一种用于离子电池的正极极片及离子电池制造技术

本申请涉及电池技术领域，特别涉及一种用于离子电池的正极极片及离子电池。正极极片包括导电剂，导电剂包括一维导电材料和二维导电材料，导电剂在正极极片中的重量占比、一维导电材料和二维导电材料间的重量比、一维导电材料的比表面积、以及二维导电材料的二次粒径分布参数满足下述关系式：1.6≤A*BET/D+C≤6.0；其中，A表征重量占比，BET表征比表面积，D表征二次粒径分布参数，C表征重量比。本申请能够协同改善离子电池的低温直流内阻、低温充电和低温倍率放电性能，显著提升离子电池的低温电池性能，且适用于各种材料体系，制备工艺简单。制备工艺简单。制备工艺简单。

【技术实现步骤摘要】
一种用于离子电池的正极极片及离子电池


[0001]本申请涉及电池
，特别涉及一种用于离子电池的正极极片及离子电池。

技术介绍

[0002]随科技发展和环保需求，离子电池成为最重要的绿色能源之一，被广泛应用于电子设备、新能源汽车和航空航天等领域，然而现有离子电池的低温性能普遍较差，低温性能提升成为当前的研究重点之一。
[0003]在充放电过程中，离子电池的正负极间会发生以下两个可逆过程：1.功能离子的脱嵌、传输和嵌入；2.电子的收集与传输。在低温下，功能离子的液相传输速度大大降低，导致充电时负极易出现离子析出，放电时离子嵌入速度过慢，无法放电，因此，限制离子电池低温充放电性能主要取决于过程1中的功能离子脱嵌、传输和嵌入。现有技术中通常通过金属元素对正极极片中的活性材料本体进行体相掺杂，增加材料的层间距以提高离子扩散速率，降低扩散阻抗。然而该方式需针对不同的材料体系选择不同的掺杂元素和掺杂剂量，制备工艺复杂且成本较高，且低温性能提升较小。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的上述问题，本申请提供一种用于离子电池的正极极片及离子电池，通过设计正极体系导电剂的材料多元化配比，提高低温倍率放电和低温倍率充电性能，有效提升离子电池的低温充电量和放电量，适用于各种材料体系，制备工艺简单。具体技术方案如下：
[0005]一方面，本申请提供一种用于离子电池的正极极片，包括导电剂，所述导电剂包括一维导电材料和二维导电材料，所述导电剂在所述正极极片中的重量占比、所述一维导电材料和所述二维导电材料间的重量比、所述一维导电材料的比表面积、以及所述二维导电材料的二次粒径分布参数满足下述关系式：1.6≤A*BET/D+C≤6.0；
[0006]其中，A表征所述重量占比，BET表征所述比表面积，D表征所述二次粒径分布参数，C表征所述重量比。
[0007]具体的，所述一维导电材料包括碳纳米管和碳纳米纤维中的至少一种，所述二维导电材料包括石墨烯、还原氧化石墨烯、氧化石墨烯和类石墨烯中的至少一种。
[0008]具体的，所述二次粒径分布参数采用下述公式获取，D＝[(D1
‑
D3)/D2]；
[0009]其中，D1表征所述二维导电材料在溶剂中累计体积占比达到第一预设占比时所对应的片径，D2表征所述二维导电材料在溶剂中累计体积占比达到第二预设占比时所对应的片径，D3表征所述二维导电材料在溶剂中累计体积占比达到第三预设占比时所对应的片径，所述第一预设占比、所述第二预设占比和所述第三预设占比依次递减。
[0010]具体的，所述第一预设占比为90％，所述第二预设占比为50％，所述第三预设占比为10％。
[0011]具体的，导电剂在所述正极极片中的重量占比为0.5％≤A≤2.0％。
[0012]具体的，所述一维导电材料的比表面积为150≤BET≤250m2/g。
[0013]具体的，所述一维导电材料和所述二维导电材料间的重量比为1.5≤C≤4。
[0014]具体的，所述二次粒径分布参数为2.5≤D≤6.5。
[0015]优选的，所述二维导电材料的片径D1满足2≤D1≤10μm；
[0016]优选的，所述正极极片所用石墨烯片径D2满足0.8≤D2≤3μm；
[0017]优选的，所述正极极片所用石墨烯片径D3满足0.02≤D3≤0.1μm。
[0018]另一方面，本申请提供一种电极，所述电极包括如上所述的正极极片。
[0019]另一方面，本申请提供一种离子电池，所述离子电池包括如上所述的正极极片或电极。
[0020]基于上述技术方案，本申请具有以下有益效果：
