鋰離子電池極片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種鋰離子電池極片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池具有電壓高、比能量大、充放電壽命長(zhǎng)和安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品(如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)工具)、便捷式小型電器、電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能系統(tǒng)中。
[0003]隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)鋰離子電池性能的要求越來越高，尤其是鋰離子電池的能量密度。因此，如何提高鋰離子電池的能量密度已成為國(guó)內(nèi)外鋰電行業(yè)競(jìng)相研究的執(zhí)占。
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[0004]目前，提高鋰離子電池能量密度的方法有很多，例如降低鋰離子電池電極極片集流體的厚度、降低隔離膜的厚度和采用能量密度更高的硅基陽(yáng)極。其中，通過將鋰離子電池電極極片厚度提高，也是提高鋰離子電池能量密度的一種有效手段，具體原理為:將電極極片厚度提高可以相應(yīng)減少電池內(nèi)部電芯的層數(shù)，減少了電極集流體和隔離膜的空間占有率，為活性物質(zhì)提供更多的空間。
[0005]但是，與其他方法一樣，厚電極極片的應(yīng)用在提高能量密度的同時(shí)也會(huì)給電池的性能帶來負(fù)面影響:鋰離子電池工作時(shí)，電極是由電極集流體和分布于極片中的導(dǎo)電劑提供電子傳導(dǎo)通道。當(dāng)電極極片厚度增加時(shí)，一方面由于極片表面活性物質(zhì)與集流體的距離增加使得電子傳輸?shù)穆窂阶冮L(zhǎng)，另一方面導(dǎo)電劑在極片內(nèi)部分散的均勻性會(huì)隨之變差，會(huì)使得電極的電子導(dǎo)電性變差，電極工作時(shí)的極化增加，導(dǎo)致電池容量無法正常發(fā)揮、倍率性能差、低溫析鋰和循環(huán)容量衰減等一系列問題。
[0006]尤其是在大電流放電時(shí)，電解液中的鋰離子濃度由遠(yuǎn)離集流體處到靠近集流體處逐漸降低，造成濃差極化的產(chǎn)生，在厚極片體系中更加顯著。較大的濃差極化帶來電化學(xué)反應(yīng)速率的非均勻分布，使得極片內(nèi)部(靠近集流體)活性物質(zhì)幾乎無法參與電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致容量無法正常發(fā)揮，而極片外部(遠(yuǎn)離集流體處)活性物質(zhì)深度放電，進(jìn)而引發(fā)長(zhǎng)循環(huán)時(shí)結(jié)構(gòu)破壞，加劇容量衰減。
[0007]通過調(diào)節(jié)極片在厚度方向上的孔隙率分布可有效改善電解液在極片中浸潤(rùn)性，提高鋰離子的遷移速度，從而可以改善因極片厚度增加導(dǎo)致的倍率性能差和容量發(fā)揮偏低問題。例如，申請(qǐng)?zhí)枮镃N200580027135.6和CN201210191956.5的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開的極片結(jié)構(gòu)及其制造方法，均是從提高極片延厚度方向上孔隙率的角度出發(fā)，提高電解液在極片中的浸潤(rùn)性，減少濃差極化現(xiàn)象。但是，電子在正極或負(fù)極傳遞的能力對(duì)電化學(xué)反應(yīng)極化影響非常大，即使采用VGCF、碳納米管等纖維狀的導(dǎo)電劑，由于分散很難均勻，從集流體傳遞到極片表面，特別是厚極片的表面，電子傳遞的路徑變長(zhǎng)，使得內(nèi)阻增加，不利于容量、低溫、倍率性能的發(fā)揮。
[0008]有鑒于此，確有必要提供一種鋰離子電池極片來解決其電子導(dǎo)電性差的問題，以有效降低電池內(nèi)阻，為鋰離子電池向高能量密度方向的發(fā)展提供有力的保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于:提供一種鋰離子電池極片及其制備方法，以而克服現(xiàn)有鋰離子電池極片導(dǎo)電性能差和內(nèi)阻大的缺陷。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池極片的制備方法，其包括以下步驟:
[0011]1)將含有活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的漿料涂布在集流體的兩面，干燥后得到集流體兩面分布有膜片的極片，膜片厚度大于或等于50 μ m ;
[0012]2)采用靜電紡絲方法，將含有導(dǎo)電劑的靜電紡絲溶液紡絲成分布在膜片上的第一導(dǎo)電纖維層；以及
[0013]3)將極片分條，采用靜電紡絲法將含有導(dǎo)電劑的靜電紡絲溶液紡絲成分布在極片兩側(cè)的第二導(dǎo)電纖維層，第二導(dǎo)電纖維層連接集流體、膜片和第一導(dǎo)電纖維層，形成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
[0014]作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進(jìn)，所述步驟1)形成膜片和步驟2)形成第一導(dǎo)電纖維交替進(jìn)行，膜片和第一導(dǎo)電纖維層交替分布，所述第二導(dǎo)電纖維層連接集流體、多層膜片和多層第一導(dǎo)電纖維層，形成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
