一种电极极片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种电极极片及其制备方法和应用，其制备方法包括以下步骤：电极材料极片制备，将电极材料、导电剂、粘合剂、分散剂和造孔剂搅拌制得浆料，将浆料涂覆于集流体表面后干燥得到电极材料极片；电解质溶液制备：将固态电解质进行机械球磨获得电解质粉末后溶于有机溶剂中获得电解质溶液；电极极片的制备：将电极材料极片浸润于电解质溶液中，然后在真空条件下加热烘干，压片制得电极极片，固态锂离子电池的电极极片由上述制备方法制得，本发明专利技术中制备得到的电极极片应用于传统液态锂电池、聚合物锂电池、混合固液电解质锂蓄电池、固态电池中的任意一种。本发明专利技术具有制备过程低成本易于规模生产且制备的电极极片具备优异电化学性能的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种电极极片及其制备方法和应用
本专利技术涉及锂离子电池
，更具体地说，它涉及一种电极极片及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池因具有高能量密度、工作电压高、无记忆效应等优势，目前已快速普遍应用于日常便携式电子产品、动力电池和储能系统当中。传统的锂离子电池采用有机电解液作为锂离子传输的载体，但是当温度升高时，电解液和电池体系内的材料发生一系列副反应，使电池内阻显著增加，并会伴随产气等现象，严重威胁电池的安全使用性。为解决传统锂离子电池的上述问题，通常会采用固态电解质作为锂离子传输载体，因为固态电解质不会挥发、不易燃烧、无漏液隐患，具有优异的热稳定性和安全性能。而且一些无机固体电解质还具有高强度机械性能，可以有效防止“锂枝晶”刺穿电解质，这一优势使得电池采用锂金属作为负极可以大大提高电池的能量密度。虽然固态电池在安全和能量密度上具有显著的优势，但是其发展仍然面临着一些问题，在全固态体系中，因为固态电解质和电极材料属于固固接触，界面电阻大导致电池性能急剧下降。为了缓解上述问题，目前多采用原子层沉积（ALD）制备修饰固态电解质或者将电极材料活性物质、电解质、碳材料等进行干法机械球磨，前者沉积法制备固态电解质制作方法成本较高，后者仅仅经过机械球磨很难得到均匀包覆电解质的样品，因此寻找一种低成本易于规模化生产且具备优异电化学性能的制备方法尤为重要。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的第一个目的在于提供一种电极极片的制备方法，其具有制备过程低成本易于规模生产且制备的电极极片具备优异电化学性能的优点。本专利技术的第二个目的在于提供一种电极极片，其具有优异的电化学性能的优点。本专利技术的第三个目的在于提供一种电极极片的应用，其具有适用范围广的优点。为实现上述第一个目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种电极极片的制备方法，包括以下步骤：电极材料极片制备，将电极材料、导电剂、粘合剂、分散剂和造孔剂搅拌制得浆料，然后将浆料涂覆于集流体表面后干燥得到电极材料极片；电解质溶液制备：将固态电解质进行机械球磨获得电解质粉末后溶于有机溶剂中获得电解质溶液；电极极片的制备：将所述电极材料极片浸润于电解质溶液中，加热烘干，压片制得电极极片。通过采用上述技术方案，本专利技术中在电极材料中加入了造孔剂，然后将浆料涂覆于集流体上干燥过程中，随着温度的升高，造孔剂分解，使得电极材料极片具有疏松的多孔结构，然后将多孔结构的电极材料极片浸润于液态的电解质溶液，有助于电解质溶液对电极材料极片的浸润，然后再进行固化制得电极极片，采用该制备方法制备得到的电极极片提高了电极材料与电解质的接触面积，降低电极材料与电解质之间的界面电阻，且该方法大大简化了固态电池的制备工艺，降低生产成本，提高固态电池的制备效率，且制得的电极极片具有优异的电化学性能，具有优异的循环寿命和倍率性能，降低电池内阻。压片操作得到压实密度更高的极片，有利于提高电池的体积能量密度。本专利技术进一步设置为：步骤电极材料极片制备中，以重量份数计，浆料的制备方法为：将90-96份电极材料、0.1-5.0份导电剂、1.0-3.0份粘合剂、5-20份造孔剂溶于分散剂中，制得固含量为40-70%的浆料。