CN108400284B - 一种锂离子电池的穿孔正极片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种锂离子电池的穿孔正极片，包括涂覆锂铁氧化物层的集流体、设于集流体上下表面的活性物质层；所述的活性物质层与集流体设有均匀的扩散通孔。首先铝箔表面涂覆一层Li5FeO4，为电池提供多余的锂源，从而能够减缓负极首效形成不可逆SEI膜消耗的锂离子，增强长循环性能；其次采用了高压实和高面密度的正极的能够增大电池的能量密度；最后形成的穿孔极片，电解液能够充分进入到活性物质内部，增大电解液的浸润和延缓活性物质的膨胀，能够在电池产业化中大规模的应用。常规的打孔铝箔是先打孔后涂布，而本发明是先涂布后打孔，目的是活性物质的面密度能够达到更高，电池的能量密度相对于常规的打孔极片高出30%。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池的穿孔正极片及其制备方法。
背景技术
随着锂离子电池技术的不断发展，我们也对锂离子电池的性能提出了更高的要求，我们希望锂离子电池更小、更轻便、储能更多，这些诉求也在推动着锂离子电池研究工作不断前进。
从电池结构和新材料、新体系的采用，可以通过增加活性物质比例的方法是从电池的生产工艺的角度入手，首先是增加活性物质在电极中占比。一般锂离子电池的电极主要由四大部分组成，活性物质、导电剂、粘结剂和集流体组成，为了提高活性物质比例，就需要降低其他部分的比例，通过采用新型导电剂、粘结剂从而减少导电剂和粘结剂的比例，采用更薄的集流体来减少非活性物质的所占的比例。其次，需要提高正负极的涂布量，但是提高电极的涂布量还面临的一个问题：当电极过厚时会造成电极的Li+扩散动力学条件变差，影响锂离子电池的倍率和循环性能。
发明内容
为应对现有技术的不足，本发明提供一种锂离子电池的穿孔正极片，该穿孔极片的表面由活性物质及集流体组成，活性物质表面分布着通孔。该制作方法简单，极大程度了增大电解液的浸润和延缓活性物质的膨胀，能够在叠片电池中大规模的应用。
其技术方案如下：一种锂离子电池的穿孔正极片，包括涂覆有锂铁氧化物层的集流体、分别设于集流体上下表面的活性物质层；所述的活性物质层与集流体设有上下对应的均匀的扩散通孔。
进一步的，所述集流体为涂覆有锂铁氧化物层的铝箔。
进一步的，所述集流体的厚度为6-50μm；所述锂铁氧化物层的厚度为2-5μm；所述扩散通孔的孔径为20-200nm。
进一步的，所述扩散通孔所占区域的面积为正极片上表面积的10-35%。
进一步的，所述锂铁氧化物层的组分为锂铁氧化物Li5FeO4、粘结剂PAA 、分散剂PVP。
进一步的，所述活性物质层由高压实正极材料95-98份；导电剂0.5-1份；粘结剂0.5-1份按重量份数组成。
进一步的，所述高压实正极材料为NCM811；所述导电剂为CNT；所述粘结剂为PCDF5138。
锂离子电池的穿孔正极片的制备方法，包括以下步骤：
1）、制备锂铁氧化物层浆料：按由配比称取锂铁氧化物Li5FeO4、粘结剂PAA 、分散剂PVP，均匀混合后制得锂铁氧化物层浆料，
2）涂覆锂铁氧化物层浆料：将制得的锂铁氧化物层浆料分别涂覆于铝箔上下表面制得集流体；
3）活性物质层的制备：按重量份数称取高压实正极材料95-98份；导电剂0.5-1份；粘结剂0.5-1份，混合均匀后制成活性物质层浆料，将活性物质层浆料均匀涂覆至集流体上、下表面；
4）正极片的压制：将涂覆活性物质层后的集流体，经辊压制得压实密度为3.4-3.5的正极片；
5）打孔：将经辊压后的正极片，经设于正极片上下方相对应的打孔设备打孔，打出孔径为20-200nm的扩散通孔；去除打孔形成的碎屑，再经辊压设备压制，制得锂离子电池的穿孔正极片。
进一步的，所述的活性物质层浆料涂覆的面密度为500-700g/m2。
进一步的，所述的打孔设备的打孔速度为4-6 m/min。