[0015]作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進(jìn)，所述靜電紡絲溶液含有導(dǎo)電劑、聚合物粘結(jié)劑和溶劑，其中，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑、碳纖維、石墨烯、碳納米管中的一種或幾種；聚合物粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚氧化乙烯、聚乙烯醇中的一種或者幾種；溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺溶劑、丙酮、四氫呋喃、甲醇中的一種或幾種，且第一導(dǎo)電纖維層、第二導(dǎo)電纖維層中導(dǎo)電劑的重量含量為5%?80%o
[0016]作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進(jìn)，所述靜電紡絲溶液配置在室溫?cái)嚢钘l件下進(jìn)行，具體配置工藝為:將導(dǎo)電劑與聚合物粘結(jié)劑按重量比5%?80%溶解到溶劑中，配制成導(dǎo)電劑重量含量為5%?15%的靜電紡絲溶液。
[0017]作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進(jìn)，所述步驟2)和3)中的靜電紡絲條件為:靜電紡絲電壓10?20千伏，針頭與極片的距離10?15厘米，紡絲溶液流速0.5?10暈升/小時(shí)。
[0018]作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進(jìn)，所述步驟1)中膜片的厚度為50?200 μ m,第一導(dǎo)電纖維層和第二導(dǎo)電纖維的厚度為0.1?2 μ m。
[0019]作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進(jìn)，所述步驟1)中，活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的重量比為(89-98):(1-6):(1-5)。
[0020]作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進(jìn)，將經(jīng)步驟1)和步驟2)制得的極片冷壓、分條后，再將極片兩側(cè)靜電紡絲形成連接集流體、膜片和第一導(dǎo)電纖維層的第二導(dǎo)電纖維層。
[0021]作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進(jìn)，所述極片為正極片，所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯、聚酰亞胺、聚酰胺和聚苯胺中的一種或幾種，所述溶劑為N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、丙酮和四氫呋喃中的一種或幾種。
[0022]作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進(jìn)，所述極片為負(fù)極片，所述粘接劑為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸鋰和丁苯橡膠中的一種或幾種。
[0023]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了一種鋰離子電池極片，其包括集流體和分布在集流體兩面的膜片，所述集流體的膜片上分布有第一導(dǎo)電纖維層，所述極片的兩側(cè)分布有第二導(dǎo)電纖維層，第二導(dǎo)電纖維層連接集流體、膜片和第一導(dǎo)電纖維層，形成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
[0024]作為本發(fā)明鋰離子電池極片的一種改進(jìn)，所述膜片和第一導(dǎo)電纖維層為多層交替分布，所述第二導(dǎo)電纖維層連接集流體、多層膜片和多層第一導(dǎo)電纖維層，形成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
[0025]作為本發(fā)明鋰離子電池極片的一種改進(jìn)，所述膜片的厚度為50?200μπι，所述第一導(dǎo)電纖維層和第二導(dǎo)電纖維層的厚度為0.1?2μπι。
[0026]作為本發(fā)明鋰離子電池極片的一種改進(jìn)，所述第一導(dǎo)電纖維層和第二導(dǎo)電纖維層中含有導(dǎo)電劑導(dǎo)電炭黑、碳纖維、石墨烯、碳納米管或其組合，第一導(dǎo)電纖維層、第二導(dǎo)電纖維層中，導(dǎo)電劑的重量含量為5%?80%。
[0027]作為本發(fā)明鋰離子電池極片的一種改進(jìn)，所述鋰離子電池極片為正極片。
[0028]作為本發(fā)明鋰離子電池極片的一種改進(jìn)，所述鋰離子電池極片為負(fù)極片。
[0029]此外，本發(fā)明還提供了一種鋰離子電池，其包括正極片、負(fù)極片、間隔于正負(fù)極片之間的隔離膜，以及電解液，其中，所述正極片為前述正極片，和/或所述負(fù)極片為前述負(fù)極片。
[0030]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明鋰離子電池極片具有以下結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)效果:
[0031]1)膜片的厚度相對(duì)較小，因此其內(nèi)部導(dǎo)電劑能夠均勻分布，保證膜片自身較好的電子傳導(dǎo)性；
[0032]2)膜片和第一導(dǎo)電纖維層交替分布，可保證膜片之間較好的電子傳導(dǎo)性；
[0033]3)第二導(dǎo)電纖維層將膜片和第一導(dǎo)電纖維層包覆形成從集流體到導(dǎo)電纖維層的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提供了更快捷的電子傳遞路徑。
[0034]因此，本發(fā)明鋰離子電池極片能克服現(xiàn)有技術(shù)中厚電極極片電子傳導(dǎo)路徑長(zhǎng)和導(dǎo)電劑分布不均勻的缺陷，解決了鋰離子電池厚電極極片電子導(dǎo)電性差的問題。采用本發(fā)明鋰離子電池極片的鋰離子電池不僅具有理想的