CN111244392A - 一种可提高锂离子运输能力的厚电极片以及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可提高锂离子运输能力的厚电极片，所述厚电极片包括正极和负极，所述正极与所述负极由活性物质和导电物质涂覆在集流体上形成，以及位于所述正极与所述负极中间将所述正极与所述负极隔开的隔膜层，所述正极与所述负极的厚度为200‑300μm，所述正极与所述负极浸泡在电解液中，所述正极与所述负极沿其厚度方向设置有多个使锂离子运输的通孔。通过在厚电极片沿其厚度方向设置有多个通孔，使得通孔中灌满电解液，锂离子通过所述通孔运输，能够降低锂离子运动的阻力，使其更容易地在所述正极与所述负极中进行交换，提高厚电极片的导电性。

Description

一种可提高锂离子运输能力的厚电极片以及制备方法
技术领域
本发明涉及了锂离子电池领域，尤其涉及一种可提高锂离子运输能力的厚电极片以及制备方法。
背景技术
锂离子电池具有电压高、比能量大、充放电寿命长和安全环保等优点，因此被广泛应用于各类电子产品(如手机、数码相机、笔记本电脑、电动工具)、便捷式小型电器、电动汽车和储能系统中。
随着科学技术的不断发展，对锂离子电池性能的要求越来越高，尤其是锂离子电池的能量密度。因此，如何提高锂离子电池的能量密度已成为国内外锂电行业竞相研究的热点。
目前，提高锂离子电池能量密度的方法有很多，例如降低锂离子电极片的集流体的厚度、降低隔膜的厚度和采用能量密度更高的硅基阳极。其中，通过将锂离子电池的电极片厚度提高，也是提高锂离子电池能量密度的一种有效手段，具体原理为：将电极片厚度提高可以相应减少电池内部电芯的层数，减少了集流体和隔膜的空间占有率，为活性物质提供更多的空间，提高单位面积电极片表面担载的活性物质的能量，进而提高锂离子电池的比能量。
但是，与其他方法一样，厚电极片的应用在提高能量密度的同时也会给电池的性能带来负面影响：锂离子电池工作时，电极片是由电极集流体和分布于极片中的导电剂提供锂离子传导通道。当电极片厚度增加时，一方面由于电极片表面活性物质与集流体的距离增加使得锂离子的传输路径变长，另一方面导电剂在电极片内部分散的均匀性会随之变差，锂离子分布的浓度梯度过大，会使得电极的电子导电性变差，从而电池极化过电压增大，迅速达到截止电压而被迫中断工作。
尤其是在大电流放电时，电解液中的锂离子浓度由远离集流体处到靠近集流体处逐渐降低，造成浓差极化的产生，在厚极片体系中更加显著。较大的浓差极化带来电化学反应速率的非均匀分布，使得极片内部(靠近集流体)活性物质几乎无法参与电化学反应，导致容量无法正常发挥，而极片外部(远离集流体处)活性物质深度放电，进而引发长循环时结构破坏，加剧容量衰减。
综上所述，即使厚电极片具有锂离子传输距离远，导电性能差的缺点，但是由于厚电极片可以提高单位面积内电极片表面的活性物质载量,对提高电池比能量十分有益，因此是近年来发展方向。
有鉴于此，确有必要提供一种锂离子电池的电极片来解决其锂离子传输距离远，锂离子浓度梯度过大，导致导电性差的问题，以有效降低电池内阻，为锂离子电池向高能量密度方向的发展提供有力的保障。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种可提高锂离子运输能力的厚电极片，可解决上述技术问题，提高厚电极片的锂离子运输能力。
所述厚电极片包括正极和负极，所述正极与所述负极由活性物质和导电物质涂覆在集流体上形成，以及位于所述正极与所述负极中间将所述正极与所述负极隔开的隔膜层，所述正极与所述负极浸泡在电解液中，所述正极与所述负极沿其厚度方向设置有多个使锂离子运输的通孔。
进一步地，所述正极与所述负极的厚度为200-300μm。
进一步地，所述通孔的直径为10-50μm。
进一步地，所述通孔的总面积占所述厚电极片的横截面的15～25％。
进一步地，所述通孔的总面积占所述厚电极片的横截面的20％。
进一步地，所述厚电极片中含有电解液，所述电解液为有机溶剂和LiPF6溶质的混合物，所述电解液的添加量增加10％～20％。
进一步地，一种可提高锂离子运输能力的厚电极片的制备方法，包括：
将粘结剂和溶剂在搅拌罐中搅拌均匀，待所述粘结剂完全溶解于所述溶剂中后，活性物质和导电物质得到浆料；
将所述浆料涂覆在集流体的表面，初步形成所述正极与所述负极；
将涂覆有所述浆料的所述厚电极片进行烘干处理；
将烘干处理后的所述厚电极片进行辊压制得单面涂覆厚度为200-300μm的所述厚电极片；
将辊压处理后的所述厚电极片沿其厚度方向形成使锂离子运输的所述通孔。
进一步地，采用激光钻孔的方式形成所述通孔。
进一步地，所述通孔的直径为10-50μm。
进一步地，所述激光钻孔采用低温度的紫外激光发生器。
本发明的有益效果如下：
通过在厚电极片沿其厚度方向设置有多个通孔，使得通孔中灌满电解液，锂离子通过所述通孔运输，能够降低锂离子运动的阻力，使其更容易地在所述正极与所述负极中进行交换，提高厚电极片的导电性。解决了以往厚电极片的运输距离远，锂离子浓度梯度大，从而电池极化过电压增大，迅速到达截止电压而被迫中断工作的问题，从而能够利用厚电极片的活性物质载量高、电极面密度大以及整体能量密度高的特性。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中电极片沿其厚度方向的剖视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。
