CN111785924B - 一种锂离子电池多层电极和锂离子电池 - Google Patents

一种锂离子电池多层电极和锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种锂离子电池多层电极，该电极包括集流体和涂覆在所述集流体表面的活性材料涂层，所述活性材料涂层包括涂覆于所述集流体表面的第一涂层和涂覆于所述第一涂层表面的第二涂层，其中，所述第一涂层的电极材料比容量小于所述第二涂层的电极材料比容量，所述第一涂层的首次库伦效率小于所述第二涂层的首次库伦效率。该电池可以有效降低电芯在长期循环过程中产生的膨胀力。

Description

一种锂离子电池多层电极和锂离子电池
技术领域
本申请涉及锂离子电池领域，具体的，涉及一种锂离子电池多层电极和锂离子电池。
背景技术
电动车作为一类需考虑长期耗损的交通工具，其长期可靠性需得到充分的保证，作为电动车的核心部件，动力电池的长期可靠性关系到整车长期可靠性。长期可靠性恶化的主要原因为动力电芯循环过程中的膨胀，膨胀主要表现为正常充放电循环过程的电极及电芯厚度增加。对于电芯电性能而言，膨胀将严重恶化电芯阴阳极界面，导致界面受力不均，充放电过程锂在阳极表面沉积将逐渐增加而导致严重容量衰减及功率衰减，对于电芯安全性能而言，膨胀一方面会挤压电极导致电极极片位置错动，另一方面会导致电芯内部阴阳极接触而发生内短路，并且较大的膨胀将导致电芯结构发生变化，甚至会影响安全设计装置而失去安全保护作用。
经研究，膨胀的主要原因是：充放电过程阴阳极颗粒反弹和充放电脱嵌锂过程的阴阳极的结构变化导致的体积变化。目前控制动力电芯膨胀的方法主要为：采用脱嵌锂过程结构体积变化小的材料，如LFP；阴极或阳极采用低压实密度设计。但是，采用脱嵌锂过程结构体积变化小的材料，此类材料会牺牲材料的比容量发挥，降低电芯能量密度；阴极或阳极采用低压实密度设计，低压密会增加电极厚度，减小了芯可用空间，一定程度恶化电芯能量密度。
因此，如何在降低动力电池长期应用过程的膨胀的同时优化动力电池的长期可靠性，并保证电池的能量密度不受影响是本领域仍需解决的技术难题。
发明内容
本公开的目的在于在保证电池能量密度保持不变的情况下，提供一种锂离子电池，该电池可以有效降低电芯在长期循环过程中产生的膨胀力。
为了实现上述目的，本公开的第一个方面提供了一种锂离子电池多层电极，该电极包括集流体和涂覆在所述集流体表面的活性材料涂层，所述活性材料涂层包括涂覆于所述集流体表面的第一涂层和涂覆于所述第一涂层表面的第二涂层，其中，所述第一涂层的电极材料比容量小于所述第二涂层的电极材料比容量，所述第一涂层的首次库伦效率小于所述第二涂层的首次库伦效率。
可选地，所述锂离子电池多层电极为阴极，所述第一涂层的电极材料比容量为160-170mAh/g，首次库伦效率为80-88％；所述第二涂层的电极材料比容量为170-185mAh/g，首次库伦效率为88-93％；
优选的，所述第一涂层的电极材料比容量为161-168mAh/g，首次库伦效率为81-85％；所述第二涂层的电极材料比容量为172-180mAh/g，首次库伦效率为88-92％。
可选地，所述锂离子电池多层电极为阳极，所述第一涂层的电极材料比容量为325-340mAh/g，首次库伦效率为89-93％；所述第二涂层的电极材料比容量为340-355mAh/g，首次库伦效率为93-96％；
优选的，所述第一涂层的电极材料比容量为330-340mAh/g，首次库伦效率为90-93％；所述第二涂层的电极材料比容量为345-355mAh/g，首次库伦效率为94-96％。
可选地，所述活性材料涂层的总厚度为50-300μm，所述第一涂层的厚度与所述第二涂层的厚度的比值为1：0.2-50；优选的，所述活性材料涂层的总厚度为80-240μm，所述第一涂层的厚度与所述第二涂层的厚度的比值为1：0.3-30。
可选地，所述活性材料涂层包括两层以上涂层，所述涂层的电极材料比容量和首次库伦效率由外层到内层逐层降低。
本公开的第二个方面提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括阳极、阴极、电解液和隔膜，其中，所述阳极和/或所述阳极为上述锂离子电池多层电极。
