[发明专利]一种涂碳箔材及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种涂碳箔材及其制备方法与应用，所述涂碳箔材包括箔片，以及箔片至少一侧表面的涂碳层，所述涂碳层包括多孔碳材料；所述涂碳层远离箔片一侧的孔隙率大于靠近箔片一侧的孔隙率。本发明将涂碳层设置为孔隙率不同的特殊结构，从涂层孔隙率的角度出发，既保证了电解液的浸润性，又提升了电解液的利用率，因此，改善了锂离子在多孔电极内部孔隙中扩散时受到的限制，从而使电极不仅具备良好的导电性和低的接触电阻，还明显提升了倍率性能。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种涂碳箔材及其制备方法与应用。

背景技术

市场发展对动力锂离子电池的能量密度和倍率性能提出了更高的要求。在现有工艺基础上将电极做厚并进行辊压，通过降低电极孔隙率提高活性物质的体积比。虽然可以提高电池的能量密度，但是会造成电池在大倍率下的放电容量损失。

由于锂离子电池在充放电的过程中，Li⁺在正极负极之间扩散要经历三个过程：1)活性物质颗粒内部的固相扩散；2)电极/电解液界面的电荷交换；3)多孔电极内部的扩散，每一步都有可能成为电池充放电速率的限制步骤；研究表明采用薄电极设计的LFP/石墨体系电池具有较好的倍率性能，但是电极变厚后倍率性能就会受到很大的影响，这也表明Li⁺在厚的多孔电极内部孔隙的扩散过程是锂离子电池倍率性能的重要限制环节，因此，考虑到电极变厚后对倍率性能的影响，对于电极的箔材需要进一步改进，来解决电池充放电速率的限制。

常规的箔材是光面箔材，若在铝箔或铜箔表面涂覆一层导电材料(如石墨、CNT或石墨烯类)，涂覆厚度在1～2μm之间则称之为涂碳箔材。涂碳箔材与光面箔材相比，可以降低电极的欧姆阻抗，增强正负极浆料和集流体的粘结强度，使用极片电阻测试仪对相同面密度和不同集流体的正极极片电阻进行测量时，涂碳铝箔的正极片接触电阻为0.1～1.0Ω·cm²，使用光面铝箔得正极片接触电阻为30～50Ω·cm²，使用涂碳铝箔的正极片接触电阻降低了至少一个数量级，DCR也由120mΩ降为30mΩ。此外，涂碳箔材相较于常规箔材，由于涂覆的碳层具有良好的导电性，也可以降低导电剂和粘结剂的用量，提高电池的循环寿命。

如CN 109888296A公开了一种锂离子电池正极涂碳集流体的制备方法，包括以下步骤：将集流体放置于含有纳米碳粉和纳米钛粉的有机溶剂中，进行超声振动清洗；将处理后的集流体置于真空沉积室内，在一定压力下通入反应碳源气体，在集流体表面进行预形核处理；提高真空沉积室内的压力并调节反应碳源气体的流量，促进集流体表面的晶核生长成膜；成功在集流体箔材表面沉积制备了一层均匀致密的碳薄膜层，相较于传统方法的集流体，具有更高的剥离强度，降低了涂层剥离的风险，提高了电池使用寿命，但是对于电池综合性能提升有限，尤其是倍率性能，无法通过涂碳集流体的改进来提升。

基于以上研究，需要提供一种涂碳箔材，所述涂碳箔材不仅能提升电极的导电性，降低接触电阻，还能改善电池倍率性能，解决电池充放电速率受限的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种涂碳箔材及其制备方法与应用，所述涂碳箔材不仅具备常规涂碳箔材的优势，使电极具备良好的导电性和低的接触电阻，还通过其涂碳层特殊的结构，改善了电极的孔隙率，改善了锂离子在多孔电极内部孔隙中扩散的限制，使电池具备优异的倍率性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种涂碳箔材，所述涂碳箔材包括箔片，以及箔片至少一侧表面的涂碳层，所述涂碳层包括多孔碳材料；

所述涂碳层远离箔片一侧的孔隙率大于靠近箔片一侧的孔隙率。