[发明专利]正极片及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种正极片及其制备方法和应用，该方法包括：将粘结剂、导电剂和有机溶剂混合，以便得到导电胶液；将正极活性物质与导电陶瓷快离子导体混合，以便得到混合物料；将所述混合物料与所述导电胶液混合并调节浆料黏度，以便得到正极浆料；将所述正极浆料涂覆在正极集流体上，以在所述正极集流体的至少一侧上形成正极涂层，干燥后进行冷压，以便得到正极片。采用该方法有利于直接制备得到含有厚正极涂层且具有较优循环性能的正极片，相对于现有工艺，该方法容易实现工业化，且生产成本降低。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体而言，本发明涉及正极片及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池作为一种高电压、高能量密度和长循环寿命的储能器件，广泛应用于数码产品、电动工具、新能源汽车及储能等领域。近年来，随着新能源汽车领域的快速发展，锂离子电池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。

提高锂离子电池的能量密度有多种途径：一方面，开发具有高容量的正极材料，如高镍含量的锂镍锰钴氧化物及锂镍锰铝氧化物材料；另一方面，增加电池壳体内的活性物质含量，如增加电极极片的厚度、提高电极极片的压实密度、使用更薄的导电集流体和隔膜、增加极组在壳体内腔的装配比等。

相对而言，增加电极极片厚度是最直接的提高电池能量密度的方法。通过增加电极极片厚度，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；另一方面也可减少极片的涂布、烘干、碾压、分切、装配等电池生产工序用量，节约生产成本。现有技术中为了增加电极极片厚度，有在极片与集流体之间、极片与极片之间添加导电纤维层的技术方案，以缩短电子传导距离和提升导电剂在电极内部分布的均匀性，从而提升整体电极的电子导电性。可当电极极片厚度增加时，由于迂曲度的存在，整体电极的孔隙率分布均匀性变得更差，尤其是在大电流放电时，电解液中的锂离子浓度由远离集流体处到靠近集流体处逐渐降低，产生浓差极化，较大的浓差极化带来电化学反应速率的非均匀分布，使得靠近集流体的极片底层活性物质无法全部参与电化学反应，容量无法正常发挥，而远离集流体的极片上层的活性物质深度放电，会导致长循环时活性物质材料结构破坏，加剧容量衰减。也有通过调节极片在厚度方向上的孔隙率分布以改善电解液在极片中的浸润性，进而提高锂离子的迁移速度，从而可以改善因极片厚度增加导致的倍率性能差和容量发挥偏低问题的技术方案。例如可以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，且边涂边烘干，并控制烘干温度高于造孔剂的分解温度，可得到多孔的锂离子厚电极极片。还有采用超声波喷雾法将非溶剂物质喷涂到含有溶剂的极片表面，然后经过干燥和辊压得到锂离子厚电极极片的技术方案。

然而厚电极技术在实际的应用中也存在一定的技术难题。当电极极片厚度增加时，极片表面活性物质与集流体的距离增加，使得离子和电子传输的路径变长，电极工作时的极化增加，导致电池容量无法正常发挥、倍率性能差、低温析锂和循环容量衰减过快等一系列问题。现有制备厚电极的技术多数是在传统制备工艺制得的电极极片的基础上进行二次处理和加工，如上述的添加导电纤维层、涂刷造孔剂、喷涂非溶剂物质等，这种电极极片再处理加工技术主要面临以下几个缺点：1、再处理工艺的应用需要额外材料投入，电极极片的材料成本上升，同时还需要额外设备投入和附加的设备能耗，也会造成电极极片生产中的设备成本上升；2、再处理工艺的应用导致电极极片生产工艺步骤增加和人工增加，增加人工成本的同时也会导致不可控因素出现的几率增加；3、再处理工艺的应用必然会对电极极片造成一定数量的损失，电极极片的良品率下降；4、再处理技术多停留在实验室研发阶段，导入量产还需要更多的技术积累和试验验证，时间周期较长。

因此，现有厚电极技术有待进一步改进。

发明内容