[發明專利]一種電極及其制備方法

在審

• 申請號: 202010021572.3
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN113097442A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 陳鍇;錢麗;陳嘯天;孫小嫚;楊道均;吳寧寧;吳可
• 申請（專利權）人: 榮盛盟固利新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M4/136;H01M4/36;H01M4/66;H01M4/74;H01M4/1391;H01M4/1397;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 北京八月瓜知識產權代理有限公司 11543
• 代理人: 李斌

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種電極及其制備方法。其中，一種電極，包括集流體、多個通孔層和多個活性層；所述通孔層與所述活性層均設置在所述集流體上，且所述通孔層設置在所述集流體與所述活性層之間，或任意相鄰所述活性層之間。本發明的電極由多個活性層及通孔層組成，而通孔層由高聚物的網狀結構組成，使用時高聚物溶于電解液，即形成孔徑大小及分布可控的孔隙結構，使得每一層的活性層均可與更多的電解液相接觸，解決了較厚電極的電解液浸潤難、離子傳輸慢的問題。此外，通孔層的形貌可控，相比于傳統的多孔電極，孔隙的迂曲度更低，離子傳導更快，提高了極片的離子電導，進而保證了電芯的能量、功率密度以及倍率性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種電極及其制備方法。

背景技術

目前，隨著科學技術的不斷發展，鋰離子電池的應用領域由便攜式的電子產品擴展到了電動汽車、儲能電源、航空領域等。尤其電動汽車等大型電動設備，在保證安全性的前提下需要具備一定的續航里程及與電動汽車相匹配的循環壽命，因此對鋰離子電池的能量密度、循環壽命及倍率性能提出了更高的要求。

為使單體器件具有更高的能量密度，可以在保證安全工作的情況下盡可能地提高器件中儲能材料所占的比重，即采用較厚的電極。增加電極厚度可以顯著的降低電芯中輔材的質量占比，從而增加電芯的能量密度。但隨著電極厚度的增加，電解液不易浸潤極片，鋰離子在電極孔隙中的擴散受到明顯的阻礙，反而會導致電芯的能量、功率密度、倍率性能下降。

增加電極的孔隙率是解決電芯倍率性能下降的主要方法，例如專利CN102324493B公開了一種具有良好電化學性能的厚電極，其包括集流體與分布在集流體上含有活性物質和導電物質的電極膜片，其內層膜片到外層膜片電極膜片的孔隙率增加，從而改進電極性能。但是，在多孔電極中，存在嚴重的濃差極化現象，而電極厚度方向上從外表面至內表面鋰離子濃度從高到低，內表面鋰離子濃度更低，增加外層膜片的孔隙率相當于增大了孔道的前端管徑，可在一定程度上改善濃差極化，但并非根本途徑。此外，目前較厚的電極多為雙層活性物質，每層中孔隙率均勻分布，通過輥壓方式控制孔隙率，但具體的孔隙結構無法控制，且雙層活性物質會明顯增加電極的體積，從而影響電芯的體積能量密度。文獻NatureReviews Materials,2019,4(1):45-60總結了應對電極中電荷傳遞限制所采用的3D電極結構及其合成方法，討論了電化學體系中電荷傳遞的作用，并設計了用于電子傳遞的3D多孔連續導電網絡結構和有利于離子傳輸的完全互聯的分層孔隙率結構。但該方法為先構建3維的導電碳骨架材料，后形成3維電極、或直接通過3D打印形成3維的電極結構，該方法、工藝復雜，較難實現工業生產，且不能進行輥壓步驟(輥壓會破壞3維結構)，反而會對電芯的體積能量密度造成不利影響。

由此可見，現有的厚電極技術及其制備方法存在孔隙結構的形貌及分布不可控，且工藝方法復雜，不便于擴大化生產的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題之一是提供一種電極，解決了現有厚電極孔隙結構及分布不可控的問題。

本發明所要解決的技術問題之二是提供一種電極的制備方法，解決現有厚電極改進技術制備方法復雜、不便于擴大化生產的問題。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種電極，包括集流體、多個通孔層和多個活性層；

所述通孔層與所述活性層均設置在所述集流體上，且所述通孔層設置在所述集流體與所述活性層之間，或任意相鄰所述活性層之間。

本發明的電極由集流體、多個通孔層和多個活性層組成，其中，通孔層的位置不固定，可一面與集流體相接，另一面與活性層相接，也可僅與兩層活性層相接。當通孔層貼近集流體表面時，可直接增加鋰離子通道，減少濃差極化現象，提高極片的倍率性能。此外，本發明中的通孔層形貌可控，相比于傳統的多孔電極，孔隙的迂曲度更低，離子傳導更快，提高了電極極片的離子電導，進而保證了電芯的能量、功率密度以及倍率性能。