一种低曲折度厚电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种低曲折度厚电极及其制备方法和应用，所述低曲折度厚电极包括集流体和设置在所述集流体至少一侧表面的活性涂覆层，所述活性涂覆层中包括电极活性材料和多孔粘结剂。本发明专利技术的厚电极中含有多孔粘结剂，多孔结构的粘结剂能够提高与电极活性材料的混合均匀度，降低内阻，提高倍率性能，并且其在热处理后与电极活性材料充分接触，无粘结剂迁移，能够提高极片的剥离强度；同时，多孔粘结剂热处理后可形成均匀的孔隙，造孔均匀，其形成的连续贯穿的孔结构能够显著降低厚电极的曲折度，提高电解液的液相传输效率，制备得到的低曲折度厚电极具有良好的倍率性能和循环性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种低曲折度厚电极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种低曲折度厚电极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在锂离子电池中，随着电池正极和/或负极厚度的增加，活性材料的占比也显著增加，从而可显著提高单体电池的能量密度，因此开发厚电极对提升电池能量密度具有重要意义。然而，随着电极厚度的增加，极片的液相锂离子传输显著受阻，导致电池内阻增加，活性材料利用率显著降低，循环性能和倍率性能显著衰减。因此，提高和改善厚电极液相传输速率是改善厚电极动力学性能的重要方法和手段。
[0003]目前，主要采用极片造孔、双层涂布和外加物理场等方式调控厚电极孔隙结构，提升其动力学性能。专利CN104157827A公开了一种锂离子电池负极片，其通过将增稠剂溶解于溶剂中，加入造孔剂、导电剂、负极活性材料和粘结剂制备得到活性浆料，并将活性浆料涂布于集流体上得到锂离子电池负极片，通过造孔剂的造孔作用提高了锂离子的浸润能力。专利CN114273510A公开了一种造孔辊及其提升极片孔隙率的方法与应用，造孔辊包括辊体以及分布于辊体表面的造孔钉，采用此造孔辊对极片表面进行造孔，不需要改变现有电池生产流程，即可实现对极片孔隙率的调控，大大提高极片对电解液的浸润性能。双层涂布主要是通过采用不同粒径的主材实现上下层孔隙梯度控制，如专利CN112271270B，其通过在集流体上设置至少两层具有不同活性材料粒径的膜片，缩短了锂离子的传输路径，提高了电解液的浸润性能。
[0004]现有技术中采用极片造孔、双层涂布等方式可有效提高厚电极的动力学性能，但是上述方案均带有一定的弊端：极片造孔生产效率低、造孔设备投入大、孔隙不均匀、造孔剂残留导致电池性能衰减等，目前仍处于实验验证阶段。双层涂布的电极在制备过程中需采用两套匀浆系统和供料系统，同时采用双层同时涂布模头，上下层浆料匹配性要求高、涂布稳定性难以控制，设备投入也较高。因此，提供一种制备成本较低、极片孔隙分布均匀、电极液相传输速率较高、兼具倍率性能和循环性能的厚电极具有重要的意义。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种低曲折度厚电极及其制备方法和应用。本专利技术的厚电极中含有多孔粘结剂，多孔结构的粘结剂能够提高与电极活性材料的混合均匀度，降低内阻，提高倍率性能，并且其在热处理后与电极活性材料充分接触，无粘结剂迁移，能够提高极片的剥离强度；同时，多孔粘结剂热处理后可形成均匀的孔隙，造孔均匀，其形成的连续贯穿的孔结构能够显著降低厚电极的曲折度，提高电解液的液相传输效率，制备得到的低曲折度厚电极具有良好的倍率性能和循环性能。
[0006]本专利技术中，“低曲折度”指厚电极的曲折度不超过4.3。“厚电极”指电极单面活性涂层的厚度不低于100μm。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种低曲折度厚电极，所述低曲折度厚电极包括集流体和设置在所述集流体至少一侧表面的活性涂覆层，所述活性涂覆层中包括电极活性材料和多孔粘结剂。
[0009]本专利技术的低曲折度厚电极的活性涂覆层中包括电极活性材料和多孔粘结剂，通过采用特定的粘结剂制备厚电极，能够降低厚电极的曲折度，提高电解液的液相传输效率，提高极片的剥离强度，使低曲折度后电极具备良好的倍率性能和循环性能。其技术原理如下：
[0010]第一、多孔粘结剂均匀分布在活性涂覆层中，在热处理后可形成均匀的孔隙，造孔均匀；第二、多孔结构的粘结剂热熔融后与电极活性材料等材料充分接触，无粘结剂迁移，可显著提高极片剥离强度，提高厚电极的循环性能；第三、多孔粘结剂能够形成连续贯穿的孔结构，显著降低厚电极曲折度，提高电解液液相传输效率；第四、多孔粘结剂能够提高与电极活性材料的混合均匀度，均匀混合的多孔粘结剂、电极活性材料以及均匀分布的孔隙能够显著降低电池降低内阻，提高低曲折度厚电极的倍率性能，最终制备得到的低曲折度厚电极兼具良好的倍率性能和循环性能。
[0011]需要说明的是，曲折度为本领域公知的含义，曲折度代表了多孔电极传输路径的弯曲程度，有效离子电导率与电极的曲折度成反比；因此，降低电极曲折度能够提高电解液的渗流能力和离子的迁移速率。
[0012]优选地，单面所述活性涂覆层的厚度为100～1000μm，例如可以是100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm等。
