正极片及其制备方法与流程

专利2025-05-21  43


本发明涉及极片,具体提供一种正极片及其制备方法。


背景技术:

1、随着电动汽车和消费电子的快速发展,开发具有高能量密度和快速充电能力的电池至关重要。具有嵌入型正极、液体电解质和石墨负极的锂离子电池(lib)能量密度极限,因此需要探索新的具有更高比容量的新型电极材料或者构筑具有更高活性材料占比和优良电化学性能的先进电极结构以改善电池的性能。

2、电池中的电荷传输包括金属离子在电解质中的传输、电解质/电极界面处的电荷传输、电极内部的固态扩散和电子沿着导电通路的传输。在低电流密度下,电荷转移过程主导电化学动力学。随着电流密度的增加,电解质中的离子扩散起主要作用。现阶段由于过度追去电池的能量密度,导致高面密度电池极片需求不断增加。然而,在一定的充电倍率下,由于电极内部扩散路径的延长,反应极化随电极厚度的增加而成正比增加。因此,设计具有合理结构的电极来调节电荷输运是至关重要的。

3、因此,亟需一种正极片及其制备方法来解决上述技术问题。


技术实现思路

1、本发明旨在解决上述技术问题,即,解决现有极片导电率较高,电池充放电过程中极化较为严重的问题。

2、在第一方面,本发明提供一种正极片,该正极片包括依次设置的活性层、反应平衡层及离子传输层,

3、所述活性层、所述反应平衡层及所述离子传输层的孔隙率依次增大。

4、在上述正极片的具体实施方式中,所述活性层的孔隙率为5-15%;并且/或者

5、所述反应平衡层的孔隙率为15-25%;并且/或者

6、所述离子传输层的孔隙率为25-35%;并且/或者

7、所述碳基层的厚度为1-10um;优选地,所述碳基层的厚度为2-5um;

8、所述正极片还包括碳基层,所述活性层设置在所述碳基层上。

9、在第二方面,本发明提供一种如上所述的正极片的制备方法,其特征在于,其包括如下步骤:

10、制备得到第一正极浆料,并使用所述第一正极浆料制备形成活性层;

11、制备得到第二正极浆料,并使用所述第二正极浆料在所述活性层表面形成反应平衡层;

12、制备得到第三正极浆料,并使用所述第三正极浆料在所述反应平衡层的表面形成离子传输层。

13、在上述正极片制备方法的具体实施方式中,所述第一正极浆料包括组分s1、组分s2和氮甲基吡咯烷酮溶剂;并且/或者

14、所述组分s1包括导电剂和粘结剂;并且/或者

15、所述导电剂和所述粘结剂在球磨机中球磨第二预设时长,得到组分s1;并且/或者

16、所述导电剂包括碳纳米管、导电碳黑、石墨烯、碳纳米管、导电石墨和碳纤维中的至少一种;并且/或者

17、所述导电剂的粒径为15nm-5000nm;并且/或者

18、所述粘结剂的粒径为3000-6000nm;并且/或者

19、所述组分s1的粒径为1000-5000nm;并且/或者

20、所述组分s2包括磷酸铁锂;并且/或者

21、所述组分s2的粒径为1000-3000nm。

22、在上述正极片制备方法的具体实施方式中,组分s1的密度为ρs1,所述组分s2的密度为ρs2;其中,0.92<ρs2/ρs1<2.24;

23、2.8mg/cm3<ρs2<3.0mg/cm3;

24、1.25mg/cm3<ρs1<3.26mg/cm3。

25、在上述正极片制备方法的具体实施方式中,所述第二正极浆料包括组分s3、组分s4和所述氮甲基吡咯烷酮溶剂;并且/或者

26、所述组分s3包括所述导电剂和所述粘结剂;并且/或者

27、所述组分s4包括磷酸铁锂;并且/或者

28、所述组分s4的粒径为4000-10000nm。

29、在上述正极片制备方法的具体实施方式中,组分s3的密度为ρs3,所述组分s4的密度为ρs4;其中,2.24<ρs4/ρs3<2.98;其中3.1mg/cm3<ρs4<3.3mg/cm3,1.04mg/cm3<ρs3<1.47mg/cm3;。

30、在上述正极片制备方法的具体实施方式中,所述第三正极浆料包括组分s5、组分s6和所述氮甲基吡咯烷酮溶剂;并且/或者

31、所述组分s5包括所述导电剂和所述粘结剂;并且/或者

32、所述组分s6包括磷酸铁锂;并且/或者

33、所述组分s6的粒径为11-20μm。

34、在上述正极片制备方法的具体实施方式中,组分s5的密度为ρs5,所述组分s6的密度为ρs6;其中,4.34<ρs6/ρs5<6.53;

35、3.4mg/cm3<ρs6<3.6mg/cm3;

36、0.52mg/cm3<ρs5<0.82mg/cm3。

37、在上述正极片制备方法的具体实施方式中,在制备碳基层之间,制备得到第四正极浆料,并使用所述第四正极浆料制备形成碳基层;

38、所述第四正极浆料包括所述导电剂、所述粘结剂和所述氮甲基吡咯烷酮溶剂。

39、在采用上述技术方案的情况下,本发明的正极片包括依次设置的活性层、反应平衡层及离子传输层,活性层、反应平衡层及离子传输层的孔隙率依次增大,也即呈现梯度变化,从而实现电解液对正极材料层的充分浸润,以提高极片的电解液浸润性,活性层、反应平衡层及离子传输层在电极两侧形成梯度分布结构,使得极片电导率降低,进而减小电池充放电过程极化。



技术特征:

1.一种正极片,其特征在于,其包括依次设置的活性层、反应平衡层及离子传输层,

2.根据权利要求1所述的正极片,其特征在于,所述活性层的孔隙率为5-15%;并且/或者

3.一种如权利要求1或2所述的正极片的制备方法,其特征在于,其包括如下步骤:

4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述第一正极浆料包括组分s1、组分s2和氮甲基吡咯烷酮溶剂;并且/或者

5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,组分s1的密度为ρs1,所述组分s2的密度为ρs2;其中,0.92<ρs2/ρs1<2.24;

6.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述第二正极浆料包括组分s3、组分s4和所述氮甲基吡咯烷酮溶剂;并且/或者

7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,组分s3的密度为ρs3,所述组分s4的密度为ρs4;其中,2.24<ρs4/ρs3<2.98;其中3.1mg/cm3<ρs4<3.3mg/cm3,1.04mg/cm3<ρs3<1.47mg/cm3;。

8.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述第三正极浆料包括组分s5、组分s6和所述氮甲基吡咯烷酮溶剂;并且/或者

9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,组分s5的密度为ρs5,所述组分s6的密度为ρs6;其中,4.34<ρs6/ρs5<6.53;

10.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,在制备碳基层之间,制备得到第四正极浆料,并使用所述第四正极浆料制备形成碳基层;


技术总结
本发明涉及极片技术领域,具体提供一种正极片及其制备方,旨在解决现有极片导电率较高,电池充放电过程中极化较为严重的问题。为此目的,本发明的正极片包括依次设置的活性层、反应平衡层及离子传输层,活性层、反应平衡层及离子传输层的孔隙率依次增大,也即呈现梯度变化,从而实现电解液对正极材料层的充分浸润,以提高极片的电解液浸润性,活性层、反应平衡层及离子传输层在电极两侧形成梯度分布结构,使得极片电导率降低,进而减小电池充放电过程极化。

技术研发人员:张克良,马衍伟,孙现众,张熊,王凯,徐亚楠
受保护的技术使用者:齐鲁中科电工先进电磁驱动技术研究院
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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