可选地，所述阳极包括阳极活性材料，所述阳极活性材料选自石墨材料，所述石墨材料选自天然石墨、人造石墨、软碳和硬碳中的至少一种。
可选地，所述阴极包括阴极活性材料，所述阴极活性材料包括LiNixCoyMnzFeaAlbPcO2(其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤a≤1，0≤b≤0.8，0≤c≤4)。
可选地，所述电解液包含溶剂和锂盐，所述锂盐为LiPF6、LiClO4、LiBO2、LiAsF6和LiBF4中的至少一种；
所述溶剂为四氢呋喃、乙二醇二甲醚、γ-丁内酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、环丁砜、二甲亚砜、亚硫酸二甲酯、二甲基甲酰胺、乙酸甲酯中的至少一种。
可选地，所述隔膜为选自聚乙烯膜、聚烯烃微多孔膜、聚乙烯毡、玻璃纤维毡和超细玻璃纤维纸中的至少一种。
通过上述技术方案，本公开提供的锂离子电池多层电极，该电极的活性位点分布自外层到内层逐渐降低，应用该电极制备得到的电池可以有效降低电芯在长期循环过程中产生的膨胀力。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开的锂离子电池电极结构示意图。
附图标记说明
1、集流体
2、第一涂层
3、第二涂层
具体实施方式
以下对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
本公开的第一个方面提供了一种锂离子电池多层电极，该电极包括集流体和涂覆在所述集流体表面的活性材料涂层，所述活性材料涂层包括涂覆于所述集流体表面的第一涂层和涂覆于所述第一涂层表面的第二涂层，其中，所述第一涂层的电极材料比容量小于所述第二涂层的电极材料比容量，所述第一涂层的首次库伦效率小于所述第二涂层的首次库伦效率。
本公开提供的锂离子电池多层电极具有第一涂层和第二涂层，且两个涂层具有不同的比容量和首次库伦效率，涂覆于集流体表面的第一涂层具有较低的比容量和首次库伦效率，因而具有较少的锂活性位点，涂覆于第一涂层表面的第二涂层具有较高的比容量和首次库伦效率，因而具有较多的锂活性位点。在电池使用过程中，位于外层的第二涂层具有较高的嵌锂量，随着充放电的进行，虽然锂离子慢慢迁移到内层，并在内层完成嵌锂，但电极外层仍有大量锂离子的嵌入，第二涂层较高的嵌锂量可以满足实际嵌锂，减少电池膨胀力的增长，从而减少电极膨胀现象的发生。
根据本公开的第一个方面，所述锂离子电池多层电极可以为阴极，所述第一涂层的电极材料比容量可以为160-170mAh/g，首次库伦效率可以为80-88％；所述第二涂层的电极材料比容量可以为170-185mAh/g，首次库伦效率可以为88-93％；优选的，所述第一涂层的电极材料比容量可以为161-168mAh/g，首次库伦效率可以为81-85％；所述第二涂层的电极材料比容量可以为172-180mAh/g，首次库伦效率可以为88-92％。
根据本公开的第一个方面，所述锂离子电池多层电极可以为阳极，所述第一涂层的电极材料比容量可以为325-340mAh/g，首次库伦效率可以为89-93％；所述第二涂层的电极材料比容量可以为340-355mAh/g，首次库伦效率可以为93-96％；优选的，所述第一涂层的电极材料比容量可以为330-340mAh/g，首次库伦效率可以为90-93％；所述第二涂层的电极材料比容量可以为345-355mAh/g，首次库伦效率可以为94-96％。
根据本公开的第一个方面，所述活性材料涂层的总厚度可以为50-300μm，所述第一涂层的厚度与所述第二涂层的厚度的比值可以为1：0.2-50；作为本公开的一种优选的实施方式，所述活性材料涂层的总厚度为80-240μm，所述第一涂层的厚度与所述第二涂层的厚度的比值为1：0.3-30。
合适的所述第一涂层的厚度与所述第二涂层的厚度的比值可以显著降低电池循环过程中产生的膨胀力，并可以合理利用高首效高比容材料，降低生产成本。
作为本公开的一种优选的实施方式，所述活性材料涂层可以包括两层以上涂层，所述涂层的电极材料比容量和首次库伦效率由外层到内层逐层降低。
