极板与电池制造技术

本发明专利技术公开一种极板与电池，其中该极板包括：金属箔，第一活性材料层，直接位于金属箔的上表面上；以及第二活性材料层，直接位于金属箔的下表面上，其中第一活性材料层与第二活性材料层的结晶系统不同。材料层的结晶系统不同。材料层的结晶系统不同。

【技术实现步骤摘要】
极板与电池


[0001]本专利技术涉及电池，特别是涉及电池所用的极板的上下两侧的活性材料层。

技术介绍

[0002]现今主流的碳负极材料虽具有不错的电容量(约350mAh/g)，但在循环寿命、安全性、可快充等特性仍有瓶颈。而钛酸锂(Li4Ti5O
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，LTO)具有长寿命、高安全的快充负极材料，但电容量较低(约165mAh/g)；铌酸钛(TiNb2O7，TNO)具有更高的理论电容量(约380mAh/g)，其1.6V的工作电位可防止锂枝晶生成，安全性良好，适合作为下一代快充负极。此外，铌酸钛的低温性能良好，可适应各种恶劣环境。然而，铌酸钛的导电性质与循环寿命较差，如需用于动力锂电池，则需进一步对材料改性以得到更好性能。
[0003]为了解决TNO材料制作全电池在循环寿命表现不佳的问题，可采用碳材包覆TNO粉体烧结、在基材上涂覆碳材后再涂布TNO，或是于电解液中加入添加剂。然而以碳材包覆TNO粉体烧结的成本大幅提升。若在基材上涂覆碳材后再涂布TNO，则改良循环寿命的效果有限或毫无效果。至于电解液中添加添加剂的方法，目前都会减损TNO材料的电性。综上所述，目前亟需新的方法克服上述问题。