本发明的有益之处在于：1、于正极基体铝箔表面涂覆一层2-5μm的锂铁氧化物层，其锂铁氧化物层浆料的主要成分为Li5FeO4，Li5FeO4的电离式为：，其电离为电池提供多余的锂源，从而能够减缓负极首效形成不可逆SEI膜消耗的锂离子，增强长循环性能；本发明的目的在于通过外加手段能够增加电解液的浸润性，同时锂离子可以穿过多孔极片，在多孔极片两侧活性物质间自由扩散，减小了扩散阻力，同时有利于提升电池的倍率性能；通过在铝箔表面涂覆的Li5FeO4层，在充电的过程中，多余的Li元素从这些高容量正极材料脱出，嵌入到负极中补充首次充放电的不可逆容量，特别是采用硅碳负极材料，用来补充形成的不可逆的SEI膜消耗的Li离子。
2．本发明提供的制备方法采用了高压实和高面密度的正极能够增大电池的能量密度；最后所形成的穿孔极片，电解液能够充分进入到活性物质内部，从而同时增大电解液的浸润和延缓活性物质的膨胀，能够在电池产业化中大规模的应用。
3．常规的打孔铝箔是先打孔然后在涂布，而本发明是先采用先涂布再打孔，这样的可以使得活性物质的面密度和压实能够达到更高，电池的能量密度相对于常规的打孔极片高出30%。
附图说明
图1为制备本发明的锂离子电池的穿孔正极片时的结构示意图；
图2为打孔设备的局部放大图；
图3为本发明的锂离子电池的穿孔正极片的结构示意图。
1-集流体、2-活性物质层、3-打孔设备、4-辊压设备、5-穿孔正极片、6-打孔区域。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
如图1-3 所示，锂离子电池的穿孔正极片的制备过程，包括以下步骤：
1）、制备锂铁氧化物层浆料按由配比称取锂铁氧化物Li5FeO4、粘结剂PAA 、分散剂PVP，均匀混合后制得锂铁氧化物层浆料，
2）涂覆锂铁氧化物层浆料将制得的锂铁氧化物层浆料涂覆于2μm的铝箔上下表面制得6μm集流体；锂铁氧化物层的厚度为2μm；
3）活性物质层的制备按重量份数称取NCM811 95、份；CNT 1份；PCDF5138 1份，混合均匀后制成活性物质层浆料，将活性物质层浆料以面密度为700g/m2均匀涂覆至集流体表面；
4）正极片的压制将涂覆活性物质层后的集流体，经辊压制得压实密度为3.4-3.5的正极片；
5）打孔将经辊压后的正极片，经设于正极片上下方相对应的打孔设备以打孔速度为4 m/min打孔，制得孔径为20nm的扩散通孔；扩散通孔所在区域的面积为正极片上表面积的10%，去除打孔形成的碎屑，再经辊压设备压制，制得锂离子电池的穿孔正极片。
实施例2
锂离子电池的穿孔正极片的制备过程，包括以下步骤：
1）、制备锂铁氧化物层浆料按由配比称取锂铁氧化物Li5FeO4、粘结剂PAA 、分散剂PVP，均匀混合后制得锂铁氧化物层浆料，
2）涂覆锂铁氧化物层浆料将制得的锂铁氧化物层浆料涂覆于40 μm的铝箔上下表面制得50 μm的集流体；锂铁氧化物层的厚度为5μm；
3）活性物质层的制备按重量份数称取NCM811 98份；CNT 0.5份；PCDF5138 0.5份，混合均匀后制成活性物质层浆料，将活性物质层浆料以面密度为5 00g/m2均匀涂覆至集流体表面；
4）正极片的压制将涂覆活性物质层后的集流体，经辊压制得压实密度为3.4-3.5的正极片；
5）打孔将经辊压后的正极片，经设于正极片上下方相对应的打孔设备以打孔速度为6m/min打孔，制得孔径为200nm的扩散通孔；扩散通孔所占区域的面积为正极片上表面积的35%，去除打孔形成的碎屑，再经辊压设备压制，制得锂离子电池的穿孔正极片。