本公开的一种具体的实施方式，通过电极材料比容量和首次库伦效率的测试，确定多层电极不同层电极材料颗粒的参数及选择，然后将电极颗粒匀浆制作成浆料，再采用多腔涂布或多模头涂布进行一次性涂布或单腔单模头进行多次涂布来实现多层极片的涂布，然后通过辊压实现锂活性位点梯度分布的多层极片。其中，锂活性位点分布自极片内层到极片外层逐渐降低，与电极实际充放电过程中锂离子浓度及活性位点需求一致。
本公开的第二个方面提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括阳极、阴极、电解液和隔膜，其中，所述阳极和/或所述阳极为上述锂离子电池多层电极。
本公开提供的锂离子电池，在能量密度保持不变的情况下可以有效降低电芯在长期循环过程中的膨胀力，改善幅度可以达到10-30％，能够优化电芯长期可靠性。
根据本公开的第二个方面，所述阳极包括阳极活性材料，所述阳极活性材料可以选自石墨材料，所述石墨材料可以选自天然石墨、人造石墨、软碳和硬碳中的至少一种。
根据本公开的第二个方面，所述阴极包括阴极活性材料，所述阴极活性材料可以包括LiNixCoyMnzFeaAlbPcO2(其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤a≤1，0≤b≤0.8，0≤c≤4)。
根据本公开的第二个方面，所述电解液包含溶剂和锂盐，其中，所述溶剂和所述锂盐是本领域技术人员所熟知的，所述锂盐可以为LiPF6、LiClO4、LiBO2、LiAsF6和LiBF4中的至少一种；所述溶剂可以为四氢呋喃、乙二醇二甲醚、γ-丁内酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、环丁砜、二甲亚砜、亚硫酸二甲酯、二甲基甲酰胺、乙酸甲酯中的至少一种。
根据本公开的第二个方面，所述隔膜为选自聚乙烯膜、聚烯烃微多孔膜、聚乙烯毡、玻璃纤维毡和超细玻璃纤维纸中的至少一种。
以下通过实施例进一步详细说明本公开。实施例中所用到的原材料均可通过商购途径获得。
本公开的实施例中阴极采用LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元材料，阳极采用人造石墨材料，阴极铝箔基材采用12μm正常基材，阳极铜箔基材采用8μm正常基材，隔膜均采用16μm聚乙烯隔膜，电解液均采用含有1.12M LiPF6锂盐及碳酸二乙酯/碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯＝1/1/1溶剂的常规电解液。
阴极浆料制作
取阴极LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元材料C-1，按阴极三元材料：聚偏氟乙烯：导电剂＝95：3：2重量比进行匀浆，其中加入N甲基-2吡咯烷酮控制固含量为68-75％，粘度6000-10000mpa*s。完成搅拌后，将阴极浆料保存为C-1阴极浆料。
取阴极LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元材料C-2，按阴极三元材料：聚偏氟乙烯：导电剂＝95：3：2重量比进行匀浆，其中加入N甲基-2吡咯烷酮控制固含量为68-75％，粘度6000-10000mpa*s。完成搅拌后，将阴极浆料保存为C-2阴极浆料。
阳极浆料制作
取阳极石墨颗粒A-1与丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠和导电剂按重量比95：2.5：1.5：1进行匀浆，其中加入水控制固含量为45-55％，粘度2000-4000mpa*s。完成搅拌后，将阳极浆料保存为A-1阳极浆料。
取阳极石墨颗粒A-2与丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠和导电剂按重量比95：2.5：1.5：1进行匀浆，其中加入水控制固含量为45-55％，粘度2000-4000mpa*s。完成搅拌后，将阳极浆料保存为A-2阳极浆料。
实施例1
取不同电极材料粉末颗粒，阴极采用阴极活性材料(C-1或C-2)、聚偏氟乙烯和导电剂，以N-甲基-2-吡咯烷酮为溶剂，配置浆料，涂敷在铝箔表面，制作阴极极片；阳极采用阳极活性材料(A-1或A-2)、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠和导电剂，以去离子水为溶剂，配置浆料，涂敷在铜箔表面，制作阳极极片。将阴极和阳极极片分别作为正极，锂片作为负极，制作扣式电池，然后测试充放电容量，并计算首次充放电效率。
