一种电极及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种电极及其制备方法。其中，一种电极，包括集流体、多个通孔层和多个活性层；所述通孔层与所述活性层均设置在所述集流体上，且所述通孔层设置在所述集流体与所述活性层之间，或任意相邻所述活性层之间。本发明专利技术的电极由多个活性层及通孔层组成，而通孔层由高聚物的网状结构组成，使用时高聚物溶于电解液，即形成孔径大小及分布可控的孔隙结构，使得每一层的活性层均可与更多的电解液相接触，解决了较厚电极的电解液浸润难、离子传输慢的问题。此外，通孔层的形貌可控，相比于传统的多孔电极，孔隙的迂曲度更低，离子传导更快，提高了极片的离子电导，进而保证了电芯的能量、功率密度以及倍率性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
一种电极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种电极及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，随着科学技术的不断发展，锂离子电池的应用领域由便携式的电子产品扩展到了电动汽车、储能电源、航空领域等。尤其电动汽车等大型电动设备，在保证安全性的前提下需要具备一定的续航里程及与电动汽车相匹配的循环寿命，因此对锂离子电池的能量密度、循环寿命及倍率性能提出了更高的要求。
[0003]为使单体器件具有更高的能量密度，可以在保证安全工作的情况下尽可能地提高器件中储能材料所占的比重，即采用较厚的电极。增加电极厚度可以显著的降低电芯中辅材的质量占比，从而增加电芯的能量密度。但随着电极厚度的增加，电解液不易浸润极片，锂离子在电极孔隙中的扩散受到明显的阻碍，反而会导致电芯的能量、功率密度、倍率性能下降。
[0004]增加电极的孔隙率是解决电芯倍率性能下降的主要方法，例如专利CN102324493B公开了一种具有良好电化学性能的厚电极，其包括集流体与分布在集流体上含有活性物质和导电物质的电极膜片，其内层膜片到外层膜片电极膜片的孔隙率增加，从而改进电极性能。但是，在多孔电极中，存在严重的浓差极化现象，而电极厚度方向上从外表面至内表面锂离子浓度从高到低，内表面锂离子浓度更低，增加外层膜片的孔隙率相当于增大了孔道的前端管径，可在一定程度上改善浓差极化，但并非根本途径。此外，目前较厚的电极多为双层活性物质，每层中孔隙率均匀分布，通过辊压方式控制孔隙率，但具体的孔隙结构无法控制，且双层活性物质会明显增加电极的体积，从而影响电芯的体积能量密度。文献Nature Reviews Materials,2019,4(1):45-60总结了应对电极中电荷传递限制所采用的3D电极结构及其合成方法，讨论了电化学体系中电荷传递的作用，并设计了用于电子传递的3D多孔连续导电网络结构和有利于离子传输的完全互联的分层孔隙率结构。但该方法为先构建3维的导电碳骨架材料，后形成3维电极、或直接通过3D打印形成3维的电极结构，该方法、工艺复杂，较难实现工业生产，且不能进行辊压步骤(辊压会破坏3维结构)，反而会对电芯的体积能量密度造成不利影响。
[0005]由此可见，现有的厚电极技术及其制备方法存在孔隙结构的形貌及分布不可控，且工艺方法复杂，不便于扩大化生产的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题之一是提供一种电极，解决了现有厚电极孔隙结构及分布不可控的问题。
[0007]本专利技术所要解决的技术问题之二是提供一种电极的制备方法，解决现有厚电极改进技术制备方法复杂、不便于扩大化生产的问题。
[0008]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种电极，包括集流体、多个通孔层和
多个活性层；
[0009]所述通孔层与所述活性层均设置在所述集流体上，且所述通孔层设置在所述集流体与所述活性层之间，或任意相邻所述活性层之间。
[0010]本专利技术的电极由集流体、多个通孔层和多个活性层组成，其中，通孔层的位置不固定，可一面与集流体相接，另一面与活性层相接，也可仅与两层活性层相接。当通孔层贴近集流体表面时，可直接增加锂离子通道，减少浓差极化现象，提高极片的倍率性能。此外，本专利技术中的通孔层形貌可控，相比于传统的多孔电极，孔隙的迂曲度更低，离子传导更快，提高了电极极片的离子电导，进而保证了电芯的能量、功率密度以及倍率性能。
[0011]进一步，所述通孔层的厚度为1-15μm，所述活性层的厚度为50-250μm；
[0012]优选的，所述通孔层的厚度为5-15μm。根据对电极厚度的需要，通孔层的厚度可设置为1-15μm，活性层的厚度可设置为50-250μm，更为优选的，通孔层的厚度可设置为5-15μm。
[0013]进一步，所述通孔层的数量为1-4，所述活性层的数量为2-5；
[0014]优选的，所述通孔层的数量为1-2，所述活性层的数量为2-3。
