[发明专利]一种孔隙率梯次分布的极片及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种孔隙率梯次分布极片及其制备方法和用途，所述极片包括集流体及依次设置在所述集流体上的第一膜层和第二膜层，所述第一膜层的孔隙率低于第二膜层。所述方法使用造孔剂，提升第二膜层的孔隙率，进一步地，通过不同粒度堆积、冷压和低温真空烘烤工艺多维度控制孔隙率的分布窗口，使得极片的孔隙率提高，对极片的厚度影响较小，具有工业化程度高、成本低和良率高的特点，应用前景广泛。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种孔隙率梯次分布的极片及其制备方法和用途。

背景技术

随着世界石油能源的日渐枯竭，新能源的需求越来越迫切。锂离子电池具有较高的电压平台和较长的循环寿命，并已广泛应用于消费类电子产品、新能源汽车以及储能领域。

目前，消费者提高了对新能源汽车动力电池系统能量密度与续航里程的要求，而锂离子电池作为新能源汽车最核心的零部件，也向高能量密度时代迈进。

在固定电芯尺寸与材料化学体系下，提高锂离子电池的能量密度的方法主要有二种：1.通过提升电芯轻量化水平，间接提升能量密度；2.通过减小集流体占比或增大活性物质占比提升能量密度。其中，较厚的电极设计可以显著提高活性物质占比，是提高电芯的能量密度的有效方式。但是随着涂布量的上升，锂离子的电性能，特别是倍率性能和循环性能会出现显著的下降，这主要是由于锂离子电池的电极主要是由颗粒组成的多孔结构，其中的孔隙复杂、迂曲度高，会显著增加Li⁺在其中扩散的阻力。因此，如何实现提升极片厚度的同时不减弱锂离子的扩散是厚极片设计的重点研究工作。

为此，众多锂离子电池领域的工作者公开了大量提高厚极片设计的新技术。CN103208613B公开了一种锂离子电池阳极片的制作方法，所述方法包括以下步骤：将阳极活性物质、粘接剂和导电剂加入去离子水中，混合均匀后，得到阳极浆料，然后将阳极浆料涂布在阳极集流体上，干燥后在所述阳极集流体上形成阳极膜片，冷压；将冷压后的阳极片置于温度小于或等于0℃的冷冻箱中进行冷冻处理，使得阳极膜片内的水凝固成固体；再将阳极片置于温度大于或等于100℃的烘箱中进行烘烤处理，使阳极膜片内凝固成固体的水升华，最终完成阳极片的制作。该专利虽然对阳极极片的孔隙率有一定提升，但在极片冷压前已完成烘干，对极片孔隙率的提升较小，而极片整体增大孔隙率不利于提升电芯能量密度。

CN106099045A公开了一种电极极片的冷压方法及制得的电极极片，所述方法将采用具有电极浆料B涂层的冷压辊对待冷压电极极片进行冷压，待冷压电极极片具有含有电极浆料A的电极膜片。所述方法虽然对极片表面孔隙率有一定提升，但是一方面冷压辊浆料B易导致冷压后极片表面存在颗粒，造成电芯安全性能风险；另一方面，通过冷压提升表面孔隙率，难以解决较厚电极的锂离子扩散问题。

CN110212157A公开一种锂离子电池极片及其制备方法及锂离子电池，所述极片包括集流体以及分别交替依次设置于集流体两侧的活性物层和功能层，所述集流体每侧的活性物质层的层数为n+1层，功能层的层数为n层，其中，1≤n≤10。该发明虽然合理配置负极活性物层与功能层的组合，设计功能涂层的孔隙率分布结构，但是多层活性物质层与功能层的设计，使得孔隙率分布难以控制，在充放电过程，多层活性物质层与功能层不利于锂离子的扩散；此外，仅利用不同粒度颗粒堆积的方式，较难增大活性物质层与功能层孔隙率的分布的窗口，由于方框形分布极片结构，导致功能层占比大，对能量密度提升较小。所述方法改变了现有的涂布工艺，工艺复杂，工业化程度低。

基于现有技术的研究，如何制备一种高厚度、孔隙率梯次分布的极片，有利于锂离子的扩散，提升极片的倍率性能和能量密度，易于实现规模化生产，具有重要的意义。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种孔隙率梯次分布的极片及其制备方法和用途，所述极片的孔隙率呈梯次分布，有利于锂离子的扩散，具有优异的倍率性能和较高的能量密度。所述方法，具有易工业化生产、良率高和成本低的特点。