取阴极制作的扣式电池C-1和C-2，以0.1C充电至4.2V，然后搁置5min，以0.1C放电至3.0V，记录充放电容量值。
取阳极制作的扣式电池A-1和A-2，以0.1C放电至0V，然后搁置5min，以0.1C充电至2.0V，记录充放电容量值。
核算阴阳极材料的首次充放电效率，阴极材料首次充放电效率＝放电容量/充电容量，阳极材料首次充放电效率＝充电容量/放电容量。
阴极材料C-1和C-2，阳极材料A-1和A-2的比容量及首次充放电效率数据见表1。
表1
序号 充电比容量(mAh/g) 放电比容量(mAh/g) 首次效率(％)
C-1-1 196 175 89.3％
C-1-2 198 176 88.9％
C-2-1 197 161 81.7％
C-2-2 198 163 82.3％
A-1-1 348 369 94.3％
A-1-2 345 367 94.0％
A-2-1 335 366 91.5％
A-2-2 337 367 91.8％
从表2可以看出，阴极材料C-1比容量和首次效率较高，阳极材料A-1比容量和首次效率较高。根据本公开，将阴极材料C-1作为阴极极片第二涂层，阴极材料C-2作为阴极极片第一涂层；将阳极材料A-1作为阳极极片第二涂层，采用A-2阳极材料颗粒作为阳极极片第一涂层。
实施例2：单层阴极极片(C-1)，双层阳极极片(第二涂层：A-1，第一涂层：A-2，第二涂层和第一涂层的比例5：5)
将阴极浆料C-1均匀涂布在12μm铝箔基材表面，其双面涂布重量为300g/m2，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阴极极片。
将阳极浆料A-1通入上腔，将阳极浆料A-2通入下腔。然后将上腔和下腔浆料均匀涂布在8μm铜箔基材表面，其双面涂布重量为160g/m2，通过控制上下腔垫片及夹紧程度控制上层(第二涂层)涂布重量为80g/m2，下层(第一涂层)涂布重量为80g/m2，即上下层重量分布比例为5：5，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阳极极片。
实施例3：单层阴极极片(C-2)，双层阳极极片(第二涂层：A-1，第一涂层：A-2，第二涂层和第一涂层的比例5：5)
将阴极浆料C-2均匀涂布在12μm铝箔基材表面，其双面涂布重量为300g/m2，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阴极极片。
将阳极浆料A-1通入上腔，将阳极浆料A-2通入下腔。然后将上腔和下腔浆料均匀涂布在8μm铜箔基材表面，其双面涂布重量为160g/m2，通过控制上下腔垫片及夹紧程度控制上层(第二涂层)涂布重量为80g/m2，下层(第一涂层)涂布重量为80g/m2，即上下层重量分布比例为5：5，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阳极极片。
实施例4：双层阴极极片(第二涂层：C-1，第一涂层：C-2，第二涂层和第一涂层的比例5：5)，单层阳极极片(A-1)
将阴极浆料C-1通入上腔，将阴极浆料C-2通入下腔。然后将上腔和下腔浆料均匀涂布在12μm铝箔基材表面，其双面涂布重量为300g/m2，通过控制上下腔垫片及夹紧程度控制上层(第二涂层)涂布重量为150g/m2，下层(第一涂层)涂布重量为150g/m2，即上下层重量分布比例为5：5，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阴极极片。
将阳极浆料A-1均匀涂布在8μm铜箔基材表面，其双面涂布重量为160g/m2，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阳极极片。
实施例5：双层阴极极片(第二涂层：C-1，第一涂层：C-2，第二涂层和第一涂层的比例5：5)，单层阳极极片(A-2)