[0015]根据对电极孔隙率的要求，通孔层的数量可设置为1-4，活性层的数量可设置为2-5，更为优选的，通孔层的数量可设置为1-2，活性层的数量可设置为2-3。
[0016]进一步，所述通孔层的孔径为0.05-10μm；
[0017]优选的，所述通孔层的孔径为0.1-1μm。
[0018]通孔层的孔径可直接通过静电纺丝工艺参数的调整进行控制，因此，通孔层形貌可控，相比于传统的多孔电极，孔隙的迂曲度更低，离子传导更快，提高了电极极片的离子电导，进而保证了电芯的能量、功率密度以及倍率性能。
[0019]进一步，所述活性层包括活性物质和导电物质；
[0020]所述活性物质为镍钴锰酸锂、钴酸锂或磷酸铁锂中任意一种或多种的组合；
[0021]所述导电物质为炭黑、乙炔黑、Super-P、石墨、碳纳米管或石墨烯中的任意一种或多种的组合；
[0022]所述活性物质的质量百分含量为50-98％，所述导电物质的质量百分含量为0.5-20％；
[0023]优选的，所述活性物质的质量百分含量为90-96％。所述导电物质的质量百分含量为0.5-4％。
[0024]活性层包括活性物质、导电物质以及粘结剂等材料，其中，活性物质为镍钴锰酸锂、钴酸锂或磷酸铁锂中任意一种或多种的组合，导电物质为炭黑、乙炔黑、Super-P、石墨、碳纳米管或石墨烯中的任意一种或多种的组合，粘结剂可选用聚偏二氟乙烯或N-甲基吡咯烷酮。其中，活性物质的质量百分含量为50-98％，导电物质的质量百分含量为0.5-20％；更为优选的，活性物质的质量百分含量为90-96％，导电物质的质量百分含量为0.5-4％。
[0025]Super-P是一种具有较高的导电性和吸油值的纯黑色极细粉末，中文名：导电碳黑。
[0026]上述电极的制备方法，包括以下步骤：
[0027]将活性层、高聚物网状结构依次交替粘覆在集流体上，经烘干、辊压后，即得电极；
[0028]其中，所述高聚物网状结构由高聚物静电纺丝而成；
[0029]所述高聚物为聚酰胺、聚丙烯腈、环氧树脂或聚氯乙烯中的任意一种或多种。
[0030]将活性层粘覆在集流体上，然后再将高聚物网状结构粘覆在活性层的表面，依次交替进行，经烘干、辊压后，将该电极浸泡于电解液中，或将该电极组装成电池，网状结构的高聚物被电解液溶解，即形成通孔层。通孔层的孔径大小及分布是由静电纺丝的工艺参数决定的，因此孔径结构可控。此外，通孔层是在注入电解液后才形成，因此可正常进行辊压等加工工艺，不会对电极的三维结构产生不利影响，解决了传统三维电极的加工问题，该方法简单易行，便于扩大化生产。
[0031]进一步，具体包括以下步骤：将含有活性物质与导电物质的浆料涂覆在集流体上，并于100-120℃下烘干处理后，得到活性层；在活性层表面纺制聚合物网状结构，或将纺制成型的聚合物网状结构粘覆在活性层表面，得到高聚物网状结构；按照上述步骤将活性层、高聚物网状结构依次交本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电极，其特征在于，包括集流体(1)、多个通孔层(3)和多个活性层(2)；所述通孔层(3)与所述活性层(2)均设置在所述集流体(1)上，且所述通孔层(3)设置在所述集流体(1)与所述活性层(2)之间，或任意相邻所述活性层(2)之间。2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述通孔层(3)的厚度为1-15μm，所述活性层(2)的厚度为50-250μm；优选的，所述通孔层(3)的厚度为5-15μm。3.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述通孔层(3)的数量为1-4，所述活性层(2)的数量为2-5；优选的，所述通孔层(3)的数量为1-2，所述活性层(2)的数量为2-3。4.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述通孔层(3)的孔径为0.05-10μm；优选的，所述通孔层(3)的孔径为0.1-1μm。5.根据权利要求1-4任一项所述的电极，其特征在于，所述活性层(2)包括活性物质和导电物质；所述活性物质为镍钴锰酸锂、钴酸锂或磷酸铁锂中任意一种或多种的组合；所述导电物质为炭黑、乙炔黑、Super-P、石墨、碳纳米管或石墨烯中的任意一种或多种的组合；所述活性物质的质量百分含量为50-98％，所述导电物质的质量百分含量为0.5-20％；优选的，所述活性物质的质量百分含量为90-96％，所述导电物质的质量百分含量为0.5-4％。6.权利要求1-5任一项所述电极的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锴，钱丽，陈啸天，孙小嫚，杨道均，吴宁宁，吴可，
申请(专利权)人：荣盛盟固利新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：