[發明專利]一種孔隙率梯次分布的極片及其制備方法和用途

在審

• 申請號: 202010122925.9
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111312985A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 連朋飛;譚明勝;李倩偉;何巍;劉金成
• 申請（專利權）人: 湖北億緯動力有限公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/13;H01M4/139;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明涉及一種孔隙率梯次分布極片及其制備方法和用途，所述極片包括集流體及依次設置在所述集流體上的第一膜層和第二膜層，所述第一膜層的孔隙率低于第二膜層。所述方法使用造孔劑，提升第二膜層的孔隙率，進一步地，通過不同粒度堆積、冷壓和低溫真空烘烤工藝多維度控制孔隙率的分布窗口，使得極片的孔隙率提高，對極片的厚度影響較小，具有工業化程度高、成本低和良率高的特點，應用前景廣泛。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種孔隙率梯次分布的極片及其制備方法和用途。

背景技術

隨著世界石油能源的日漸枯竭，新能源的需求越來越迫切。鋰離子電池具有較高的電壓平臺和較長的循環壽命，并已廣泛應用于消費類電子產品、新能源汽車以及儲能領域。

目前，消費者提高了對新能源汽車動力電池系統能量密度與續航里程的要求，而鋰離子電池作為新能源汽車最核心的零部件，也向高能量密度時代邁進。

在固定電芯尺寸與材料化學體系下，提高鋰離子電池的能量密度的方法主要有二種：1.通過提升電芯輕量化水平，間接提升能量密度；2.通過減小集流體占比或增大活性物質占比提升能量密度。其中，較厚的電極設計可以顯著提高活性物質占比，是提高電芯的能量密度的有效方式。但是隨著涂布量的上升，鋰離子的電性能，特別是倍率性能和循環性能會出現顯著的下降，這主要是由于鋰離子電池的電極主要是由顆粒組成的多孔結構，其中的孔隙復雜、迂曲度高，會顯著增加Li⁺在其中擴散的阻力。因此，如何實現提升極片厚度的同時不減弱鋰離子的擴散是厚極片設計的重點研究工作。

為此，眾多鋰離子電池領域的工作者公開了大量提高厚極片設計的新技術。CN103208613B公開了一種鋰離子電池陽極片的制作方法，所述方法包括以下步驟：將陽極活性物質、粘接劑和導電劑加入去離子水中，混合均勻后，得到陽極漿料，然后將陽極漿料涂布在陽極集流體上，干燥后在所述陽極集流體上形成陽極膜片，冷壓；將冷壓后的陽極片置于溫度小于或等于0℃的冷凍箱中進行冷凍處理，使得陽極膜片內的水凝固成固體；再將陽極片置于溫度大于或等于100℃的烘箱中進行烘烤處理，使陽極膜片內凝固成固體的水升華，最終完成陽極片的制作。該專利雖然對陽極極片的孔隙率有一定提升，但在極片冷壓前已完成烘干，對極片孔隙率的提升較小，而極片整體增大孔隙率不利于提升電芯能量密度。

CN106099045A公開了一種電極極片的冷壓方法及制得的電極極片，所述方法將采用具有電極漿料B涂層的冷壓輥對待冷壓電極極片進行冷壓，待冷壓電極極片具有含有電極漿料A的電極膜片。所述方法雖然對極片表面孔隙率有一定提升，但是一方面冷壓輥漿料B易導致冷壓后極片表面存在顆粒，造成電芯安全性能風險；另一方面，通過冷壓提升表面孔隙率，難以解決較厚電極的鋰離子擴散問題。

CN110212157A公開一種鋰離子電池極片及其制備方法及鋰離子電池，所述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。該發明雖然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，但是多層活性物質層與功能層的設計，使得孔隙率分布難以控制，在充放電過程，多層活性物質層與功能層不利于鋰離子的擴散；此外，僅利用不同粒度顆粒堆積的方式，較難增大活性物質層與功能層孔隙率的分布的窗口，由于方框形分布極片結構，導致功能層占比大，對能量密度提升較小。所述方法改變了現有的涂布工藝，工藝復雜，工業化程度低。

基于現有技術的研究，如何制備一種高厚度、孔隙率梯次分布的極片，有利于鋰離子的擴散，提升極片的倍率性能和能量密度，易于實現規模化生產，具有重要的意義。

發明內容

鑒于現有技術中存在的問題，本發明提供了一種孔隙率梯次分布的極片及其制備方法和用途，所述極片的孔隙率呈梯次分布，有利于鋰離子的擴散，具有優異的倍率性能和較高的能量密度。所述方法，具有易工業化生產、良率高和成本低的特點。