[发明专利]一种具有高能量密度的多孔锂离子极片及其制备方法及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种具有高能量密度的多孔锂离子极片的制备方法及锂离子电池，该制备方法包括如下步骤：S1、用N‑甲基吡咯烷酮溶解粘结剂制得胶液，在胶液中加入活性物质和导电剂混合均匀后得到浆料；S2、将混合好的浆料分别涂覆在集流体上制得极片；S3、对涂覆后的极片进行冷压，然后在冷压后的极片表面涂刷造孔剂，通过借助涂布机设备将造孔剂均匀地涂覆于冷压后的极片表面，边涂边烘干，烘干温度设置为高于造孔剂的分解温度，得到高能量密度的多孔锂离子极片。本发明通过制备面密度较高的厚电极，电极片在冷压后在极片表面涂刷造孔剂，改善厚电极极片孔隙率，提高电性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其是涉及一种具有高能量密度的多孔锂离子极片的制备方法及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为一种高性能的二次电池，因其具有较长的循环寿命和环境友好等特点，在生活中得到广泛应用，例如手机、摄像机、电脑、电动自行车等各方面。

近年来，随着其应用范围的不断扩大，尤其是在高耗能的交通工具如纯电动汽车、插电式混合动力汽车等中的应用，对锂离子电池能量密度的要求不断提高。提高锂离子电池的能量密度，一方面，开发具有高容量的正极材料，如近年来开发出的高镍含量的锂镍锰钴氧化物（LiNi_xCoyMn_1-x-yO₂ 0.6＜x＜1，0.3≤y≤1/3）、锂镍钴铝氧化物(LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂0.8≤x＜1，0.1≤y≤1/3)材料；另一方面，在锂离子电池的制备过程中，增加单位面积内活性物质的含量，换而言之，制备较厚的正负极片，以满足高能量密度的需求。在实际使用的过程中，因高镍含量的锂镍锰钴氧化物（LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂ 0.6＜x＜1，0.3≤y≤1/3）材料，因其具有较高的镍含量，安全性能较差，在实现广泛的商业化应用前，还需要攻克很多安全性难题。因此，厚电极的制备成为众多锂离子电池制造商实现高能量密度的途径之一。但是，通多实际使用发现，厚电极也存在弊端，极片的厚度增加，在一定程度上提高了锂离子的能量密度，但能量密度的提升与极片厚度的增加并未成正比，说明多涂覆的活性材料并未完全发挥其作用。经研究发现，这是因为极片在碾压过程中，上表层极片先受力，达到设计压实密度，造成了极片孔隙率上层小，底层大的孔隙率结构，不利于电解液的浸润，进而不利于Li+的脱出和嵌入，而极片厚度的增加，使得Li+的迁移更加困难，最终导致锂离子容量密度不达标，电池电性能变差，制约其实际使用，改善厚电极空隙率，提高厚电极能量密度迫在眉睫。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种具有高能量密度的多孔锂离子极片的制备方法及锂离子电池，本发明制得的高能量密度的多孔锂离子极片具有较好的电解液浸润性和良好的离子导电性，其对应锂离子电池具有较高的能量密度和较好的电化学性能等特点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种具有高能量密度的多孔锂离子极片的制备方法，包括如下步骤：

S1、用N-甲基吡咯烷酮溶解粘结剂制得胶液，在胶液中加入活性物质和导电剂混合均匀后得到浆料；

S2、将混合好的浆料分别涂覆在集流体上制得极片；

S3、对涂覆后的极片进行冷压，然后在冷压后的极片表面涂刷造孔剂，通过借助涂布机设备将造孔剂均匀地涂覆于冷压后的极片表面，边涂边烘干，烘干温度设置为高于造孔剂的分解温度，进而使造孔剂分解，使得电极片中留下均匀分布的孔隙率，得到高能量密度的多孔锂离子极片。

进一步的，所述造孔剂为工业用N-甲基吡络烷酮、工业用乙醇、工业用丙酮、0.2-12mol/L的草酸溶液、0.2-12mol/L的碳酸铵溶液、0.2-12mol/L的碳酸氢铵溶液或0.2-12mol/L的偶氮二甲酰胺溶液中的一种或几种。