锂离子电池阳极及其制备方法和应用与锂离子电池技术

本发明专利技术涉及锂离子电池领域，公开了一种锂离子电池阳极及其制备方法和应用与锂离子电池。本发明专利技术的锂离子电池阳极，其包含集流体和形成于集流体表面的多层阳极材料层，该多层阳极材料层含有阳极活性物质，其特征在于，所述多层阳极材料层中，在从靠近集流体到远离集流体的方向上，阳极材料层中所述阳极活性物质固相扩散系数逐渐增大。通过使用本发明专利技术提供的锂离子电池制备的锂离子电池具有优异的充电效率和多次循环容量保持率，并且能量密度较高。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池阳极及其制备方法和应用与锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种锂离子电池阳极及其制备方法和应用与锂离子电池。
技术介绍
随着电动车技术的快速发展，以及世界对环保的要求，电动车替代燃油车的进度逐渐加快。电动车目前在很多方面，比如续航里程，加速性能，整车寿命等基本已经可以达到燃油车水平，但在补充能量方面，电动车依然远远差于燃油车，因此急需改善电动车的充电速度，也就是需要优化作为电动车动力电池的锂离子电池的充电窗口，提高充电效率，降低充电时间。现有技术中，提高锂离子电池充电倍率的方法如降低电极活性物质颗粒尺寸，表面包覆等会降低电极活性材料层密度，导致电池能量密度降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种锂离子电池阳极及其制备方法和应用与锂离子电池，使用该锂离子电池阳极制备的锂离子电池具有优异的充电效率和多次循环容量保持率，同时能量密度与现有锂离子电池相当。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种锂离子电池阳极，其包含集流体和形成于集流体表面的多层阳极材料层，该多层阳极材料层含有阳极活性物质，其特征在于，所述多层阳极材料层中，在从靠近集流体到远离集流体的方向上，阳极材料层中所述阳极活性物质固相扩散系数逐渐增大。本专利技术第一方面提供一种锂离子电池阳极，其包含集流体和形成于集流体表面的多层阳极材料层，该多层阳极材料层含有阳极活性物质，所述多层阳极材料层中，在从靠近集流体到远离集流体的方向上，阳极材料层中所述阳极活性物质固相扩散系数逐渐增大。优选地，在相邻的阳极材料层中，相比下一层中的所述阳极活性物质固相扩散系数，上一层中的所述阳极活性物质固相扩散系数高10以上，优选为20-40。优选地，与所述集流体紧贴的阳极材料层中所述阳极活性物质固相扩散系数为5-15。优选地，与所述集流体最远离的阳极材料层中所述阳极活性物质固相扩散系数为20-50。优选地，最远离集流体的阳极材料层中，所述阳极活性物质为钛酸锂。优选地，所述阳极材料层为2-3层。优选地，最远离集流体的阳极材料层厚度为多层阳极材料层总厚度的10-60％。优选地，最紧贴集流体的阳极材料层厚度为多层阳极材料层总厚度的10-60％。本专利技术第二方面提供一种锂离子电池阳极的制备方法，该方法包括粘结剂、导电剂和溶剂与固相扩散系数不同的两种或两种以上阳极活性物质分别混合后分层涂布在集流体上，并进行干燥、压制的步骤，其中，在从靠近集流体到远离集流体的方向上，阳极材料层中所述阳极活性物质固相扩散系数逐渐增大。本专利技术第三方面提供一种锂离子电池，所述锂离子电池含有本专利技术提供的阳极、阴极、有机电解液和隔膜。所述有机电解液包括锂盐和有机溶剂，所述阴极包括集流体和阴极活性物质。优选地，所述阳极为最远离集流体的阳极材料层中阳极活性物质为钛酸锂的阳极，所述阳极的单位面积容量与所述阴极的单位面积容量的比值小于等于1。优选地，所述阳极的单位面积容量与所述阴极的单位面积容量的比值为0.6-1.0。更优选地，所述阳极的单位面积容量与所述阴极的单位面积容量的比值为0.7-0.95。进一步优选地，所述阳极的单位面积容量与所述阴极的单位面积容量的比值为0.8-0.9。优选地，所述隔膜为聚烯烃类隔膜、聚酰胺类隔膜、聚砜类隔膜、聚磷腈类隔膜、聚醚砜类隔膜、聚醚醚酮类隔膜、聚醚酰胺类隔膜和聚丙烯腈类隔膜中的一种或多种；更优选地，所述隔膜为聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜和聚酰胺隔膜中的一种或多种。优选地，所述锂盐为LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiDFOB、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiC(SO2CF3)3和LiN(SO2F)2中的一种或多种，更优选地，所述锂盐为LiPF6、LiBF4和LiClO4中的一种或多种。优选地，所述有机溶剂为碳酸酯类化合物。优选地，所述碳酸酯类化合物为环状碳酸酯和/或直链碳酸酯。优选地，所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯中的一种或多种。优选地，所述直链碳酸酯为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯中的一种或多种。更优选地，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的混合物。本专利技术第四方面提供本专利技术的锂离子电池阳极在制备锂离子电池中的应用。通过使用本专利技术提供的锂离子电池阳极制备的锂离子电池具有优异的充电效率和多次循环容量保持率，并且能量密度较高。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。在本专利技术中，未做相反说明时，“上一层”是指多层阳极材料中与所述层贴合且位于远离集流体方向的层，“下一层”是指多层阳极材料中与所述层贴合且位于靠近集流体方向的层。“上层”是指多层阳极材料中相对远离集流体方向的层，“下层”是指多层阳极材料中相对靠近集流体方向的层。“N/P值”是指阳极的单位面积容量与阴极的单位面积容量的比值。“最大直充充电电流”是指电池阳极表面无析锂，且充电至80％荷电状态后放电电量为80％荷电状态的最大直充充电电流。本专利技术中的阳极活性物质的固相扩散系数通过以下方法测定：取待测阳极活性物质与粘结剂丁苯橡胶(购于NipponA&L株式会社，型号为SN307)、羧甲基纤维素钠和导电剂炭黑(购于瑞士益瑞石石墨和碳公司，型号为SuperP-Li)按重量份95:2.5:1.5:1的比例混合，在100重量份的混合物中加入82重量份的水，搅拌混合得到待测阳极活性物质浆料。将待测阳极活性物质浆料按照单面涂布重量为100g/m2均匀涂布在8μm铜箔基材两面，然后通过烘干、辊压、模切、冲切得到阳极极片。将两片阳极极片中间放置一层隔膜(16μm聚乙烯隔膜，购于上海恩捷新材料科技有限公司，型号为ND9)，然后采用铝塑膜密封，得到对称电池。测定对称电池的电化学阻抗谱，制作电阻值-电阻值曲线。曲线直线部分斜率即为阳极活性物质的固相扩散系数。本专利技术第一方面提供一种锂离子电池阳极，其包含集流体和形成于集流体表面的多层阳极材料层，该多层阳极材料层含有阳极活性物质，其特征在于，所述多层阳极材料层中，在从靠近集流体到远离集流体的方向上，阳极材料层中所述阳极活性物质固相扩散系数逐渐增大。在本专利技术中，作为多层阳极材料层中阳极材料层的层数可以为2-6层，从平衡所得电池性能和制备工艺复杂度的角度考虑，优选为2-3层。例如可以举出：2层、3层、4层、5层、6层。本专利技术的专利技术人意外地发现，采用多层阳极材料层设计，使高固相扩散系数的阳极活性物质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池阳极，其包含集流体和形成于集流体表面的多层阳极材料层，该多层阳极材料层含有阳极活性物质，其特征在于，所述多层阳极材料层中，在从靠近集流体到远离集流体的方向上，阳极材料层中所述阳极活性物质固相扩散系数逐渐增大。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池阳极，其包含集流体和形成于集流体表面的多层阳极材料层，该多层阳极材料层含有阳极活性物质，其特征在于，所述多层阳极材料层中，在从靠近集流体到远离集流体的方向上，阳极材料层中所述阳极活性物质固相扩散系数逐渐增大。


