[发明专利]一种厚电极的造孔方法及其产品和用途

说明书

本发明提供了一种厚电极的造孔方法及其产品和用途，所述造孔方法包括将粘度为6000mPa·s～9000mPa·s的浆料涂布在表面粗糙度Ra≥1μm的集流体的表面，烘干，得到所述厚电极；上述方法所得厚电极的活性物质层中包含由极片表面到集流体表面的气道，有效解决了厚电极电解液浸润性差、锂离子迁移路径长、浓差极化大的问题，进而提升了厚电极锂离子电池的电化学性能；且上述造孔方法大大简化了厚电极造孔的流程，降低了厚电极造孔的成本。

技术领域

本发明属于电池领域，涉及一种厚电极的造孔方法及其产品和用途。

背景技术

目前，为了解决电动汽车续航里程问题，提高能量密度是锂离子电池发展的一个重要方向。制备高涂布量的超厚极片是提升电池比能量的一个最直接的办法，这样可以有效降低非活性物质所占的比重，如集流体、极耳、电池壳体等。随着极片厚度的增加，较低倍率下，电池比能量相应增加；然而在较高倍率下，锂离子扩散动力学受限，电极活性物质利用率随之下降，电池能量密度受损。因此，对于厚极片，为了在保证高载量的同时确保锂离子扩散速度以及活性物质的充分利用，设计和优化电极的微观结构更加重要。由于具有很高的比容量，发展硅基负极也是提高锂离子电池能量密度最有效的途径之一。然而，作为活性物质，硅材料存在的主要问题包括：充放电时，体积膨胀达300％～400％；与锂合金化后，晶体硅体积出现明显的变化，这样的体积效应极易造成硅负极材料粉化，并且从集流体上剥离下来。而且由于硅体积效应造成的剥落情况会引起固体电解质膜(SEI)的反复破坏与重建，从而加大了锂离子的消耗，最终影响电池的容量。不可逆容量高、库伦效率低导致电池实际容量低、循环寿命差。目前研究者正在通过硅粉纳米化、硅碳包覆、掺杂和粘结剂优化等手段解决这些问题，而硅基电极设计方面同样需要优化微观结构。

此外，电池的能量密度和功率密度是两个重要的参数，但二者又是相互矛盾的，如何通过电极微观结构的优化设计来平衡这二者也是电极设计的关键。例如，CN2002351A和CN102694150A公开的极片结构及其制造方法，均是从提高极片沿厚度方向上孔隙率的角度出发，提高电解液在极片中的浸润性，减少浓差极化现象。

针对厚电极极片厚、孔隙率低、浸润性以及离子迁移路径长的缺陷，目前研究者们对传统电极工艺进行创新，开发了一系列可控制备技术；其一是，为了对电极组分的微观分布进行精确控制，研究人员在电极浆料中加入少量的磁性物质或造孔剂，再在电极涂布过程中外加磁场控制电极微观结构，或涂布过程中造孔剂挥发在极片产生气孔；上述方案使电极厚度方向上孔隙迂曲度降低了4倍，提升了所制备电池的电化学性能。但该方案需要引入磁性物质，一方面降低电极活性物质比例，牺牲能量密度；另一方面，引入的磁性杂质易在充放电过程中刺穿隔膜进而导致电池产生安全隐患。其二是，孔隙梯度分布、导电剂或活性物质垂直分布等多层结构电极有利于提升电池性能，为此，一些研究者开发了多层涂布工艺。目前，多层涂布主要通过两种工艺方法实现，第一种是分次涂布，首先在集流体上涂布一层电极浆料，干燥后再涂布第二层浆料。第二种方法是开发挤压式多层涂布模头，实现多层湿浆料同时涂布制备电极。该方案主要问题是加工工艺复杂，需要分两次进行涂布，导致生产效率低，加工难度大。此外，由于该工艺需要首层涂布烘干后进行第二层涂布，两个涂层间产生明显分界，充放电过程中不同界面膨胀收缩差异，导致界面剥离或界面阻抗增大，电化学性能迅速恶化。

因此，开发一种工艺简单，成本低，且不引入磁性物质及造孔剂的厚极片的造孔方法仍具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种厚电极的造孔方法及其产品和用途，所述造孔方法包括将粘度为6000～9000mPa·s的浆料涂布在表面粗糙度Ra≥1μm的集流体的表面，烘干，得到所述厚电极；上述方法所得厚电极的活性物质层中包含由极片表面到集流体表面的气道，有效解决了厚电极电解液浸润性差，锂离子迁移路径长，浓差极化大的问题，进而提升了厚电极锂离子电池的电化学性能；且上述造孔方法大大简化了厚电极造孔的流程，降低了厚电极造孔的成本。