电化学装置的极片及其制备方法、电化学装置制造方法及图纸

本申请涉及电化学装置的极片及其制备方法、电化学装置，电化学装置的极片包括集流体，位于所述集流体上的活性材料层；其中，所述活性材料层包括活性材料及片状的石墨烯；沿所述极片的厚度方向，所述活性材料层被划分为N个活性材料层区域；所述活性材料层区域中的石墨烯的缺陷密度随所述活性材料层区域与所述集流体之间的距离的增大而增大，N≥2。本申请提供的电化学装置的极片，有利于电极中构建高效的电子、离子传输网络，弥补反应过程中的极化，能够加速电化学反应动力学，使锂离子电池、钠离子电池等电化学储能设备具有更佳的倍率性能和循环性能。能和循环性能。能和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
电化学装置的极片及其制备方法、电化学装置


[0001]本专利技术涉及电化学
，尤其涉及电化学装置的极片及其制备方法、电化学装置。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度大、循环寿命长、输出电压高、环境污染小和无记忆效应等优点，目前已经广泛应用于储能、汽车、航天、电子信息等工业领域。近年来，随着用户需求的不断提升，对锂离子电池的能量密度提出了越来越高的要求。
[0003]目前，增加电极片的厚度是最直接的提高锂离子电池能量密度的方法。但是随着电极片厚度的增加，会增加电极中电子、锂离子在电极中的传输距离，从而增加电池充放电过程中的欧姆极化及浓差极化，进而影响锂离子电池倍率性能和容量发挥。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供电化学装置的极片及其制备方法、电化学装置，本申请提供的电化学装置的极片，有利于在电极中构建高效的电子、离子传输网络，弥补反应过程中的极化，能够加速电化学反应动力学，使锂离子电池、钠离子电池等电化学储能设备具有更佳的倍率性能和循环性能。
[0005]第一方面，本申请实施例提供了一种电化学装置的极片，所述极片包括集流体，位于所述集流体上的活性材料层；其中，所述活性材料层包括活性材料及片状的石墨烯；
[0006]沿所述极片的厚度方向，所述活性材料层被划分为N个活性材料层区域；所述活性材料层区域中的石墨烯的缺陷密度随所述活性材料层区域与所述集流体之间的距离的增大而增大。
[0007]在一些实施方式中，所述活性材料层区域中的石墨烯的粒径D50随所述活性材料层区域与所述集流体之间的距离的增大而减小。
[0008]在一些实施方式中，所述活性材料层区域中的石墨烯的面内孔缺陷面积占比随所述活性材料层区域与所述集流体之间的距离的增大而增大。
[0009]在一些实施方式中，所述石墨烯的粒径D50为0.1μm～100μm。
[0010]在一些实施方式中，通过拉曼光谱测试所述石墨烯的缺陷密度为I
D
/I
G
值，0.3≤I
D
/I
G
≤1.5。
[0011]在一些实施方式中，石墨烯的面内孔缺陷面积占比≤80％。
[0012]在一些实施方式中，所述活性材料层被划分为N个活性材料层区域，N的取值为2～10。
[0013]在一些实施方式中，所述活性材料层被划分为N个活性材料层区域，每个所述活性材料层区域的厚度为1μm～50μm。
[0014]在一些实施方式中，相邻的两个所述活性材料层区域内的石墨烯的缺陷密度的差值≥0.1。
[0015]在一些实施方式中，相邻的两个所述活性材料层区域内的石墨烯的粒径D50的差值≥5μm。
[0016]在一些实施方式中，相邻的两个所述活性材料层区域内的石墨烯的面内孔缺陷面积占比的差值大于等于5％。
[0017]在一些实施方式中，所述活性材料为正极活性材料，所述正极活性材料包括磷酸铁锂材料、钴酸锂材料、镍酸锂、锰酸锂、三元材料和普鲁士蓝类材料中的至少一种。