将阴极浆料C-1通入上腔，将阴极浆料C-2通入下腔。然后将上腔和下腔浆料均匀涂布在12μm铝箔基材表面，其双面涂布重量为300g/m2,通过控制上下腔垫片及夹紧程度控制上层(第二涂层)涂布重量为150g/m2，下层(第一涂层)涂布重量为150g/m2，即上下层重量分布比例为5：5，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阴极极片。
将阳极浆料A-2均匀涂布在8μm铜箔基材表面，其双面涂布重量为160g/m2，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阳极极片。
实施例6：双层阴极极片(第二涂层：C-1，第一涂层：C-2，第二涂层和第一涂层的比例5：5)，双层阳极极片(第二涂层：A-1，第一涂层：A-2，第二涂层和第一涂层的比例5：5)
将阴极浆料C-1通入上腔，将阴极浆料C-2通入下腔。然后将上腔和下腔浆料均匀涂布在12μm铝箔基材表面，其双面涂布重量为300g/m2，通过控制上下腔垫片及夹紧程度控制上层(第二涂层)涂布重量为150g/m2，下层(第一涂层)涂布重量为150g/m2，即上下层重量分布比例为5：5，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阴极极片。
将阳极浆料A-1通入上腔，将阳极浆料A-2通入下腔。然后将上腔和下腔浆料均匀涂布在8μm铜箔基材表面，其双面涂布重量为160g/m2，通过控制上下腔垫片及夹紧程度控制上层(第二涂层)涂布重量为80g/m2，下层(第一涂层)涂布重量为80g/m2，即上下层重量分布比例为5：5，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阳极极片。
实施例7：双层阴极极片(第二涂层：C-1，第一涂层：C-2，第二涂层和第一涂层的比例5：5)，双层阳极极片(第二涂层：A-1，第一涂层：A-2，第二涂层和第一涂层的比例3：7)
将阴极浆料C-1通入上腔，将阴极浆料C-2通入下腔。然后将上腔和下腔浆料均匀涂布在12μm铝箔基材表面，其双面涂布重量为300g/m2，通过控制上下腔垫片及夹紧程度控制上层(第二涂层)涂布重量为150g/m2，下层(第一涂层)涂布重量为150g/m2，即上下层重量分布比例为5：5，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阴极极片。
将阳极浆料A-1通入上腔，将阳极浆料A-2通入下腔。然后将上腔和下腔浆料均匀涂布在8μm铜箔基材表面，其双面涂布重量为160g/m2，通过控制上下腔垫片及夹紧程度控制上层(第二涂层)涂布重量为48g/m2，下层(第一涂层)涂布重量为112g/m2，即上下层重量分布比例为3：7，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阳极极片。
实施例8：双层阴极极片(第二涂层：C-1，第一涂层：C-2，第二涂层和第一涂层的比例5：5)，双层阳极极片(第二涂层：A-1，第一涂层：A-2，第二涂层和第一涂层的比例7：3)
将阴极浆料C-1通入上腔，将阴极浆料C-2通入下腔。然后将上腔和下腔浆料均匀涂布在12μm铝箔基材表面，其双面涂布重量为300g/m2，通过控制上下腔垫片及夹紧程度控制上层(第二涂层)涂布重量为150g/m2，下层(第一涂层)涂布重量为150g/m2，即上下层重量分布比例为5：5，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阴极极片。
将阳极浆料A-1通入上腔，将阳极浆料A-2通入下腔。然后将上腔和下腔浆料均匀涂布在8μm铜箔基材表面，其双面涂布重量为160g/m2，通过控制上下腔垫片及夹紧程度控制上层(第二涂层)涂布重量为112g/m2，下层(第一涂层)涂布重量为48g/m2，即上下层重量分布比例为7：3，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阳极极片。
实施例9：双层阴极极片(第二涂层：C-1，第一涂层：C-2，第二涂层和第一涂层的比例3：7)，双层阳极极片(第二涂层：A-1，第一涂层：A-2，第二涂层和第一涂层的比例5：5)
