一种高压实密度复合正极片、其制备方法及储能装置制造方法及图纸

本申请涉及一种高压实密度复合正极片、其制备方法及储能装置。本发明专利技术的复合正极片包括集流体、涂覆层和多个插入体。本发明专利技术的复合正极片具有高的压实密度，且由其制备的储能装置具有优异的电化学性能。具有优异的电化学性能。具有优异的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高压实密度复合正极片、其制备方法及储能装置


[0001]本申请涉及储能领域，具体涉及一种用于储能装置的高压实密度复合正极片、其制备方法以及包括该复合正极片的储能装置。

技术介绍

[0002]锂电池随着时代发展，越来越追求高能量密度方向，目前圆柱电池主要使用的正极材料是磷酸铁锂，其材料理论克容量只有170 mAh/g，在正极材料中属于较低水平，因此期望采用一些高理论克容量或工作电压高的正极材料用于开发出高能量密度锂电池。磷酸锰铁锂具有与磷酸铁锂相似的材料安全性和理论克容量，但因其具有4.1 V的电压平台，可以比后者多出约20%的能量密度。
[0003]目前科研或市场上由磷酸锰铁锂制备正极片的方法如下：（1）原料预混：将主材加入到搅拌机中进行搅拌预混，得到混合物；（2）润湿：在真空条件下，将所述混合物与有机溶剂进行搅拌分散；（3）高速分散：在真空条件下，再加入有机溶剂，进行高速搅拌分散，得到混合浆料；（4）过筛：对所述高速分散步骤制得的混合浆料进行过筛去除大颗粒，得到正极浆料；（5）涂覆：将正极浆料涂覆在铝箔上，充分烘干后形成涂覆层，即制得正极片。
[0004]一般由磷酸锰铁锂制备的正极片的压实密度为2.0~2.2 g/cm3，属于较低水平。另外，追求高能量密度的主要方法之一是在正极片上涂覆更多的正极材料，并且提高极片压实密度，但是涂覆层越厚，电解液越难以浸润到极片内部而使材料特性无法充分发挥。同时，提高极片压实密度会增大材料颗粒之间的挤压程度而使孔隙度变小，即正极片的保液能力变差，直接恶化锂电池的电化学性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的是采用磷酸锰铁锂材料设计一种高压实密度复合正极片，其具有≥ 2.3 g/cm3的压实密度，且由其制备的锂电池具有优异的电化学性能。
[0006]因此，在一个方面，本申请提供了一种用于储能装置的复合正极片，其特征在于，其包括集流体、涂覆层和插入体，其中：所述插入体插入到所述涂覆层中，所述插入体沿所述复合正极片长度方向的宽度D为10μm至20μm，相邻的两个所述插入体的间距L≤50μm，且以涂覆层的背离于所述集流体的外层面为参考基准面，所述插入体插入到所述涂覆层中的部分的深度h为30μm至50μm，所述插入体的颗粒粒径大于所述涂覆层的颗粒粒径，所述复合正极片的压实密度≥ 2.3 g/cm3。
[0007]在另一个方面，本申请提供了制备本专利技术的复合正极片的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：（1）涂覆层的制备：将第一正极浆料涂布在集流体的表面上，形成涂覆层；（2）插入体的制备：通过针管挤压注射的方式，将第二正极浆料插入到涂覆层的界面内部，
其中所述第二正极浆料的颗粒粒径大于所述第一正极浆料的颗粒粒径。
[0008]在另一个方面，本申请提供了一种储能装置，其特征在于，其包括本专利技术的复合正极片。
[0009]本专利技术的复合正极片具有特殊设计的插入体，所述插入体的颗粒粒径大于所述涂覆层的颗粒粒径。大颗粒的材料颗粒之间的孔隙度高，有利于电解液浸润到极片内部，因此通过设计特殊分布的插入体，在正极片的压实密度在2.3 g/cm3以上的同时，使储能装置具有更高的电化学性能。
附图说明
[0010]图1示出了本专利技术的复合正极片的制备流程的示意图。
[0011]图2示出了本专利技术所使用的磷酸锰铁锂的颗粒形貌，其中（a）为涂覆层的颗粒形貌；（b）为插入体的颗粒形貌。
[0012]图3示出了本专利技术所使用的磷酸锰铁锂颗粒的粒径分布情况。
[0013]图4示出了本申请实施例1中制备的复合正极片的局部横截面的颗粒及涂层分布情况。
具体实施方式
[0014]为了克服现有技术中由磷酸锰铁锂制备的正极片的压实密度比较低的问题，本专利技术设计了新型的高压实密度复合正极片。