[0018]在一些实施方式中，所述活性材料为负极活性材料，所述负极活性材料包括石墨、硅、硅氧材料、硅碳复合物、硅氮复合物、硅合金及硬碳中的至少一种。
[0019]在一些实施方式中，所述活性材料层还包括分散剂，所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素、聚乙二醇和聚乙烯醇中的至少一种。
[0020]在一些实施方式中，所述活性材料层还包括导电助剂，所述导电助剂包括导电炭黑、碳纳米管和乙炔黑中的至少一种。
[0021]在一些实施方式中，所述活性材料层还包括粘结剂，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠和丙烯腈多元共聚物中的至少一种。
[0022]第二方面，本申请提供一种电化学装置的极片的制备方法，包括以下步骤：
[0023]制备含有片状的石墨烯及活性材料的N种浆料，每种浆料中的石墨烯的缺陷密度不同，N≥2；
[0024]按照所述浆料中的石墨烯的缺陷密度从小增大的顺序，将每种所述浆料依次涂覆于集流体表面形成N个涂层，烘干得到电化学装置的极片，所述极片包括集流体及位于所述集流体上的活性材料层，沿所述极片的厚度方向，所述活性材料层的N个活性材料层区域由所述N个涂层烘干得到。
[0025]在一些实施方式中，所述N个涂层中的石墨烯的粒径D50随所述涂层与所述集流体之间的距离的增大而减小。
[0026]在一些实施方式中，所述N个涂层中的石墨烯的面内孔缺陷面积占比随所述涂层与所述集流体之间的距离的增大而增大。
[0027]在一些实施方式中，所述石墨烯的粒径D50为0.1μm～100μm。
[0028]在一些实施方式中，通过拉曼光谱测试所述石墨烯的缺陷密度为I
D
/I
G
值，0.3≤I
D
/I
G
≤1.5。
[0029]在一些实施方式中，所述石墨烯的面内孔缺陷面积占比≤80％。
[0030]在一些实施方式中，N的取值为2～10。
[0031]在一些实施方式中，所述活性材料正极活性材料，所述正极活性材料包括磷酸铁锂材料、钴酸锂材料、镍酸锂、锰酸锂、三元材料和普鲁士蓝类材料中的至少一种。
[0032]在一些实施方式中，所述活性材料为负极活性材料，所述负极活性材料包括石墨、硅、硅氧材料、硅碳复合物、硅氮复合物、硅合金及硬碳中的至少一种。
[0033]在一些实施方式中，每个所述涂层的厚度为1μm～50μm。
[0034]在一些实施方式中，相邻的两个所述涂层内的石墨烯的缺陷密度的差值≥0.1。
[0035]在一些实施方式中，相邻的两个所述涂层内的石墨烯的粒径D50的差值≥5μm。
[0036]在一些实施方式中，相邻的两个所述涂层内的石墨烯的面内孔缺陷面积占比的差值≥5％。
[0037]在一些实施方式中，所述活性材料层的涂覆方式包括多次刮涂、喷涂和坡流涂布中的至少一种。
[0038]在一些实施方式中，所述制备含有片状的石墨烯及活性材料的N种浆料包括以下步骤：
[0039]将分散剂与溶剂混合，经过一次分散，得到分散液；
[0040]向所述分散液中加入石墨烯，经过二次分散、砂磨分散，得到石墨烯导电浆料；
[0041]再将所述石墨烯导电浆料与活性材料、导电助剂和粘结剂混合均匀，得到含有片状的石墨烯及活性材料的浆料。
[0042]在一些实施方式中，所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素、聚乙二醇和聚乙烯醇中的至少一种。
[0043]在一些实施方式中，所述溶剂包括N,甲基吡咯烷酮、水、乙醇、N,N二甲基甲酰胺、N,N二甲基乙酰胺和二甲亚砜中的至少一种。
[0044]在一些实施方式中，以所述石墨烯导电浆料的质量为100％计，所述分散剂的质量分数为0.1％～10％。
