一种正极厚电极及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种正极厚电极及其应用，所述正极厚电极包括集流体和设置于所述集流体表面的活性物质层，所述活性物质层包括复合导电剂，所述复合导电剂包括气相生长碳纤维(VGCF)和炭黑，所述气相生长碳纤维和炭黑满足关系式：20≤R

【技术实现步骤摘要】
一种正极厚电极及其应用


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种正极厚电极及其应用。

技术介绍

[0002]厚电极技术是为了制备高能量密度电池。然而，在实际生产中很少生产厚电极的锂离子电池，因为厚电极的电子、离子传输路径长，孔隙率低、电解液的浸润性差，最终导致电芯DCR高，倍率性差，低温性能差。
[0003]CN112151743A公开了一种厚电极的造孔方法及其产品和用途，其将浆料涂布在粗糙度Ra≥1μm的正极集流体上，促使极片表面到集流体表面形成气道，有效解决了厚电极电解液浸润性差、锂离子迁移路径长、浓差极化大的问题。
[0004]CN107093701A公开了一种具有优异电化学性能的厚电极，其电极厚度大于300μm。所述厚电极包括正极厚电极和负极厚电极。所述正极厚电极包括正极集流体、正极活性物质、正极粘结剂、多孔炭导电剂及氟碳表面活性剂。所述负极厚电极包括负极集流体、负极活性材料，负极粘结剂、多孔炭导电剂及增稠剂。所述多孔炭导电剂，具有丰富的多孔通道，可显著吸收和保持电解液，解决了厚电极电解液浸润性差、活性物质利用不充分等问题。
[0005]上述方案存在有提高集流体的表面粗糙度会导致集流体表面出现应力集中，涂布过程极易出现断带的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种正极厚电极及其应用，本专利技术所述正极厚电极使用VGCF和炭黑作为复合导电剂，通过调控二者的理化性能和配比可以明显提高所述正极厚电极的性能，降低正极厚电极的电阻。
[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正极厚电极，所述正极厚电极包括集流体和设置于所述集流体表面的活性物质层，所述活性物质层包括复合导电剂，所述复合导电剂包括气相生长碳纤维(VGCF)和炭黑，所述气相生长碳纤维和炭黑满足关系式：
[0009]20≤R
×
(L/D1)+1/R
×
(O1/B2)≤90，其中，R为气相生长碳纤维和炭黑的质量比，L为气相生长碳纤维的长度，D1为气相生长碳纤维的外径，L/D1为气相生长碳纤维的长径比，O1为炭黑的吸油值，B2为炭黑的比表面积，O1/B2为炭黑的结构度。
[0010]本专利技术所述正极厚电极中VGCF有很大的长径比，即使正、负极活性材料膨胀收缩后，其活性材料颗粒之间的间隙，可以有VGCF架桥连接，电子与离子传输不会间断，极片的吸液量、保液量与导电炭黑的结构度呈强关联，当结构度太高，炭黑不容易分散，影响电子传导。本专利技术通过调控厚电极体系中的导电剂理化性能和配比，优化的电子和离子传输路径，增加孔隙率，提高电解液的浸润性，从而改变厚电极的表面化学，降低电子阻抗、提高倍率性能和低温性能，同时实现高温循环。
[0011]优选地，所述气相生长碳纤维和炭黑的质量比R为0.2～0.5，例如：0.2、0.25、0.3、
0.4或0.5等。
[0012]优选地，所述气相生长碳纤维的长径比L/D1为25～150，例如：25、30、50、100或150等。
[0013]锂离子电池充放电过程中，正负极活性材都有膨胀收缩问题，其中磷酸铁锂(LFP)材料有6％膨胀收缩率。当多次充放电，活性材料颗粒与颗粒之间会出现松动，接触减少、间隙加大、甚至会脱离电极，导致电子传输通道断开，成为没有活性的活性材料，不再参与电极反应，会出现循环跳水问题，使用寿命下降。VGCF有很大的长径比，即使正、负极活性材料膨胀收缩后，其活性材料颗粒之间的间隙，可以有VGCF架桥连接，电子与离子传输不会间断。
[0014]优选地，所述气相生长碳纤维的长度L为5000～10000nm，例如：5000nm、6000nm、7000nm、8000nm或10000nm等。
[0015]优选地，所述气相生长碳纤维的外径D1为60～200nm，例如：60nm、80nm、100nm、150nm或200nm等。
[0016]优选地，所述气相生长碳纤维的内径D2为5～30nm，例如：5nm、8nm、10nm、20nm或30nm等。