通过采用上述技术方案，经过大量试验证明，选用上述比例的导电剂、造孔剂等，制得的电极极片为多孔结构，且相互交联的孔框架结构为电子的传递提供了快速通道，再经过电解质溶液的浸润后，多孔结构的电极极片提高锂离子的传导率，此外，在上述比例下制备得到的电极极片具有较大的比表面积，在保证电极材料容量的同时还可以实现电解质的有效负载。本专利技术进一步设置为：步骤电极材料极片制备中，所述电极材料为正极材料或负极材料，所述正极材料选自钴酸锂Li1+zCo1-nAnO2、三元材料Li1+zNixCoyM1-x-y-nAnO2、富锂锰mLi2MnO3·(1-m)Li1+zNixCoyMn1-x-y-nAnO2、镍锰尖晶石Li1+zNi0.5-hMn1.5-lAnO4、磷酸铁锰锂Li1+zFexMn1-x-nAnPO4、锰酸锂Li1+zMn2-nAnO4、磷酸铁锂Li(1+z)Fe(1-n)AnPO4中的一种或多种，其中，0≤z＜0.1，0≤n＜0.1，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜x+y+n＜1，0＜m＜1，h+l＝n，M为Mn或Al，A为Ti、Mg、Al、Zr、Nb、Ba、La、V、W、Ag、Sn中的至少一种元素，优选为钴酸锂Li1+zCo1-nAnO2、三元材料Li1+zNixCoyM1-x-y-nAnO2和磷酸铁锂Li(1+z)Fe(1-n)AnPO4；所述负极材料选自人造石墨、天然石墨、软碳、硬碳、中间相碳微球、金属锂、Li-C化合物、锂合金、过渡金属氧化物、钛酸锂的一种或多种，优选为碳负极材料如人造石墨、天然石墨、软碳、硬碳、中间相碳微球，更优选为人造石墨。通过采用上述技术方案，专利技术人经过大量实验，正极电极材料选用三元材料的时候，三元材料虽然首次库伦效率较钴酸锂和锰酸锂较低，但是其能量密度高、高低温性能好、循环性能稳定。本专利技术进一步设置为：步骤电极材料极片制备中，所述导电剂选自碳纳米管、炭黑、石墨烯和科琴黑中的一种或多种；所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、聚丙烯腈、丁腈橡胶和硅胶中的一种或几种，当电极极片为正极极片时，粘结剂优选为聚偏氟乙烯，当电极极片为负极极片时，粘结剂优选为聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶。所述分散剂选自N-甲基吡咯烷酮、水、甲苯或者二甲苯中的一种或多种；所述造孔剂选用草酸、柠檬酸或苯甲酸中的一种或多种，优选为草酸。通过采用上述方案，造孔剂在加热后会释放出气体如二氧化碳，在电极材料极片制备过程中加入本专利技术中选用的造孔剂，然后再涂覆于集流体后干燥过程中造孔剂释放气体，在电极材料极片中溢出产生孔洞结构。本专利技术进一步设置为：步骤电极材料极片制备中，将浆料涂覆于集流体表面后干燥温度为60-130℃，干燥时间为0.5-2h，涂覆量为1-100mg/cm2；所述集流体为铜箔、铝箔、泡沫镍或其它可以承载材料且具有良好导电性的物质。本专利技术进一步设置为：步骤电解质溶液制备中，所述固态电解质为固体聚合物电解质或无机固态电解质，所述有机溶剂选自选自乙腈、N-甲基酰胺、丙酮、甲苯、四氢呋喃、丁酸丁酯、N-甲基吡咯烷酮、正庚烷和乙醇中的一种或多种；有机溶剂与电解质粉末的质量比为(5-15):1；所述固态电解质为聚合物电解质或无机固态电解质；所述聚合物电解质由聚合物基体和锂盐构成，所述聚合物机体选自聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚环氧丙烷、聚偏氯乙烯以及单离子聚合物电解质中的一种或多种，锂盐选用LiClO4、LiAsF4、LiPF6、LiBF4中的一种或多种；所述无机固态电解质包括自氧化物型固态电解质和硫化物型电解质中的一种或两种，氧化物型固态电解质选用石榴石型固态电解质材料、NASICON型固态电解质材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n电极材料极片制备，将电极材料、导电剂、粘合剂、分散剂和造孔剂搅拌制得浆料，然后将浆料涂覆于集流体表面后干燥得到电极材料极片；/n电解质溶液制备：将固态电解质进行机械球磨获得电解质粉末后溶于有机溶剂中获得电解质溶液；/n电极极片的制备：将所述电极材料极片浸润于电解质溶液中，加热烘干，压片制得电极极片。/n

