多层结构的电池极片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多层结构的电池极片及其制备方法。电池极片包括集流体及活性涂层；活性涂层包括底部涂层、中部涂层及表层涂层；底部涂层、中部涂层及表层涂层分别由第一浆料、第二浆料及第三浆料涂布而成；第一浆料、第二浆料及第三浆料中均包括活性物质、导电剂及粘结剂，第一浆料、第二浆料及第三浆料中活性物质的颗粒大小依次增大；第一浆料、第二浆料、第三浆料中的活性物质的颗粒粒径分别为0.1～1um、1～5um、5～10um；第一浆料及第二浆料中的导电剂为炭黑；第三浆料中的导电剂为碳纳米管。该发明专利技术提供一种电导率及电解液润湿性能较佳，同时不需进行辊压，能提高制备效率和电化学性能的多层结构的电池极片及其制备方法。学性能的多层结构的电池极片及其制备方法。学性能的多层结构的电池极片及其制备方法。

【技术实现步骤摘要】
多层结构的电池极片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池极片制备
，尤其涉及一种多层结构的电池极片及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池的极片一般包括集流体和涂覆在集流体上的涂层，涂层中包括活性物质、导电剂、粘结剂等物质。活性物质用于参与电化学反应，导电剂用于连接集流体和活性物质，以进行电荷传输，粘结剂用于粘接活性物质、导电剂和集流体。理想的电极需要具备良好的电子导电和离子导电，因此，在电极的制备过程中，优化控制极片的电导率和孔隙率至关重要。
[0003]现有技术中，提高极片电导率的方式通常有以下三种：(1)增加导电剂含量或使用高性能导电剂；(2)对集流体进行表面改性(例如涂覆导电涂层或表面粗糙化)；(3)对极片进行辊压，降低孔隙率。然而，上述三种方式均存在弊端，通过增加导电剂含量的方式会降低极片的比容量，集流体表面涂碳和粗糙化处理会降低集流体强度和电极比容量，极片辊压的方式会导致辊压后电极孔隙率大大降低，电解液难以浸润电极，注液效率低，电极倍率性能差，同时电极柔韧性差，后续分切、卷绕等易破裂。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种电导率及电解液润湿性能较佳，同时不需进行辊压，且能提高制备效率和电化学性能的多层结构的电池极片及其制备方法。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种多层结构的电池极片，包括集流体及设于所述集流体上的活性涂层；所述活性涂层包括底部涂层、中部涂层及表层涂层，所述底部涂层、所述中部涂层及所述表层涂层由靠近所述集流体向远离所述集流体的方向依次设置；所述底部涂层由第一浆料涂布而成，所述中部涂层由第二浆料涂布而成，所述表层涂层由第三浆料涂布而成；
[0008]所述第一浆料、所述第二浆料及所述第三浆料中均包括活性物质、导电剂及粘结剂，所述第一浆料、所述第二浆料及所述第三浆料中的所述活性物质的颗粒大小依次增大；
[0009]所述第一浆料中的所述活性物质的颗粒粒径为0.1～1um，所述第一浆料中的所述导电剂为炭黑；
[0010]所述第二浆料中的所述活性物质的颗粒粒径为1～5um，所述第二浆料中的所述导电剂为炭黑；
[0011]所述第三浆料中的所述活性物质的颗粒粒径为5～10um，所述第三浆料中的所述导电剂为碳纳米管。
[0012]作为上述电池极片的可选方式，所述第一浆料中各组分的质量百分比为活性物质:导电剂:粘结剂＝(90～94)：(3～5)：(3～5)，所述第一浆料中所述炭黑导电剂的粒径为
20～50nm；
[0013]所述第二浆料中各组分的质量百分比为活性物质:导电剂:粘结剂＝(92～96)：(2～4)：(2～4)，所述第二浆料中所述炭黑导电剂的粒径大小为20～50nm；
[0014]所述第三浆料中各组分的质量百分比为活性物质:导电剂:粘结剂＝86～92)：(4～8)：(8～10)，所述第三浆料中所述碳纳米管导电剂的长度为0.7～3um。
[0015]作为上述电池极片的可选方式，所述第二浆料中所述活性物质的颗粒表面形成炭黑包覆层；所述第三浆料中所述活性物质的颗粒表面形成碳包覆层。
[0016]作为上述电池极片的可选方式，所述活性物质为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的一种；
[0017]所述粘结剂为聚偏二氟乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠等中的一种或多种。
[0018]作为上述电池极片的可选方式，所述底部涂层的厚度为所述活性涂层总厚度的10～20％；所述中部涂层的厚度为所述活性涂层总厚度的50～70％；所述表面涂层的厚度为所述活性涂层总厚度的10～40％。
[0019]作为上述电池极片的可选方式，所述集流体为铝箔、泡沫铝、镍箔中的一种，所述集流体的厚度为5～20um。
[0020]一种用于制备上述电池极片的制备方法，包括如下步骤：
[0021]1)制备第一浆料，第一浆料中活性物质:导电剂:粘结剂＝(90～94)：(3～5)：(3～5)，活性物质的颗粒粒径为0.1～1um，炭黑的粒径为20～50nm，将第一浆料涂布于集流体表面，烘烤干燥，形成底部涂层；