[0015]在一个方面，本申请提供了一种用于储能装置的复合正极片，其特征在于，其包括集流体、涂覆层和插入体，其中：所述插入体插入到涂覆层中，所述插入体沿所述复合正极片长度方向的宽度D为10μm至20μm，相邻的两个所述插入体的间距L≤50μm，且以涂覆层的背离于所述集流体的外层面为参考基准面，所述插入体插入到所述涂覆层中的部分的深度h为30μm至50μm，所述插入体的颗粒粒径大于所述涂覆层的颗粒粒径，所述复合正极片的压实密度≥ 2.3 g/cm3。
[0016]在一个具体实施方案中，所述集流体是铝箔，该铝箔的厚度可以为10至20μm。
[0017]在一个具体实施方案中，所述涂覆层的厚度为70至120μm。
[0018]在一个具体实施方案中，所述涂覆层和所述插入体的材料均为磷酸锰铁锂。
[0019]在一个具体实施方案中，所述涂覆层的颗粒粒径Dv50为0.6至0.8μm，所述插入体的颗粒粒径Dv50为1.1至1.3μm。
[0020]在一个具体实施方案中，所述插入体沿所述复合正极片长度方向的宽度D为14μm至18μm，优选为约16μm。
[0021]在一个具体实施方案中，相邻的两个所述插入体的间距L≤30μm。
[0022]在一个具体实施方案中，以涂覆层的背离于所述集流体的外层面为参考基准面，所述插入体插入到所述涂覆层中的部分的深度h为约45μm。
[0023]在一个具体实施方案中，如附图1中图（c）中的1所示，所述插入体背离于所述集流体的末端在所述涂覆层背离于所述集流体的外表面形成凸起，所述凸起相对于所述涂覆层背离于所述集流体的外表面凸出，多个所述凸起呈阵列式分布。
[0024]在另一个方面，本申请提供了制备本专利技术的复合正极片的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：（1）涂覆层的制备：将第一正极浆料涂布在集流体的表面上，形成涂覆层；（2）插入体的制备：通过针管挤压注射的方式，将第二正极浆料插入到涂覆层的界面内部，其中所述第二正极浆料的颗粒粒径大于所述第一正极浆料的颗粒粒径。
[0025]在一个具体实施方案中，本专利技术的方法还包括后处理步骤，其中将步骤（2）中所得的复合正极片在压力机上压制，使得压实密度≥2.3g/cm3。
[0026]制备本专利技术的复合正极片的具体流程如图1所示。因此，在一个具体实施方案中，如下制备本专利技术的复合正极片：1、涂覆层的制备（参考图1中的（a）图）（1）按质量比95%：2%：3%称取对应量的磷酸锰铁锂（粒径Dv50约为0.6至0.8μm）、导电炭黑、聚偏氟乙烯于搅拌罐中，再加入适量的N
‑
甲基吡咯烷酮（NMP）搅拌6h，得到粘度合适的均匀浆料；（2）通过挤压涂布方式将浆料均匀涂布在铝箔上，形成涂覆层，然后在烘箱进行快速预塑形（70至90℃，3至5min）。
[0027]2、插入体的制备（参考图1中的（b）图）（1）按质量比95%：2%：3%称取对应量的磷酸锰铁锂（粒径Dv50约为1.1至1.3μm）、导电炭黑、聚偏氟乙烯于搅拌罐中，再加入适量的N
‑
甲基吡咯烷酮（NMP）搅拌6h，得到粘度合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合正极片，其特征在于，其包括集流体、涂覆层和多个插入体，所述涂覆层设置于所述集流体的外表面，其中：所述插入体插入到所述涂覆层中，所述插入体沿所述复合正极片长度方向的宽度D为10μm至20μm，相邻的两个所述插入体的间距L≤50μm，且以所述涂覆层背离于所述集流体的外层面为参考基准面，所述插入体插入到所述涂覆层中的部分的深度h为30μm至50μm，所述插入体的颗粒粒径大于所述涂覆层的颗粒粒径，所述复合正极片的压实密度≥ 2.3 g/cm3。2.如权利要求1所述的复合正极片，其特征在于，所述涂覆层的厚度为70至120μm。3.如权利要求1所述的复合正极片，其特征在于，所述涂覆层和所述插入体的材料均为磷酸锰铁锂。4.如权利要求1所述的复合正极片，其特征在于，所述涂覆层的颗粒粒径Dv50为0.6至0.8μm，所述插入体的颗粒粒径Dv50为1.1至1.3μm。5.如权利要求1所述的复合正极片，其特征在于，所述插入体沿所述复合正极片长度方向的宽度D为14μm至18μm。6.如权利要求1所述的复合正极片，其特征在于，所述插入体沿所述复合正极片长度方向的宽度D为约16μm。7.如权利要求1所述的复合正极片，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢炎崇，
申请(专利权)人：厦门海辰储能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：