将阴极浆料C-1通入上腔，将阴极浆料C-2通入下腔。然后将上腔和下腔浆料均匀涂布在12μm铝箔基材表面，其双面涂布重量为300g/m2，通过控制上下腔垫片及夹紧程度控制上层(第二涂层)涂布重量为90g/m2，下层(第一涂层)涂布重量为210g/m2，即上下层重量分布比例为3：7，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阴极极片。
将阳极浆料A-1通入上腔，将阳极浆料A-2通入下腔。然后将上腔和下腔浆料均匀涂布在8μm铜箔基材表面，其双面涂布重量为160g/m2，通过控制上下腔垫片及夹紧程度控制上层(第二涂层)涂布重量为80g/m2，下层(第一涂层)涂布重量为80g/m2，即上下层重量分布比例为5：5，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阳极极片。
实施例10：双层阴极极片(第二涂层：C-1，第一涂层：C-2，第二涂层和第一涂层的比例7：3)，双层阳极极片(第二涂层：A-1，第一涂层：A-2，第二涂层和第一涂层的比例5：5)
将阴极浆料C-1通入上腔，将阴极浆料C-2通入下腔。然后将上腔和下腔浆料均匀涂布在12μm铝箔基材表面，其双面涂布重量为300g/m2，通过控制上下腔垫片及夹紧程度控制上层(第二涂层)涂布重量为210g/m2，下层(第一涂层)涂布重量为70g/m2，即上下层重量分布比例为7：3，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阴极极片。
将阳极浆料A-1通入上腔，将阳极浆料A-2通入下腔。然后将上腔和下腔浆料均匀涂布在8μm铜箔基材表面，其双面涂布重量为160g/m2，通过控制上下腔垫片及夹紧程度控制上层(第二涂层)涂布重量为80g/m2，下层(第一涂层)涂布重量为80g/m2，即上下层重量分布比例为5：5，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阳极极片。
对比例1：单层阴极极片(C-1)，单层阳极极片(A-1)
将阴极浆料C-1均匀涂布在12μm铝箔基材表面，其双面涂布重量为300g/m2，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阴极极片。
将阳极浆料A-1均匀涂布在8μm铜箔基材表面，其双面涂布重量为160g/m2，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阳极极片。
对比例2：单层阴极极片(C-1)，单层阳极极片(A-2)
将阴极浆料C-1均匀涂布在12μm铝箔基材表面，其双面涂布重量为300g/m2，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阴极极片。
将阳极浆料A-2均匀涂布在8μm铜箔基材表面，其双面涂布重量为160g/m2，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阳极极片。
对比例3：单层阴极极片(C-2)，单层阳极极片(A-1)
将阴极浆料C-2均匀涂布在12μm铝箔基材表面，其双面涂布重量为300g/m2，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阴极极片。
将阳极浆料A-1均匀涂布在8μm铜箔基材表面，其双面涂布重量为160g/m2，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阳极极片。
对比例4：单层阴极极片(C-2)，单层阳极极片(A-2)
将阴极浆料C-2均匀涂布在12μm铝箔基材表面，其双面涂布重量为300g/m2，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阴极极片。
将阳极浆料A-2均匀涂布在8μm铜箔基材表面，其双面涂布重量为160g/m2，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阳极极片。
对比例5：单层阴极极片(C-1)，双层阳极极片(第二涂层：A-2，第一涂层：A-1，第二涂层和第一涂层的比例5：5)