[0022]2)制备第二浆料，第二浆料中活性物质:导电剂:粘结剂＝(92～96)：(2～4)：(2～4)，活性物质的颗粒粒径为1～5um，炭黑导电剂的粒径为20～50nm，将第二浆料涂布于底部涂层表面，烘烤干燥，形成中部涂层；
[0023]3)制备第三浆料，第三浆料中活性物质:导电剂:粘结剂＝86～92)：(4～8)：(8～10)，活性物质的颗粒粒径为5～10um，碳纳米管导电剂的长度为0.7～3um，将第三浆料涂布于中部涂层表面，烘烤干燥，形成表层涂层。
[0024]作为上述制备方法的可选方式，所述制备方法还包括步骤：
[0025]第一浆料的制备方法为：
[0026]1a)将粘结剂和溶剂配制成质量分数为5～10％的胶液；
[0027]1b)将活性物质粉料分两个批次加入到胶液中，两批活性物质粉料的质量比为6:4，搅拌分散1～2h后加入导电炭黑，继续搅拌1～2h；
[0028]1c)加入溶剂来调节浆料的粘度和固含量，使浆料固含量为50～65％，形成第一浆料。
[0029]作为上述制备方法的可选方式，所述制备方法还包括步骤：
[0030]第二浆料制备方法为：
[0031]2a)将粘结剂和溶剂配制成质量分数为5～10％的胶液；
[0032]2b)将活性物质与2/3含量的炭黑进行预干混，在活性物质表面形成炭黑包覆层；
[0033]2c)将预干混粉料和剩余1/3含量的炭黑加入到胶液中搅拌分散1～2h；
[0034]2d)添加溶剂来调节浆料粘度和固含量，使浆料固含量为60～70％，形成第二浆
料。
[0035]作为上述制备方法的可选方式，所述制备方法还包括步骤：
[0036]第三浆料制备方法为：
[0037]3a)将粘结剂和溶剂配制成质量分数为5～10％胶液；
[0038]3b)将碳纳米管加入胶液中分散搅拌1～2h，加入活性物质颗粒，继续搅拌分散1～2h；
[0039]3c)继续加入溶剂来调节浆料粘度和固的含量，使浆料固含量为65～75％，形成第三浆料
[0040]本专利技术的有益之处在于：
[0041]第一浆料、第二浆料及第三浆料中的活性物质的颗粒大小依次增大，也就是说底部涂层中活性物质的颗粒最细小，使得底部涂层与集流体间接触面积较大，能使界面电阻显著减小。
[0042]颗粒大小依次增大可使活性涂层形成梯度分布的孔隙率，能加速电解液润湿，从而显著改善电极的倍率性能和循环性能，电极导电性显著提高。
[0043]底部涂层孔隙率高，有利于电解液与活性物质颗粒充分接触，电极极化小。
[0044]中部涂层的导电剂为炭本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层结构的电池极片，其特征在于，包括集流体(1)及设于所述集流体(1)上的活性涂层；所述活性涂层包括底部涂层(2)、中部涂层(3)及表层涂层(4)，所述底部涂层(2)、所述中部涂层(3)及所述表层涂层(4)由靠近所述集流体(1)向远离所述集流体(1)的方向依次设置；所述底部涂层(2)由第一浆料涂布而成，所述中部涂层(3)由第二浆料涂布而成，所述表层涂层(4)由第三浆料涂布而成；所述第一浆料、所述第二浆料及所述第三浆料中均包括活性物质、导电剂及粘结剂，所述第一浆料、所述第二浆料及所述第三浆料中的所述活性物质的颗粒大小依次增大；所述第一浆料中的所述活性物质的颗粒粒径为0.1～1um，所述第一浆料中的所述导电剂为炭黑；所述第二浆料中的所述活性物质的颗粒粒径为1～5um，所述第二浆料中的所述导电剂为炭黑；所述第三浆料中的所述活性物质的颗粒粒径为5～10um，所述第三浆料中的所述导电剂为碳纳米管。2.根据权利要求1所述的电池极片，其特征在于，所述第一浆料中各组分的质量百分比为活性物质:导电剂:粘结剂＝(90～94)：(3～5)：(3～5)，所述第一浆料中所述炭黑导电剂的粒径为20～50nm；所述第二浆料中各组分的质量百分比为活性物质:导电剂:粘结剂＝(92～96)：(2～4)：(2～4)，所述第二浆料中所述炭黑导电剂的粒径大小为20～50nm；所述第三浆料中各组分的质量百分比为活性物质:导电剂:粘结剂＝86～92)：(4～8)：(8～10)，所述第三浆料中所述碳纳米管导电剂的长度为0.7～3um。3.根据权利要求1所述的电池极片，其特征在于，所述第二浆料中所述活性物质的颗粒表面形成炭黑包覆层(33)；所述第三浆料中所述活性物质的颗粒表面形成碳包覆层(43)。4.根据权利要求1所述的电池极片，其特征在于，所述活性物质为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的一种；所述粘结剂为聚偏二氟乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠等中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的电池极片，其特征在于，所述底部涂层(2)的厚度为所述活性涂层总厚度的10～20％；所述中部涂层(3)的厚度为所述活性涂层总厚度的50～70％；所述表面涂层(4)的厚度为所述活性涂层总厚度的10～40％。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟兵，杜双龙，师渝滔，伍山松，陈思，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：