[0013]本专利技术的低曲折度厚电极具有良好的电化学性能，其在100～1000μm的厚电极中仍具有优异的倍率性能和循环性能。
[0014]优选地，所述多孔粘结剂的中值粒径为1～50μm，例如可以是1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm或50μm等。
[0015]需要说明的是，本专利技术中，中值粒径为本领域公知的含义，也称为中位粒径或平均粒径Dv50，用来表示活性材料的平均粒度，物理意义是小于该粒径的颗粒占颗粒总体积的50％，大于该粒径的颗粒也占颗粒总体积的50％。中值粒径可以用激光粒度分析仪方便地测定。
[0016]优选地，所述多孔粘结剂的原料包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯腈(PAN)、瓜尔胶和海藻酸钠中的任意一种或至少两种的组合。
[0017]需要说明的是，本专利技术的低曲折度厚电极可以是正极，也可以是负极，本领域的技术人员可根据电极的不同选取适合的多孔粘结剂的原料；示例性地，当低曲折度厚电极为正极时，多孔粘结剂可以采用PVDF制备得到，当低曲折度厚电极为负极时，多孔粘结剂可以采用CMC和SBR制备得到。
[0018]优选地，所述电极活性材料包括正极活性材料或负极活性材料。
[0019]示例性地，当低曲折度厚电极为正极时，电极活性材料包括正极活性材料，正极活性材料包括钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFP)、镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA)中的任意一种或至少两种的组合，例如可以是LCO和LMO的组合，LFP和NCM的组合，或LCO、LMO、LFP和NCA的组合等。
[0020]示例性地，当低曲折度厚电极为负极时，电极活性材料包括负极活性材料，负极活
性材料包括石墨、软碳、硬碳、硅碳和硅中的任意一种或至少两种的组合，例如可以是石墨和硅的组合，软碳和硬碳的组合，石墨和硅碳的组合等。
[0021]优选地，所述活性涂覆层中还包括导电剂。
[0022]优选地，所述电极活性材料、导电剂和多孔粘结剂的质量比为电极活性材料：导电剂：多孔粘结剂＝(90～95):(1～3):(2～5)，其中，电极活性材料的选择范围(90～95)例如可以是90、91、92、93、94或95等，导电剂的选择范围(1～3)例如可以是1、1.5、2、2.5或3等，多孔粘结剂的选择范围(2～5)例如可以是2、2.5、3、3.5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低曲折度厚电极，其特征在于，所述低曲折度厚电极包括集流体和设置在所述集流体至少一侧表面的活性涂覆层，所述活性涂覆层中包括电极活性材料和多孔粘结剂。2.根据权利要求1所述的低曲折度厚电极，其特征在于，单面所述活性涂覆层的厚度为100～1000μm；优选地，所述多孔粘结剂的中值粒径为1～50μm；优选地，所述电极活性材料包括正极活性材料或负极活性材料；优选地，所述活性涂覆层中还包括导电剂。3.一种根据权利要求1或2所述的低曲折度厚电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：(1)将电极粘结剂和造孔剂混合，造粒，得到多孔粘结剂；(2)将电极活性材料和步骤(1)所述多孔粘结剂进行干法混合，得到混合干粉，将所述混合干粉涂布至集流体的至少一侧表面，得到厚电极前驱体；(3)将步骤(2)所述厚电极前驱体进行热处理，得到低曲折度厚电极。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述低曲折度厚电极为正极，步骤(1)所述造孔剂的质量占所述电极粘结剂和造孔剂的总质量的5～20％；优选地，所述低曲折度厚电极为正极，所述电极粘结剂包括聚偏二氟乙烯。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述低曲折度厚电极为负极，步骤(1)所述电极粘结剂和造孔剂的质量比为(25～50):(0.2～1)；优选地，所述低曲折度厚电极为负极，所述电极粘结剂包括羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯腈、瓜尔胶和海藻酸钠中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述低曲折度厚电极为负极，所述电极粘结剂包括羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶，所述羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶和造孔剂的质量比为(10～20):(15:30):(...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟兵，刘范芬，朱家新，苑丁丁，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：