[發明專利]一種鋰離子電池極片及其制備方法及鋰離子電池

有效

• 申請號: 201910625692.1
• 申請日: 2019-07-11
• 公開（公告）號: CN110212157B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 任衛強;高秀玲;申津靖;王馳偉;郭春泰
• 申請（專利權）人: 天津市捷威動力工業有限公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139;H01M10/0525
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產權代理有限公司 12211
• 代理人: 戴文儀

本發明提供了一種鋰離子電池極片及其制備方法及鋰離子電池，包括集流體以及分別交替依次設置于集流體兩側的活性物層和功能層，所述集流體每側的活性物質層的層數為n+1層，功能層的層數為n層，其中，1≤n≤10。本發明通過合理配置負極活性物層與功能層的組合，設計功能涂層的孔隙率分布結構，獲得良好的極片浸潤性，制備得到的電池循環壽命長、倍率性能、動力學性能優異。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池制備領域，尤其是涉及一種鋰離子電池極片及其制備方法及鋰離子電池。

背景技術

隨著新能源汽車、3C消費品更大程度的普及，其中鋰離子電池發揮了不可替代的作用。高能量密度、高倍率充放電、長壽命等突出特點已經成為業內追求的目標。

市場對高能量密度電池的需求越來越多，對于電芯尺寸較大的電芯，電解液在電芯中分布易出現不均勻現象，尤其是中心部位更易出現浸潤不良，導致出現鋰金屬析出、動力學性能不良等缺陷，同時在負極表面還會產生副產物，影響電池的循環壽命和安全性。因此，要獲得高能量密度及高倍率充放技術的關鍵在于極片的結構設計。

現有技術多為通過設定活性物層孔隙率與壓實密度等參數之間的關系來提高極片MD方向、TD方向、厚度方向的均勻性，得到的極片活性物層趨向于各向同性，從而提升電池的能量密度、循環性能等。然而，在傳統的電芯設計中，追求均勻一致的活性物涂層，當電芯尺寸較大時，仍然存在因極片中心部位浸潤不良，大倍率充放電情況下出現動力學性能不良、循環壽命縮短的風險。在含硅負極的電芯體系中存在著負極膨脹率高、循環壽命短等短板。

發明內容

為了克服背景技術中的問題，本發明的目的在于提供一種改善電極界面、具有良好動力學性能、長循環壽命的極片及其制備方法及鋰離子電池。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種鋰離子電池極片，包括集流體以及分別交替依次設置于集流體兩側的活性物層和功能層，所述集流體每側的活性物質層的層數為n+1層，功能層的層數為n層，其中，1≤n≤10。

優選地，所述2≤n≤5。

進一步的，所述活性物層的厚度相同，厚度t₁為10-50μm，每層的孔隙率相同，孔隙率P₀為20％-50％。孔隙率過高，對電池高溫存儲性能帶來不利影響，過低則不利于Li⁺在電極材料間的傳輸。

優選地，所述活性物層的孔隙率P₀為25％-45％。

進一步的，所述功能層由若干相同的方形框依次排列而成，所述方形框的內部由外至內的孔隙率設置有梯度，且孔隙率逐漸增大。

進一步的，所述功能層的厚度t₂為活性物層厚度t₁的10％，其邊長d₁為4-50mm，更優選d₁為10-40mm。

進一步的，所述方形框為正方形框，所述正方形框內由外向內依次同心設置有m個面積逐漸縮小的正方形框，由外至內，相鄰的兩個正方形框之間的區域依次為第1區域至第m-1區域，第m個正方形框內的區域為第m區域，第1區域至第m-1區域為正方環形，第m區域為最小的正方形，其中，第m個正方形框的邊長為d_m＝d₁*(m-1)/m；m的取值范圍為3≤m≤10。優選地，m的取值范圍為3≤m≤5。

m設置太高，大于10層時，制造成本會有一定增加，m設置太低，功能層正方形框的區域內部形成的孔隙率梯度較小，對電芯倍率、循環性能提高不明顯，不能發揮本發明的優勢。

進一步的，所述第一區域至第m區域的孔隙率P_m分布與鋰離子電池電化學體系Np比滿足如下關系式：