[发明专利]一种碳酸钙纳米阵列自支撑电极极片及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池材料领域，提供了一种碳酸钙纳米阵列自支撑电极极片及其制备方法，所述电极极片由导电多孔基板、碳酸钙纳米阵列、活性物质层与隔膜层组成，导电多孔基板的厚度为10~20μm，碳酸钙纳米阵列的厚度为200~300μm，活性物质层厚度为250~280μm，隔膜层厚度为20~50μm，所述碳酸钙纳米阵列有序地原位生长于导电多孔基板上。该电极极片以碳酸钙纳米阵列为自支撑框架，形成了活性物质层与隔膜层的一体化结构，大大简化了锂离子电池的组装工艺流程；活性物质层与隔膜层原位接触，有利于减小界面阻抗，提高电池的性能。同时，碳酸钙纳米阵列作为自支撑框架能够提高活性物质层的粘结强度，提高隔膜层的力学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，提供了一种碳酸钙纳米阵列自支撑电极极片及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是指以两种不同的能够可逆地插入及脱出锂离子的嵌锂化合物分别作为电池正极和负极的二次电池体系。自锂离子电池商用化以来，其在混合电动汽车、纯电动汽车、电子设备等领域的应用不断拓展，为了满足于更高要求的使用指标，需要对电极材料比容量、循环寿命、倍率性能等性能进一步提升和改进。其中，锂离子体系的不同组件性能对于动力电池性能的发挥显得尤为关键。

目前，锂离子电池商用最广泛的隔膜为纯聚丙烯膜或纯聚乙烯膜，对于动力电池来说，现有的隔膜存在耐热性能、吸电解液性能以及耐电化学氧化等性能差，远远达不到动力电池的隔膜性能要求。为了改善现有聚烯烃隔膜的性能，研究者主要采用无机粒子涂层和有机涂层，其中无机涂层应用最为广泛。姚汪兵等在《陶瓷涂层隔膜对锂离子电池性能影响》发布了在聚乙烯微孔膜上涂覆具有一定厚度的无机陶瓷涂层对其热性能和力学性能进行改善；王洪等在《锂离子电池用陶瓷聚烯烃复合隔膜》发布了采用ZrO₂、SiO₂与PVDF混合制备成浆料、在聚丙烯隔膜涂覆制备复合隔膜的工艺技术；而徐睿杰在《不同粒径氧化铝粉末涂覆隔膜电化学性能研究》的研究中则指出：利用浸染法首先制备Al₂O₃纳米粉末，然后利用纳米粉末对隔膜进行涂覆可以提升隔膜的使用寿命。

然而，上述涂覆存在两个明显的技术弊端：第一，就增强机理而言，上述涂覆工艺均采用对隔膜进行表面涂覆，进而达到增强的目的，但是该种增强方式只在于对表面的增强，缺乏内部增强效果，即没有体相增强，不能形成稳固的自支撑结构；第二，锂离子电池的充放电过程完全依赖于电子、离子的传递，表面涂覆会增加两个界面，大大增加锂离子电池的内阻、增加电损耗，减缓了电子、离子的传输效率，最终导致电池的性能下降快，循环寿命短。

碳酸钙纳米阵列是有一定长度的碳酸钙纳米棒长轴并列在一起，形成特定的有序结构。碳酸钙纳米阵列作为一种无机矿物粉体，具有锂离子电池惰性，对锂离子电池的充放电过程无副作用。以碳酸钙纳米阵列为自支撑结构制备电极极片的优势在于：第一，碳酸钙纳米阵列表面能高，与活性物质层、隔膜层的相容性好，作为自支撑结构，对极片内部起到了很好的增强、增韧效果，保证了极片的耐热、耐氧化，提高了极片的化学稳定性；第二，作为具有有序度高、可控性好的纳米阵列，与隔膜层的多孔结构相契合，避免形成局部堵塞；第三，碳酸钙纳米阵列自支撑电极极片相对于表面涂覆，不仅省去了表面涂覆多增加的两个界面，而且形成了活性物质层与隔膜层的一体化结构，不需要分批次加入活性物质层和隔膜，大大简化了锂离子电池的组装工艺流程，减少生产和加工时间，节约生产成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种碳酸钙纳米阵列自支撑电极极片及其制备方法。

本发明提供的碳酸钙纳米阵列自支撑电极极片，由导电多孔基板、碳酸钙纳米阵列、活性物质层与隔膜层组成，导电多孔基板的厚度为10~20μm，碳酸钙纳米阵列的厚度为200~300μm，活性物质层厚度为250~280μm，隔膜层厚度为20~50μm，所述碳酸钙纳米阵列有序地原位生长于导电多孔基板上。

上述碳酸钙纳米阵列自支撑电极极片中，所述导电多孔基板为泡沫镍、泡沫铁、泡沫铝、泡沫铜或泡沫铁镍。