一种厚电极及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供一种厚电极及其制备方法和用途。所述厚电极包括集流体以及位于所述集流体表面的至少两层电极层，其中，电极层之间还设置有静电纺丝层，靠近集流体表面的电极层中的活性物质为大粒径活性物质，远离集流体表面的电极层中的活性物质为小粒径活性物质。本发明专利技术通过设计至少两层以上的电极层来提高电极的负载量和厚度，并优化每层活性物质主材粒径搭配，增大了电池的比容量和能量密度，同时通过静电纺丝层实现电极层之间的连接，使得沿垂直于电极方向的孔隙率梯度分布，构筑了高效的离子扩散传导通道以及电子传输通，获得了良好的离子扩散与传导，降低了充放电过程中的极化，保证了电池的高能量密度和功率性能。保证了电池的高能量密度和功率性能。保证了电池的高能量密度和功率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种厚电极及其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种厚电极及其制备方法和用途，尤其涉及一种厚正电极及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]根据《中国制造2025》明确了动力电池的发展规划：2020年,电池能量密度达到300Wh/kg；2025年，电池能量密度达到400Wh/kg；2030年，电池能量密度达到500Wh/kg。传统的锂离子电池的制备方法己经难以满足未来对能量密度的要求。因此，提升电池能量密度是未来发展的重要方向。基于锂离子电池的工作原理和结构组成，采用增加电极活性物质在集流体上的负载量和厚度，降低非活性物质在电极中的含量是提升锂电池能量密度最方便、有效的途径。
[0003]然而，高负载量电极会使电流在沿着厚度方向分布不均匀，锂离子的浓度也会在上下表面存在严重差异而造成严重的极化，降低活性材料的利用率，同时伴随着充电过程中负极表面析锂、正极结构破坏等问题。另外随着能量密度提高，会造成锂离子的扩散传导动力学受到严重限制，从而使电极的功率性能无法保持。高载量电极设计的关键是保证电池能量密度提升的同时，解决电极内部离子电子的传导动力学问题，保证电极的功率性能
[0004]CN102324493A公开了一种具有良好电化学性能的厚电极，采用浆料涂覆的方式将电极膜片与集流体复合烘干辊压，再进行浆料第二次涂覆在已烘干的电极膜片表面，再次烘辊压干制备厚电极，通过控制两次的辊压压力强度，来确保不同位置的电极膜片具有不同的电导率和孔隙率，解决了厚极片中电子和离子传输困难的问题。但是该专利技术是采用浆料涂覆的方式将电极膜片与集流体及电极膜片复合，由于将湿的浆料涂覆在已烘干的电极膜片表面，难免会出现已烘干的材料再次溶出的现象，影响电极电子电导及孔隙分布，同时该方法涉及到两次涂覆，烘干和辊压工序，操作繁琐，工艺能耗较高。
[0005]CN110010900A公开了一种具有良好电化学性能的厚电极，该专利采用两个具有不同孔隙率的电极膜压合，再将复合电极膜压合在涂碳铝箔上而制成，是两种干电极膜压合而成。但是该专利技术采用两个具有不同孔隙率的电极膜压合，再将复合电极膜压合在涂碳铝箔上而制成，由于是两种干电极膜压合而成，因此电极膜内部必然存在两种电极膜贴合的界面，该种电极膜界面在电池的充放电过程中很容易由于电极内部应力变化而分层脱落，影响电池的循环性能，且成本也会较高。
[0006]CN112670443A公开了一种厚电极的制备方法，该文献采取在浆料中添加不同浓度的造孔剂的方法制备不同层的活性层，并利用高温烘干使得造孔剂分解产生的气体进行孔隙率调节。但是该文献采用添加的造孔剂并高温分解造孔的方法制备电极，涂层中容易残留不导电的造孔剂，增大了电池内阻，并且高温分解造孔的过程中容易产生闭孔降低极片孔隙率，并且孔隙尺寸无法控制，更容易增加孔道的曲折度，不利于提高电池的能量密度。
[0007]因此，如何同时保证厚电极电池的高能量密度和动力学性能，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种厚电极及其制备方法和用途。本专利技术通过设计至少两层以上的电极层来提高电极的负载量和厚度，并优化每层活性物质主材粒径搭配，增大了电池的比容量和能量密度，同时通过静电纺丝层实现电极层之间的连接，使得沿垂直于电极方向的孔隙率梯度分布，构筑了高效的离子扩散传导通道以及电子传输通，获得了良好的离子扩散与传导，降低了充放电过程中的极化，保证了电池的高能量密度和功率性能。
[0009]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种厚电极，所述厚电极包括集流体以及位于所述集流体表面的至少两层电极层，其中，电极层之间还设置有静电纺丝层，靠近集流体表面的电极层中的活性物质为大粒径活性物质，远离集流体表面的电极层中的活性物质为小粒径活性物质。
[0011]本专利技术中的至少两层的电极层，位于集流体的同侧，集流体可为双面均设置至少两层电极层，也可以只有单面设置至少两层电极层。