技术实现思路

[0004]本揭露一实施例提供的极板，包括：金属箔，第一活性材料层，直接位于金属箔的上表面上；以及第二活性材料层，直接位于金属箔的下表面上，其中第一活性材料层与第二活性材料层的结晶系统不同。
[0005]本揭露一实施例提供的电池，包括：正极板；负极板；以及隔离膜，位于正极板与负极板之间，其中正极板、负极板、与隔离膜含浸于电解液中，其中正极板与负极板中的至少一者包括：金属箔；第一活性材料层，直接位于金属箔的上表面上；以及第二活性材料层，直接位于金属箔的下表面上，其中第一活性材料层与第二活性材料层的结晶系统不同。
附图说明
[0006]图1为本专利技术一实施例及比较例中，不同电池的循环测试结果图；
[0007]图2为本专利技术一实施例及比较例中，不同电池的循环测试结果图。
具体实施方式
[0008]本揭露一实施例提供的极板，包括：金属箔，第一活性材料层，直接位于金属箔的上表面上；以及第二活性材料层，直接位于金属箔的下表面上，其中第一活性材料层与第二活性材料层的结晶系统不同。若第一活性材料层与第二活性材料层的结晶系统相同，则无法在电池(如后述)充放电时，使分配于极板的第一活性材料层与第二活性材料层的电流不同，而无法增大电池电容并延长电池的循环寿命。
[0009]当极板为负极板时，第一活性材料层与第二活性材料层各自包括尖晶石结构的钛
酸锂(LTO)、单斜晶系的铌酸钛(TNO)、非晶结构的软碳、非晶结构的硬碳、或六方晶系结构的石墨。举例来说，负极板的第一活性材料层包括尖晶石结构的钛酸锂(LTO)，而第二活性材料层包括单斜晶系的铌酸钛(TNO)。
[0010]在一些实施例中，极板为正极板，其第一活性材料层与第二活性材料层各自包括橄榄石结构的磷酸锂锰铁、橄榄石结构的磷酸锂铁、层状结构的镍钴锰酸锂、层状结构的镍钴铝酸锂、层状结构的氧化锂钴、或尖晶石结构的氧化锂锰。举例来说，正极板的第一活性材料层可包括橄榄石结构的磷酸锂锰铁，而第二活性材料层可包括层状结构的镍钴锰酸锂。
[0011]在一些实施例中，金属箔包括铜、铝、钛、铝合金、铜合金、或钛合金。一般而言，金属箔可视作极板结构的集电器。
[0012]本揭露一实施例提供的电池，包括：正极板；负极板；以及隔离膜，位于正极板与负极板之间。正极板、负极板、与隔离膜含浸于电解液中。隔离膜可为多孔聚合物如聚乙烯、聚丙烯、上述的混掺物、陶瓷涂层或上述聚乙烯、聚丙烯的多层结构。电解质可为液态或胶态(比如溶解在一或多种非水溶剂中的锂盐)。在一实施例中，电解质中的锂盐溶解在碳酸酯类或醚类溶剂中，例如锂盐为六氟磷酸锂LiPF6，溶于碳酸乙烯酯(Ethylene carbonate,EC)及碳酸二甲酯(Dimethyl carbonate,DMC)中。在另一实施例中，电解质可为离子液体，例如N
‑
甲基
‑
N
‑
烷基吡咯烷双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺盐。电解质亦可为固态电解质，例如锂离子传导玻璃如氮氧化锂磷(LiPON)。在另一实施例中，电解质可包括聚偏二氟乙烯(PVDF)共聚物、PVDF
‑
聚酰亚胺材料、有机硅聚合物、热聚合凝胶、射线固化丙烯酸酯、包含聚合物凝胶的颗粒、无机凝胶聚合物电解质、无机凝胶
‑
聚合物电解质、PVDF凝胶、聚环氧乙烷(PEO)、玻璃陶瓷电解质、磷酸盐玻璃、锂传导玻璃、锂传导陶瓷、或无机离子性液体凝胶。
[0013]上述正极板与负极板中的至少一者包括：金属箔；第一活性材料层，直接位于金属箔的上表面上；以及第二活性材料层，直接位于金属箔的下表面上，其中第一活性材料层与第二活性材料层的结晶系统不同。
[0014]在一实施例中，负极板的第一活性材料层与第二活性材料层的结晶系统不同，且正极板两侧的活性材料层相同(比如均包括橄榄石结构的磷酸锂锰铁、橄榄石结构的磷酸锂铁、层状结构的镍钴锰酸锂、层状结构的镍钴铝酸锂、层状结构的氧化锂钴、或尖晶石结构的氧化锂锰)。在电池充放电时，正极板上表面的活性材料层相对于负极板的第一活性材料层具有第一电压差(ΔVa)，而正极板下表面的活性材料层相对于负极板的第二活性材料层具有第二电压差(ΔVb)，造成分配于负极板的第一活性材料层与第二活性材料层的电流不同，可调控电池电容量并延长电池的循环寿命。
[0015]在另一实施例中，负极板的第一活性材料层与第二活性材料层的结晶系统不同，且正极板两侧的活性材料层不同。在电池充放电时，正极板上表面上的活性材料层相对于负极板的第一活性材料层具有第一电压差(ΔVa1)，正极板下表面上的活性材料层相对于负极板的第一活性材料层具有第二电压差(ΔVa2)，正极板上表面上的活性材料层相对于负极板的第二活性材料层具有第三电压差(ΔVb1)，而正极板下表面上的活性材料层相对于负极板的第二活性材料层具有第四电压差(ΔVb2)，造成分配于正极板上下两侧的活性材料层与负极板的第一活性材料层与第二活性材料层的电流不同，可调控电池电容量并延长电池的循环寿命。
[0016]在一些实施例中，正极板的第一活性材料层与第二活性材料层的结晶系统不同，且负极板两侧的活性材料层相同(比如均包括尖晶石结构的钛酸锂(LTO)、单斜晶系的铌酸钛(TNO)、非晶结构的软碳、非晶结构的硬碳、或六方晶系结构的石墨)。在电池充放电时，正极板上表面上的活性材料层相对于负极板具有第一电压差(ΔVc)，正极板下表面上的活性材料层相对于负极板具有第二电压差(ΔVd)，造成分配于正极板上下两侧的活性材料层的电流不同，可调控电池电容量并延长电池的循环寿命。
[0017]为让本揭露的上述内容和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出优选实施例，并配合所附的附图，作详细说明如下：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种极板，包括：金属箔，第一活性材料层，直接位于该金属箔的上表面上；以及第二活性材料层，直接位于该金属箔的下表面上，其中该第一活性材料层与该第二活性材料层的结晶系统不同。2.如权利要求1所述的极板，其为负极板，其中该第一活性材料层与该第二活性材料层各自包括尖晶石结构的钛酸锂(LTO)、单斜晶系的铌酸钛(TNO)、非晶结构的软碳、非晶结构的硬碳、或六方晶系结构的石墨。3.如权利要求2所述的极板，其为负极板，其中该第一活性材料层包括尖晶石结构的钛酸锂(LTO)，而该第二活性材料层包括单斜晶系的铌酸钛(TNO)。4.如权利要求1所述的极板，其为正极板，其中该第一活性材料层与该第二活性材料层各自包括橄榄石结构的磷酸锂锰铁、橄榄石结构的磷酸锂铁、层状结构的镍钴锰酸锂、层状结构的镍钴铝酸锂、层状结构的氧化锂钴、或尖晶石结构的氧化锂锰。5.如权利要求1所述的极板，其中该金属箔包括铝、铜、钛、铝合金、铜合金、或钛合金。6.一种电池，包括：正极板；负极板；以及隔离膜，位于该正极板与该负极板之间，其中该正极板、该负极板、与该隔离膜含浸于电解液中，其中该正极板与该负极板中的至少一者包括：金属箔；第一活性材料层，直接位于该金属箔的上表面上；以及第二活性材料层，直接位于该金属箔的下表面上，其中该第一活性材料层与该第二活性材料层的结晶系统不同。7.如权利要求6所述的电池，其中该负极板的该第一活性材料层与该第二活性材料层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶胜发，谢登存，陈靓瑜，廖世杰，黄浩慈，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：