【技术特征摘要】
1.一种电极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
电极材料极片制备，将电极材料、导电剂、粘合剂、分散剂和造孔剂搅拌制得浆料，然后将浆料涂覆于集流体表面后干燥得到电极材料极片；
电解质溶液制备：将固态电解质进行机械球磨获得电解质粉末后溶于有机溶剂中获得电解质溶液；
电极极片的制备：将所述电极材料极片浸润于电解质溶液中，加热烘干，压片制得电极极片。


2.根据权利要求1所述的一种电极极片的制备方法，其特征在于，步骤电极材料极片制备中，以重量份数计，浆料的制备方法为：将90-96份电极材料、0.1-5.0份导电剂、1.0-4.0份粘合剂、5-20份造孔剂溶于分散剂中，制得固含量为40-70%的浆料。


3.根据权利要求1所述的一种电极极片的制备方法，其特征在于，步骤电极材料极片制备中，所述电极材料为正极材料或负极材料，所述正极材料选自钴酸锂Li1+zCo1-nAnO2、三元材料Li1+zNixCoyM1-x-y-nAnO2、富锂锰mLi2MnO3·(1-m)Li1+zNixCoyMn1-x-y-nAnO2、镍锰尖晶石Li1+zNi0.5-hMn1.5-lAnO4、磷酸铁锰锂Li1+zFexMn1-x-nAnPO4、锰酸锂Li1+zMn2-nAnO4、磷酸铁锂Li(1+z)Fe(1-n)AnPO4中的一种或多种，其中，0≤z＜0.1，0≤n＜0.1，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜x+y+n＜1，0＜m＜1，h+l＝n，M为Mn或Al，A为Ti、Mg、Al、Zr、Nb、Ba、La、V、W、Ag、Sn中的至少一种元素；
所述负极材料选自人造石墨、天然石墨、软碳、硬碳、中间相碳微球、金属锂、Li-C化合物、锂合金、过渡金属氧化物、钛酸锂的一种或多种。


4.根据权利要求2所述的一种电极极片的制备方法，其特征在于，步骤电极材料极片制备中，所述导电剂选自碳纳米管、炭黑、石墨烯和科琴黑中的一种或多种；
所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、丁腈橡胶和硅胶中的一种或几种；
所述分散剂选自N-甲基吡咯烷酮、水、甲苯或者二甲苯中的一种或多种；
所述造孔剂选用草酸、柠檬酸或苯甲酸中的一种或多种。


5.根据权利要求1所述的一种电极极片的制备方法，其特征在于，步骤电极材料极片制备中，将浆料涂覆于集流体表面后干燥温度为60-130℃，干燥时间为0.5-2h，涂覆量为1-100mg/cm2；
所述集流体选自铜箔、铝箔、泡沫镍中任意一种。


6.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：许晓雄，张永龙，魏引利，陈董亮，吴云峰，丁超，徐礼虎，
申请(专利权)人：浙江锋锂新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33