[发明专利]一种具有优异电化学性能的厚电极制备方法及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，特别涉及具有优异电化学性能的正极厚电极和负极厚电极的制备方法，及由所制备的厚电极组装的高能量密度锂离子电池。

背景技术

随着科学技术的不断发展，锂离子电池的应用领域由便携式的电子产品扩展到了电动汽车、储能电源、航空领域等。尤其电动汽车等大型电动设备，在保证安全性的前提下需要具备一定的续航里程及与电动汽车相匹配的循环寿命，因此对锂离子电池的能量密度、循环寿命及倍率性能提出了更高的要求。能量密度的提高途径有多种，如可通过提高正负极电极片的厚度、提高活性材料的压实密度进行紧装配、以及提升活性物质克容量等实现。相对而言，增加电极片厚度是最直接的提高电池能量密度的方法，相对于提高压实密度而言，一方面可显著减少正负极集流体及隔膜的使用量，节约物料成本，另一方面可显著减少极片的涂布、烘干、压实、分切、组装等电池生产的工序量，节约生产成本。不过，厚电极在实际的制造和应用中，也存在一定的技术难题，随着电极片厚度的提升容易带来电解液浸润不佳，电极片内部导电不均等问题，从而导致电池的长循环性能及倍率性能不佳。

发明内容

本发明的目的在于解决以上问题，提供一种含正负极厚电极的高能量密度锂离子电池，其具有优异的倍率性能和长循环性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种正极厚电极的制备方法，其包括如下步骤：

将正极活性物质、多孔炭导电剂、正极粘结剂混匀后，加入含有氟碳表面活性剂的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液中，得到正极浆料；

将所述正极浆料涂覆于正极集流体表面，烘干后，得到所述正极厚电极，电极厚度大于300μm。

作为优选方案，所述正极活性物质的用量为正极厚电极重量的80～95％，所述多孔导电剂的用量为正极厚电极重量的1～10％，所述正极粘结剂的用量为正极厚电极重量的1～5％；所述氟碳表面活性剂的用量为正极厚电极重量的0.01～2％，优选为0.1～1％。

作为优选方案，所述正极活性物质选自锂的过渡金属氧化物和/或在锂的过渡金属氧化物表面包覆无机化合物所形成的包覆材料。

作为优选方案，所述锂的过渡金属氧化物为LiFePO₄、Li_1+xNiO₂、Li_1+xMn₂O₄、Li_1+xCo_1-y-zNi_yM_z、Li_1+xNi_1-yMn_yO₂、Li_1+xCo_1-yNi_yO₂中的至少一种，其中，M为Al、Mg、Cr或Mn，-0.3≤x≤0.3、-0.3≤y≤0.8、y+z＝1。

作为优选方案，所述多孔炭导电剂的粒径为微米级，孔隙率为40～80％，孔隙的孔径不超过100nm。

作为优选方案，所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯。

第二方面，本发明提供了一种负极厚电极的制备方法，其包括如下步骤：

将负极活性物质、多孔炭导电剂、增稠剂和负极粘结剂与水混合均匀后，得到负极浆料；

将所述负极浆料涂覆于负极集流体表面，烘干后，得到所述负极厚电极，电极厚度大于300μm。

作为优选方案，所述负极活性物质、多孔炭导电剂、增稠剂、负极粘结剂和水的重量比为(90～92)：(3～7)：(2～3.5)：(2～5):100。。

作为优选方案，所述负极活性物质为人造石墨、天然石墨或掺杂有硅元素的负极材料，增稠剂为羧甲基纤维素钠，负极粘结剂为丁苯橡胶；所述多孔炭导电剂的种类与正极厚电极中使用的多孔炭导电剂主要性质相同。

第三方面，本发明还提供了一种由前述的正极厚电极和前述的负极厚电极组成的锂离子电池。