2.根据权利要求1所述的锂离子电池阳极，其中，在相邻的阳极材料层中，相比下一层中的所述阳极活性物质固相扩散系数，上一层中的所述阳极活性物质固相扩散系数高5以上，优选为20-40；
优选地，与所述集流体紧贴的阳极材料层中所述阳极活性物质固相扩散系数为5-15；
优选地，与所述集流体最远离的阳极材料层中所述阳极活性物质固相扩散系数为20-50。


3.根据权利要求1所述的锂离子电池阳极，其中，最远离集流体的阳极材料层中，所述阳极活性物质为钛酸锂。


4.根据权利要求1-3中任意一项所述的锂离子电池阳极，其中，所述阳极材料层为2-3层；
优选地，最远离集流体的阳极材料层厚度为多层阳极材料层总厚度的10-60％
优选地，最紧贴集流体的阳极材料层厚度为多层阳极材料层总厚度的10-60％。


5.一种锂离子电池阳极的制备方法，其特征在于，该方法包括粘结剂、导电剂和溶剂与固相扩散系数不同的两种或两种以上阳极活性物质分别混合后分层涂布在集流体上，并进行干燥、压制的步骤，其中，在从靠近集流体到远离集流体的方向上，阳极材料层中所述阳极活性物质固相扩散系数逐渐增大。


6.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池含有权利要求1-6中任意一项所述的阳极、阴极、有机电解液和隔膜；
所述有机电解液包括锂盐和有机溶剂，所述阴极包括集流体和阴极活性物质。

【专利技术属性】
技术研发人员：郭明奎，苏树发，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32