[发明专利]一种电极及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种电极及其制备方法。其中，一种电极，包括集流体、多个通孔层和多个活性层；所述通孔层与所述活性层均设置在所述集流体上，且所述通孔层设置在所述集流体与所述活性层之间，或任意相邻所述活性层之间。本发明的电极由多个活性层及通孔层组成，而通孔层由高聚物的网状结构组成，使用时高聚物溶于电解液，即形成孔径大小及分布可控的孔隙结构，使得每一层的活性层均可与更多的电解液相接触，解决了较厚电极的电解液浸润难、离子传输慢的问题。此外，通孔层的形貌可控，相比于传统的多孔电极，孔隙的迂曲度更低，离子传导更快，提高了极片的离子电导，进而保证了电芯的能量、功率密度以及倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种电极及其制备方法。

背景技术

目前，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。

为使单体器件具有更高的能量密度，可以在保证安全工作的情况下尽可能地提高器件中储能材料所占的比重，即采用较厚的电极。增加电极厚度可以显著的降低电芯中辅材的质量占比，从而增加电芯的能量密度。但随着电极厚度的增加，电解液不易浸润极片，锂离子在电极孔隙中的扩散受到明显的阻碍，反而会导致电芯的能量、功率密度、倍率性能下降。

增加电极的孔隙率是解决电芯倍率性能下降的主要方法，例如专利CN102324493B公开了一种具有良好电化学性能的厚电极，其包括集流体与分布在集流体上含有活性物质和导电物质的电极膜片，其内层膜片到外层膜片电极膜片的孔隙率增加，从而改进电极性能。但是，在多孔电极中，存在严重的浓差极化现象，而电极厚度方向上从外表面至内表面锂离子浓度从高到低，内表面锂离子浓度更低，增加外层膜片的孔隙率相当于增大了孔道的前端管径，可在一定程度上改善浓差极化，但并非根本途径。此外，目前较厚的电极多为双层活性物质，每层中孔隙率均匀分布，通过辊压方式控制孔隙率，但具体的孔隙结构无法控制，且双层活性物质会明显增加电极的体积，从而影响电芯的体积能量密度。文献NatureReviews Materials,2019,4(1):45-60总结了应对电极中电荷传递限制所采用的3D电极结构及其合成方法，讨论了电化学体系中电荷传递的作用，并设计了用于电子传递的3D多孔连续导电网络结构和有利于离子传输的完全互联的分层孔隙率结构。但该方法为先构建3维的导电碳骨架材料，后形成3维电极、或直接通过3D打印形成3维的电极结构，该方法、工艺复杂，较难实现工业生产，且不能进行辊压步骤(辊压会破坏3维结构)，反而会对电芯的体积能量密度造成不利影响。

由此可见，现有的厚电极技术及其制备方法存在孔隙结构的形貌及分布不可控，且工艺方法复杂，不便于扩大化生产的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是提供一种电极，解决了现有厚电极孔隙结构及分布不可控的问题。

本发明所要解决的技术问题之二是提供一种电极的制备方法，解决现有厚电极改进技术制备方法复杂、不便于扩大化生产的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种电极，包括集流体、多个通孔层和多个活性层；

所述通孔层与所述活性层均设置在所述集流体上，且所述通孔层设置在所述集流体与所述活性层之间，或任意相邻所述活性层之间。

本发明的电极由集流体、多个通孔层和多个活性层组成，其中，通孔层的位置不固定，可一面与集流体相接，另一面与活性层相接，也可仅与两层活性层相接。当通孔层贴近集流体表面时，可直接增加锂离子通道，减少浓差极化现象，提高极片的倍率性能。此外，本发明中的通孔层形貌可控，相比于传统的多孔电极，孔隙的迂曲度更低，离子传导更快，提高了电极极片的离子电导，进而保证了电芯的能量、功率密度以及倍率性能。