为达到上述目的，本发明提供一种可提高锂离子运输能力的厚电极片，如图1所示。所述厚电极片包括正极11和负极13，所述正极11与所述负极13由活性物质和导电物质涂覆在集流体上形成，以及位于所述正极11与所述负极13中间将所述正极11与所述负极13隔开的隔膜层12，所述正极11与所述负极13浸泡在电解液中，所述正极11与所述负极13沿其厚度方向设置有多个使锂离子运输的通孔100。进一步地，所述正极11与所述负极13的厚度为200-300μm。
相比于现有的锂离子电池所述电极片的厚度在50-100μm，本发明的电极片厚度增加到 200-300μm，能够提高单位面积内所述电极片表面的活性物质载物量，从而提高锂离子电池的电极面密度和电池的整体能量密度。另一方面，为解决厚电极片的传输距离远的问题，本发明中的电极片沿其厚度的方向设置了多个通孔100，由于所述电极片浸润在电解液中，使得所述通孔100中灌满所述电解液，因此锂离子可以通过所述通孔100进行运输。锂离子通过所述电极片的厚度方向在所述通孔100中运输，能够降低锂离子运动的阻力，使其更容易地在所述正极11与所述负极13中进行交换，提高了厚电极片的导电性。实现了厚电极片在具有高能量密度的同时也具有良好的导电性，克服了原有的厚电极片运输距离远，锂离子浓度梯度过大，从而导致电池极化过电压增大，迅速到达截止电压而被迫中断工作的技术问题。
优选的，所述通孔100的直径为10-50μm。
所述通孔100的横截面的总面积占所述厚电极片的横截面的15～25％。优选的，在本实施例中，所述通孔100的总面积占所述厚电极片的横截面的20％。
所述厚电极片中含有电解液，所述电解液为有机溶剂和LiPF6溶质的混合物。由于所述通孔100占据了所述厚电极片的内部空间，因此所述电解液的添加量增加10％～20％，使得所述电解液浸润所述厚电极片。
本发明还包括一种可提高锂离子运输能力的厚电极片的制备方法，包括：
将粘结剂和溶剂在搅拌罐中搅拌均匀，待所述粘结剂完全溶解于所述溶剂中后，加入活性物质和导电物质得到浆料；
将所述浆料涂覆在集流体的表面，初步形成所述正极11与所述负极13；
将涂覆有所述浆料的所述厚电极片进行烘干处理；
将烘干处理后的所述厚电极片进行辊压制得单面涂覆厚度为200-300μm的所述厚电极片；
将辊压处理后的所述厚电极片沿其厚度方向形成使锂离子运输的所述通孔100。
进一步地，采用激光钻孔的方式形成所述通孔100。所述通孔100的直径为10-50μm。
进一步地，本实施例中，所述激光钻孔采用低温度的紫外激光发生器。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种可提高锂离子运输能力的厚电极片，其特征在于，所述电极片包括正极和负极，所述正极与所述负极由活性物质和导电物质涂覆在集流体上形成，以及位于所述正极与所述负极中间将所述正极与所述负极隔开的隔膜层，所述正极与所述负极浸泡在电解液中，所述正极与所述负极沿其厚度方向设置有多个使锂离子运输的通孔。
2.根据权利要求1所述的可提高锂离子运输能力的厚电极片，其特征在于，所述正极与所述负极的厚度为200-300μm。
3.根据权利要求2所述的可提高锂离子运输能力的厚电极片，其特征在于，所述通孔的直径为10-50μm。
4.根据权利要求2所述的可提高锂离子运输能力的厚电极片，其特征在于，所述通孔的总面积占所述厚电极片的横截面的15～25％。
5.根据权利要求2所述的可提高锂离子运输能力的厚电极片，其特征在于，所述通孔的总面积占所述厚电极片的横截面的20％。
6.根据权利要求2所述的可提高锂离子运输能力的厚电极片，其特征在于，所述电极片中含有电解液，所述电解液为有机溶剂和LiPF6溶质的混合物，所述电解液的添加量增加10％～20％。
7.一种可提高锂离子运输能力的厚电极片的制备方法，其特征在于，包括：
将粘结剂和溶剂在搅拌罐中搅拌均匀，待所述粘结剂完全溶解于所述溶剂中后，加入活性物质和导电物质得到浆料；
将所述浆料涂覆在所述集流体的表面，初步形成所述正极与所述负极；
将涂覆有所述浆料的所述厚电极片进行烘干处理；
将烘干处理后的所述厚电极片进行辊压制得单面涂覆厚度为200-300μm的所述厚电极片；
将辊压处理后的所述厚电极片沿其厚度方向形成使锂离子运输的所述通孔。
8.根据权利要求7所述的可提高锂离子运输能力的厚电极片的制备方法，其特征在于，采用激光钻孔的方式形成所述通孔。
9.根据权利要求8所述的可提高锂离子运输能力的厚电极片的制备方法，其特征在于，所述通孔的直径为10-50μm。
10.根据权利要求8所述的可提高锂离子运输能力的厚电极片的制备方法，其特征在于，所述激光钻孔采用低温度的紫外激光发生器。
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