的至少一种；本专利技术对掺杂磷酸铁锂、掺杂钴酸锂、掺杂镍酸锂和掺杂锰酸锂中的掺杂元素不做限定，本领域技术人员可根据实际需要进行选择。优选地，所述导电剂包括氧化石墨烯类材料，优选片层横向尺寸为5μm～20μm的氧化石墨烯；优选地，所述导电剂中，所述氧化石墨烯类材料的含量为30wt％～70wt％；优选地，所述导电剂还包括炭黑、导电石墨、碳纤维和碳纳米管中的至少一种；优选地，所述导电剂附着于所述粘结膜的表面；优选地，所述粘结膜含有氨基基团，优选为聚多巴胺膜；优选地，所述导电剂与所述粘结膜之间的作用力为粘附作用和化学交联作用；优选地，所述活性物质与所述粘结膜之间的作用力为粘附作用。优选地，所述集流体包括聚氨酯泡沫、酚醛泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫和聚氯乙烯泡沫中的至少一种；优选地，所述锂离子电池极片的厚度为1mm～3mm；优选地，所述锂离子电池极片的孔隙率为70％～90％；优选地，所述锂离子电池极片中，所述粘结膜的含量为1wt％～10wt％；优选地，所述锂离子电池极片中，所述集流体的含量为5wt％～30wt％；优选地，所述锂离子电池极片中，所述活性物质的含量为50wt％～90wt％；优选地，所述锂离子电池极片中，所述导电剂的含量为2wt％～8wt％。本专利技术的目的之二在于提供一种锂离子电池极片的制备方法，所述方法包括如下步骤：将集流体浸渍在粘结溶液中，形成粘结膜，得到改性集流体；将所述改性集流体浸渍于电极浆料中，得到所述锂离子电池极片。优选地，所述粘结溶液的制备过程包括：将盐酸多巴胺溶液与磷酸缓冲溶液混合，调节溶液pH值，得到所述粘结溶液；优选地，所述磷酸缓冲溶液的浓度为0.02mol/L～0.2mol/L；优选地，所述磷酸缓冲溶液的pH值为8.0～9.0；优选地，所述盐酸多巴胺溶液的浓度为0.1mg/mL～5mg/mL；优选地，所述调节后溶液的pH值为8.2～8.6；优选地，所述调节溶液的pH值后，还包括搅拌的过程；优选地，所述搅拌的时间为0.5h～4h；优选地，所述搅拌的速率为500rpm～1000rpm；优选地，所述集流体的孔隙率为70％～90％；优选地，所述集流体的厚度为1mm～3mm；优选地，所述形成粘结膜过程包括：将所述集流体浸渍在所述粘结溶液中，然后取出，反复进行浸渍和取出过程2～5次，优选每次浸渍的时间为0.5h～2h；优选地，所述形成粘结膜过程之后，还包括干燥的过程；优选地，所述干燥为真空干燥，优选为60℃～80℃干燥4h～8h；优选地，还包括将所述集流体进行预处理；优选地，所述预处理包括：将所述集流体在碱性溶液中进行浸泡，然后用去离子水清洗；优选地，所述碱性溶液包括NaOH溶液、Na2CO3溶液和NaHCO3溶液中的至少一种；优选地，所述碱性溶液的浓度为2wt％～10wt％；优选地，所述浸泡的时间为20min～60min。优选地，所述电极浆料的制备方法为：将溶剂、分散剂、导电剂和活性物质混合，得到所述电极浆料；优选地，所述分散剂包括海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、PVDF和聚丙烯酸中的至少一种；优选地，所述活性物质、导电剂和分散剂的质量比为(85～95):(3～10):(1～5)；优选地，所述活性物质为负极活性物质，所述负极活性物质的粒径D90≤30μm；优选地，所述活性物质为正极活性物质，所述正极活性物质的粒径D90≤20μm；优选地，所述溶剂包括水和NMP中的至少一种；优选地，所述溶剂、分散剂、导电剂和活性物质混合的方式为超声分散和搅拌中的至少一种；优选地，所述超声分散的功率为500W～1000W；优选地，所述超声分散的时间为0.5h～2h；优选地，所述电极浆料为负极电极浆料，所述负极电极浆料的粘度为2000mPa·s～6000mPa·s；优选地，所述电极浆料为正极电极浆料，所述正极电极浆料的粘度为4000mPa·s～8000mPa·s；优选地，所述负极电极浆料的固含量为40wt％～50wt％；优选地，所述正极电极浆料的固含量为50wt％～8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池极片，其特征在于，所述锂离子电池极片包括集流体、粘结膜及电极材料层，所述集流体形成有三维网状多孔，所述粘结膜附着于所述集流体表面及所述三维网状多孔的孔壁表面，所述电极材料层附着于所述粘结膜的表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池极片，其特征在于，所述锂离子电池极片包括集流体、粘结膜及电极材料层，所述集流体形成有三维网状多孔，所述粘结膜附着于所述集流体表面及所述三维网状多孔的孔壁表面，所述电极材料层附着于所述粘结膜的表面。