[0021]通过设计正极体系导电剂的材料多元化配比，提高低温倍率放电和低温倍率充电性能，有效提升离子电池的低温充电量和放电量，适用于各种材料体系，制备工艺简单。并且，构建了导电剂在正极极片中的重量占比、一维导电材料和二维导电材料间的重量比、一维导电材料的比表面积、以及二维导电材料的二次粒径分布参数间的关系式，通过控制A*BET/D+C的值在上述范围内，能够协同改善离子电池的低温直流内阻、低温充电和低温倍率放电性能，显著提升离子电池的低温电池性能。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
[0023]图1是本申请实施例提供的正极极片的SEM图；
[0024]图2是本申请实施例提供的在0℃倍率充电测试中得到的不同倍率下的充电恒流比。
具体实施方式
[0025]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0026]对于以下定义的术语，除非在权利要求书或本说明书中的其他地方给出一个不同的定义，否则应当应用这些定义。所有数值无论是否被明确指示，在此均被定义为由术语“约”修饰。术语“约”大体上是指一个数值范围，本领域的普通技术人员将该数值范围视为等同于所陈述的值以产生实质上相同的性质、功能、结果等。由一个低值和一个高值指示的一个数值范围被定义为包括该数值范围内包括的所有数值以及该数值范围内包括的所有子范围。
[0027]需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用
的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
[0028]以下介绍本申请实施例提供的用于离子电池的正极极片，包括导电剂，导电剂包括一维导电材料和二维导电材料，导电剂在正极极片中的重量占比、一维导电材料和二维导电材料间的重量比、一维导电材料的比表面积、以及二维导电材料的二次粒径分布参数满足下述关系式：1.6≤A*BET/D+C≤6.0；其中，A表征重量占比，BET表征比表面积，D表征二次粒径分布参数，C表征重量比。二次粒径分布参数是基于二维导电材料在溶剂中不同体积占比的情况下所对应的片径确定的。通过在导电剂中协同加入一维导电材料和二维导电材料，构建导电剂在正极极片中的重量占比、一维导电材料和二维导电材料间的重量比、一维导电材料的比表面积、以及二维导电材料的二次粒径分布参数间的关系式，并控制A*BET/D+C的值在上述范围内，能够协同改善离子电池的低温直流内阻、低温充电和低温倍率放电性能，显著提升离子电池的低温电池性能。具体的，离子电池的0℃放电DCR可达105.2mΩ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于离子电池的正极极片，包括导电剂，其特征在于，所述导电剂包括一维导电材料和二维导电材料，所述导电剂在所述正极极片中的重量占比、所述一维导电材料和所述二维导电材料间的重量比、所述一维导电材料的比表面积、以及所述二维导电材料的二次粒径分布参数满足下述关系式：1.6≤A*BET/D+C≤6.0；其中，A表征所述重量占比，BET表征所述比表面积，D表征所述二次粒径分布参数，C表征所述重量比。2.根据权利要求1中所述的正极极片，其特征在于，所述一维导电材料包括碳纳米管和碳纳米纤维中的至少一种，所述二维导电材料包括石墨烯、还原氧化石墨烯、氧化石墨烯和类石墨烯中的至少一种。3.根据权利要求1中所述的正极极片，其特征在于，所述二次粒径分布参数采用下述公式获取，D＝[(D1‑
D3)/D2]；其中，D1表征所述二维导电材料在溶剂中累计体积占比达到第一预设占比时所对应的片径，D2表征所述二维导电材料在溶剂中累计体积占比达到第二预设占比时所对应的片径，D3表征所述二维导电材料在溶剂中累计体积占比达到第三预设占比时所对应的片径，所述第一预设占比、所述第二预设占比和所述第三预设占比依次递减。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：方崇卿，洪江彬，林丽萍，黄昌荣，
申请(专利权)人：厦门凯纳石墨烯技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：