[0045]在一些实施方式中，以所述石本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电化学装置的极片，其特征在于，所述极片包括集流体，位于所述集流体上的活性材料层；其中，所述活性材料层包括活性材料及片状的石墨烯；沿所述极片的厚度方向，所述活性材料层被划分为N个活性材料层区域；所述活性材料层区域中的石墨烯的缺陷密度随所述活性材料层区域与所述集流体之间的距离的增大而增大，N≥2。2.根据权利要求1所述的电化学装置的极片，其特征在于，所述电化学装置的极片包括如下特征(1)～(2)中的至少一种：(1)所述活性材料层区域中的石墨烯的粒径D50随所述活性材料层区域与所述集流体之间的距离的增大而减小；(2)所述活性材料层区域中的石墨烯的面内孔缺陷面积占比随所述活性材料层区域与所述集流体之间的距离的增大而增大。3.根据权利要求1或2所述的电化学装置的极片，其特征在于，所述电化学装置的极片包括如下特征(1)～(8)中的至少一种：(1)所述石墨烯的粒径D50为0.1μm～100μm；(2)通过拉曼光谱测试所述石墨烯的缺陷密度为I
D
/I
G
值，0.3≤I
D
/I
G
≤1.5；(3)石墨烯的面内孔缺陷面积占比≤80％；(4)所述活性材料层被划分为N个活性材料层区域，N的取值为2～10；(5)所述活性材料层被划分为N个活性材料层区域，每个所述活性材料层区域的厚度为1μm～50μm；(6)相邻的两个所述活性材料层区域内的石墨烯的缺陷密度的差值≥0.1；(7)相邻的两个所述活性材料层区域内的石墨烯的粒径D50的差值≥5μm；(8)相邻的两个所述活性材料层区域内的石墨烯的面内孔缺陷面积占比的差值≥5％。4.根据权利要求1所述的电化学装置的极片，其特征在于，所述电化学装置的极片包括如下特征(1)～(5)中的至少一种：(1)所述活性材料为正极活性材料，所述正极活性材料包括磷酸铁锂材料、钴酸锂材料、镍酸锂、锰酸锂、三元材料和普鲁士蓝类材料中的至少一种；(2)所述活性材料为负极活性材料，所述负极活性材料包括石墨、硅、硅氧材料、硅碳复合物、硅氮复合物、硅合金及硬碳中的至少一种；(3)所述活性材料层还包括分散剂，所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素、聚乙二醇和聚乙烯醇中的至少一种；(4)所述活性材料层还包括导电助剂，所述导电助剂包括导电炭黑、碳纳米管和乙炔黑中的至少一种；(5)所述活性材料层还包括粘结剂，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠和丙烯腈多元共聚物中的至少一种。5.一种电化学装置的极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备含有片状的石墨烯及活性材料的N种浆料，每种浆料中的石墨烯的缺陷密度不同，N≥2；按照所述浆料中的石墨烯的缺陷密度从小增大的顺序，将每种所述浆料依次涂覆于集流体表面形成N个涂层，烘干得到电化学装置的极片，所述极片包括集流体及位于所述集流
体上的活性材料层，沿所述极片的厚度方向，所述活性材料层的N个活性材料层区域由所述N个涂层烘干得到。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，包括以下特征(1)～(13)中的至少一种：(1)所述N个涂层中的石墨烯的粒径D50随所述涂层与所述集流体之间的距离的增大而减小；(2)所述N个涂层中的石墨烯的面内孔缺陷面积占比随所述涂层与所述集流体之间的距离的增大而增大；(3)所述石墨烯的粒径D50为0.1μm～100μm；(4)通过拉曼光谱测试所述石墨烯的缺陷密度为I
D
/I
G
值，0...

【专利技术属性】
技术研发人员：石杰，周泉竹，李少军，侯博，姜惠博，汪福明，唐婕，林锦盛，
申请(专利权)人：深圳贝特瑞钠电新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：