综上所述，锂铁氧化物层浆料的主要成分为Li5FeO4，Li5FeO4的电离式为：，其电离为电池提供多余的锂源，从而能够减缓负极首效形成不可逆SEI膜消耗的锂离子，增强长循环性能；通过外加手段能够增加电解液的浸润性，同时锂离子可以穿过多孔极片，在多孔极片两侧活性物质间自由扩散，减小了扩散阻力，同时有利于提升电池的倍率性能；通过在铝箔表面涂覆的Li5FeO4层，在充电的过程中，多余的Li元素从这些高容量正极材料脱出，嵌入到负极中补充首次充放电的不可逆容量，特别是采用硅碳负极材料，用来补充形成的不可逆的SEI膜消耗的Li离子。制备方法采用了高压实和高面密度的正极能够增大电池的能量密度；最后所形成的穿孔极片，电解液能够充分进入到活性物质内部，从而同时增大电解液的浸润和延缓活性物质的膨胀，能够在电池产业化中大规模的应用。先涂布再打孔，可以使得活性物质的面密度和压实能够达到更高，电池的能量密度相对于常规的打孔极片高出30%
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种锂离子电池的穿孔正极片，其特征在于：包括涂覆有锂铁氧化物层的集流体、分别设于集流体上下表面的活性物质层；所述的活性物质层与集流体设有上下对应的均匀扩散通孔；所述锂铁氧化物层的厚度为2-5μm；
所述的锂离子电池的穿孔正极片的制备方法包括以下步骤：
1)制备锂铁氧化物层浆料：按配比称取锂铁氧化物Li5FeO4、粘结剂PAA、分散剂PVP均匀混合后制得锂铁氧化物层浆料，
2)涂覆锂铁氧化物层浆料：将制得的锂铁氧化物层浆料涂覆于铝箔上下表面制得集流体；
3)活性物质层的制备：按重量份数称取高压实正极材料95-98份；导电剂0.5-1份；粘结剂0.5-1份，混合均匀后制成活性物质层浆料，将活性物质层浆料均匀涂覆至集流体上表面与下表面；
4)正极片的压制：将涂覆活性物质层后的集流体，经辊压制得压实的正极片；
5)打孔：将经辊压后的正极片经设于正极片上下方相对应的打孔设备上打扩散通孔，扩散通孔的孔径为20-200nm；去除扩散通孔形成的碎屑，再经辊压设备压制，制得锂离子电池的穿孔正极片。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池的穿孔正极片，其特征在于：所述集流体的厚度为6-50μm；所述扩散通孔的孔径为20-200nm。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池的穿孔正极片，其特征在于：所述扩散通孔所占区域的面积为正极片上表面积的10-35％。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池的穿孔正极片，其特征在于：所述锂铁氧化物层的组分为锂铁氧化物Li5FeO4、粘结剂PAA、分散剂PVP。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池的穿孔正极片，其特征在于：所述活性物质层由高压实正极材料95-98份；导电剂0.5-1份；粘结剂0.5-1份按重量份数组成。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池的穿孔正极片，其特征在于：所述高压实正极材料为NCM811；所述导电剂为CNT；所述粘结剂为PCDF 5138。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池的穿孔正极片，其特征在于：所述的步骤4)所述的压实的压实密度为3.4-3.5。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池的穿孔正极片，其特征在于：所述的活性物质层浆料涂覆的面密度为500-700g/m2。
9.根据权利要求1所述的锂离子电池的穿孔正极片，其特征在于：所述的打孔设备的打孔速度为4-6m/min。
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| CN108400284A (zh) | 2018-08-14 |
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