[0012]本专利技术通过设计至少两层以上的电极层来提高电极的负载量和厚度，并优化每层活性物质主材粒径搭配，增大了电池的比容量和能量密度，同时通过静电纺丝层实现电极层之间的连接，使得沿垂直于电极方向的孔隙率梯度分布，构筑了高效的离子扩散传导通道以及电子传输通，获得了良好的离子扩散与传导，降低了充放电过程中的极化，保证了电池的高能量密度和功率性能。
[0013]即本专利技术中，电极层与静电纺丝层间形成了连续离子通道，能够极大的提高氧化还原反应动力学，并且能够形成垂直于电极方向的梯度孔隙结构，确保电解液的快速浸润以及快速充放电中锂离子的脱/嵌。
[0014]本专利技术中，静电纺丝层起到了提高电极层间电子导电性的作用，而如果不在电极层间设置静电纺丝层，则会严重影响电子在电极层间的传递。
[0015]本专利技术中，通过大小粒径的配合，实现了梯度电极的设计，提高了极片倍率充电性能及高倍率下容量的发挥，如果不同电极层中的活性物质粒径保持一致，会导致高倍率下性能变差，而如果靠近集流体的为小粒径活性物质，远离集流体的为大粒径活性物质，又不能实现锂离子的快速脱嵌。
[0016]优选地，所述静电纺丝层包括纳米纤维和粘结剂。
[0017]优选地，所述静电纺丝层还包括导电剂。
[0018]本专利技术中，在静电纺丝层中加入导电剂，可以进一步地提升静电纺丝层电子导电能力。
[0019]优选地，所述纳米纤维包括聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯或碳纤维中的任意一种或至少两种的组合。
[0020]优选地，所述纳米纤维为碳纤维。
[0021]本专利技术中，静电纺丝层中为碳纤维时，可以与电极层形成3D连续电子网络/离子通道，并且活性颗粒嵌入3D骨架架构中能够极大的提高氧化还原反应动力学，并且能够形成垂直于电极方向的梯度孔隙结构，确保电解液的快速浸润以及快速充放电过程中锂离子的脱嵌。
[0022]优选地，所述靠近集流体表面的电极层中包括导电剂和粘结剂。
[0023]优选地，所述靠近集流体表面的电极层中还包括聚合物电解质。
[0024]本专利技术中，通过加入聚合物电解质，活性物质颗粒可被导电剂和有机聚合物电解质形成的交联网络包覆，提供快速的离子/电子通道，也可帮助填充活性材料之间的间隙来形成致密的颗粒粒子，并且化合物电解质因其良好的浸润性和溶解性，还能促进电解液的渗透，从而改善电极的电化学性能。
[0025]优选地，以所述靠近集流体表面的电极层为100％计，所述聚合物电解质的质量占比为0.3～1％，例如0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％等。
[0026]优选地，所述聚合物电解质包括聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚环氧丙烷或聚偏氯乙烯中的任意一种或至少两种的组合。
[0027]优选地，所述远离集流体表面的电极层中包括导电剂和粘结剂。
[0028]本专利技术中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种厚电极，其特征在于，所述厚电极包括集流体以及位于所述集流体表面的至少两层电极层，其中，电极层之间还设置有静电纺丝层，靠近集流体表面的电极层中的活性物质为大粒径活性物质，远离集流体表面的电极层中的活性物质为小粒径活性物质。2.根据权利要求1所述的厚电极，其特征在于，所述静电纺丝层包括纳米纤维和粘结剂；优选地，所述静电纺丝层还包括导电剂；优选地，所述纳米纤维包括聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯或碳纤维中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的厚电极，其特征在于，所述靠近集流体表面的电极层中包括导电剂和粘结剂；优选地，所述靠近集流体表面的电极层中还包括聚合物电解质；优选地，以所述靠近集流体表面的电极层为100％计，所述聚合物电解质的质量占比为0.3～1％；优选地，所述聚合物电解质包括聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚环氧丙烷或聚偏氯乙烯中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的厚电极，其特征在于，所述远离集流体表面的电极层中包括导电剂和粘结剂。5.根据权利要求1
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4任一项所述的厚电极，其特征在于，所述大粒径活性物质和小粒径活性物质各自独立地包括钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂或镍锰酸锂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述大粒径活性物质的D50为7.5～30.0μm；优选地，所述小粒径活性物质的D50为0.5～10.0μm。6.一种如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛浩，冀亚娟，
申请(专利权)人：惠州亿纬锂能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：