2.如权利要求1所述的锂离子电池极片，其特征在于，所述电极材料层包括导电剂和活性物质；
优选地，所述活性物质包括正极活性物质或负极活性物质；
优选地，所述负极活性物质包括天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳、中间相碳微球、硅/碳复合物和硅/氧/碳复合物中的至少一种；
优选地，所述正极活性物质包括磷酸铁锂、掺杂磷酸铁锂、钴酸锂、掺杂钴酸锂、镍酸锂、掺杂镍酸锂、锰酸锂和掺杂锰酸锂中的至少一种；
优选地，所述导电剂包括氧化石墨烯类材料；
优选地，所述导电剂中，所述氧化石墨烯类材料的含量为30wt％～70wt％；
优选地，所述导电剂还包括炭黑、导电石墨、碳纤维和碳纳米管中的至少一种；
优选地，所述导电剂附着于所述粘结膜的表面；
优选地，所述粘结膜含有氨基基团；
优选地，所述导电剂与所述粘结膜之间的作用力为粘附作用和化学交联作用；
优选地，所述活性物质与所述粘结膜之间的作用力为粘附作用。


3.如权利要求1或2所述的锂离子电池极片，其特征在于，所述集流体包括聚氨酯泡沫、酚醛泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫和聚氯乙烯泡沫中的至少一种；
优选地，所述锂离子电池极片的厚度为1mm～3mm；
优选地，所述锂离子电池极片的孔隙率为70％～90％；
优选地，所述锂离子电池极片中，所述粘结膜的含量为1wt％～10wt％；
优选地，所述锂离子电池极片中，所述集流体的含量为5wt％～30wt％；
优选地，所述锂离子电池极片中，所述活性物质的含量为50wt％～90wt％；
优选地，所述锂离子电池极片中，所述导电剂的含量为2wt％～8wt％。


4.一种锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将集流体浸渍在粘结溶液中，形成粘结膜，得到改性集流体；
将所述改性集流体浸渍于电极浆料中，得到所述锂离子电池极片。


5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述粘结溶液的制备过程包括：将盐酸多巴胺溶液与磷酸缓冲溶液混合，调节溶液pH值，得到所述粘结溶液；
优选地，所述磷酸缓冲溶液的浓度为0.02mol/L～0.2mol/L；
优选地，所述磷酸缓冲溶液的pH值为8.0～9.0；
优选地，所述盐酸多巴胺溶液的浓度为0.1mg/mL～5mg/mL；
优选地，所述调节后溶液的pH值为8.2～8.6；
优选地，所述调节溶液的pH值后，还包括搅拌的过程；
优选地，所述搅拌的时间为0.5h～4h；
优选地，所述搅拌的速率为500rpm～1000rpm；
优选地，所述集流体的孔隙率为70％～90％；
优选地，所述集流体的厚度为1mm～3mm；
优选地，所述形成粘结膜过程包括：将所述集流体浸渍在所述粘结溶液中，然后取出，反复进行浸渍和取出过程2～5次，优选每次浸渍的时间为0.5h～2h；
优选地，所述形成粘结膜过程之后，还包括干燥的过程；
优选地，所述干燥为真空干燥，优选为60℃～80℃干燥4h～8h；
优选地，还包括将所述集流体进行预处理；
优选地，所述预处理包括：将所述集流体在碱性溶液中进行浸泡，然后用去离子水清洗；
优选地，所述碱性溶液包括NaOH溶液、Na2CO3溶液和NaHCO3溶液中的至少一种；
优选地，所述碱性溶液的浓度为2wt％～10wt％；
优选地，所述浸泡的时间为20min～60min。
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【专利技术属性】
技术研发人员：龚小曼，刘成，徐晓东，任建国，
申请(专利权)人：贝特瑞新材料集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44