[0017]优选地，所述气相生长碳纤维的的比表面积B1为10～25m2/g，例如：10m2/g、12m2/g、15m2/g、20m2/g或25m2/g等。
[0018]优选地，所述炭黑的结构度O1/B2为2.75～6.4，例如：2.75、3、4、5或6.4等。
[0019]优选地，所述炭黑的吸油值O1为220～320ml/100g，例如：220ml/100g、250ml/100g、280ml/100g、300ml/100g或320ml/100g等。
[0020]优选地，所述炭黑的比表面积B2为50～80m2/g，例如：50m2/g、55m2/g、60m2/g、70m2/g或80m2/g等。
[0021]本专利技术所述厚电极中，炭黑结构度太高，不容易分散，影响电子传导，当炭黑的结构度太低，会出现两种情况：a.吸油值偏小，会导致极片电解液吸液量和保液量偏低不利于低温性能和长循环性能；b.炭黑比表面积偏大，二次粒径偏小，导致炭黑与LFP颗粒间的接触不充分，当多次充放电，多次充放电会导致间隙加大、甚至有些脱离电极，导致电子传输路径断续不连续相，成为死的活性材料，循环性能跳水的现象。
[0022]优选地，所述正极厚电极的面密度为250～300g/m2，例如：250g/m2、260g/m2、270g/m2、280g/m2或300g/m2等。
[0023]优选地，所述活性物质层还包括正极活性物质和粘结剂。
[0024]优选地，所述正极活性物质包括磷酸铁锂。
[0025]优选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯。
[0026]优选地，以所述活性物质层的质量为100％计，所述正极活性物质的质量分数为94～97％，例如：94％、95％、96％或97％等。
[0027]优选地，所述粘结剂的质量分数为2～3％，例如：2％、2.2％、2.5％、2.8％或3％等。
[0028]优选地，所述复合导电剂的质量分数为1～3％，例如：1％、1.5％、2％、2.5％或3％等。
[0029]第二方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包含如第一方面所述
的正极厚电极。
[0030]优选地，所述锂离子电池的电解液注液量为4.5～5.5g/Ah，例如：4.5g/Ah、4.8g/Ah、5g/Ah、5.2g/Ah或5.5g/Ah等。
[0031]相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0032](1)本专利技术所述纳米碳纤维VGCF微结构是中空，可以让正负电极吸纳更多的电解液，使得锂离子可以顺利快速嵌入，有利于高倍率充放电，VGCF是高强度纤维状长径比大的材料，可以增加电极板的可绕行，正负极活性材料颗粒之间粘结力更强，不会因为绕曲而龟裂掉粉，高导电导热特性，正极活性材料其导电性不好，添加纳米碳纤维以提高正极活性导电性，也提高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极厚电极，其特征在于，所述正极厚电极包括集流体和设置于所述集流体表面的活性物质层，所述活性物质层包括复合导电剂，所述复合导电剂包括气相生长碳纤维和炭黑，所述气相生长碳纤维和炭黑满足关系式：20≤R
×
(L/D1)+1/R
×
(O1/B2)≤90，其中，R为气相生长碳纤维和炭黑的质量比，L为气相生长碳纤维的长度，D1为气相生长碳纤维的外径，L/D1为气相生长碳纤维的长径比，O1为炭黑的吸油值，B2为炭黑的比表面积，O1/B2为炭黑的结构度。2.如权利要求1所述的正极厚电极，其特征在于，所述气相生长碳纤维和炭黑的质量比R为0.2～0.5。3.如权利要求1或2所述的正极厚电极，其特征在于，所述气相生长碳纤维的长径比L/D1为25～150。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的正极厚电极，其特征在于，所述气相生长碳纤维的长度L为5000～10000nm；优选地，所述气相生长碳纤维的外径D1为60～200nm；优选地，所述气相生长碳纤维的内径D2为5～30nm；优选地，所述气相生长碳纤维的的比表面积B1为10～25m2/g。5.如权利要求1

【专利技术属性】
技术研发人员：金伦，周志行，杨倩，张林，苑丁丁，张欢，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：