将阴极浆料C-1均匀涂布在12μm铝箔基材表面，其双面涂布重量为300g/m2，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阴极极片。
将阳极浆料A-2通入上腔，将阳极浆料A-1通入下腔。然后将上腔和下腔浆料均匀涂布在8μm铜箔基材表面，其双面涂布重量为160g/m2，通过控制上下腔垫片及夹紧程度控制上层(第二涂层)涂布重量为80g/m2，下层(第一涂层)涂布重量为80g/m2，即上下层重量分布比例为5：5，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阳极极片。
对比例6：单层阴极极片(C-2)，双层阳极极片(第二涂层：A-2，第一涂层：A-1，第二涂层和第一涂层的比例5：5)
将阴极浆料C-2均匀涂布在12μm铝箔基材表面，其双面涂布重量为300g/m2，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阴极极片。
将阳极浆料A-2通入上腔，将阳极浆料A-1通入下腔。然后将上腔和下腔浆料均匀涂布在8μm铜箔基材表面，其双面涂布重量为160g/m2，通过控制上下腔垫片及夹紧程度控制上层(第二涂层)涂布重量为80g/m2，下层(第一涂层)涂布重量为80g/m2，即上下层重量分布比例为5：5，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阳极极片。
对比例7：双层阴极极片(第二涂层：C-2，第一涂层：C-1，第二涂层和第一涂层的比例5：5)，单层阳极极片(A-1)
将阴极浆料C-2通入上腔，将阴极浆料C-1通入下腔。然后将上腔和下腔浆料均匀涂布在12μm铝箔基材表面，其双面涂布重量为300g/m2，通过控制上下腔垫片及夹紧程度控制上层(第二涂层)涂布重量为150g/m2，下层(第一涂层)涂布重量为150g/m2，即上下层重量分布比例为5：5，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阴极极片。
将阳极浆料A-1均匀涂布在8μm铜箔基材表面，其双面涂布重量为160g/m2，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阳极极片。
对比例8：双层阴极极片(第二涂层：C-2，第一涂层：C-1，第二涂层和第一涂层的比例5：5)，单层阳极极片(A-2)
将阴极浆料C-2通入上腔，将阴极浆料C-1通入下腔。然后将上腔和下腔浆料均匀涂布在12μm铝箔基材表面，其双面涂布重量为300g/m2，通过控制上下腔垫片及夹紧程度控制上层(第二涂层)涂布重量为150g/m2，下层(第一涂层)涂布重量为150g/m2，即上下层重量分布比例为5：5，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阴极极片。
将阳极浆料A-2均匀涂布在8μm铜箔基材表面，其双面涂布重量为160g/m2，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阳极极片。
对比例9：双层阴极极片(第二涂层：C-2，第一涂层：C-1，第二涂层和第一涂层的比例5：5)，双层阳极极片(第二涂层：A-2，第一涂层：A-1，第二涂层和第一涂层的比例5：5)
将阴极浆料C-2通入上腔，将阴极浆料C-1通入下腔。然后将上腔和下腔浆料均匀涂布在12μm铝箔基材表面，其双面涂布重量为300g/m2，通过控制上下腔垫片及夹紧程度控制上层(第二涂层)涂布重量为150g/m2，下层(第一涂层)涂布重量为150g/m2，即上下层重量分布比例为5：5，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阴极极片。
将阳极浆料A-2通入上腔，将阳极浆料A-1通入下腔。然后将上腔和下腔浆料均匀涂布在8μm铜箔基材表面，其双面涂布重量为160g/m2，通过控制上下腔垫片及夹紧程度控制上层(第二涂层)涂布重量为80g/m2，下层(第一涂层)涂布重量为80g/m2，即上下层重量分布比例为5：5，然后通过烘干，辊压，模切，冲切成阳极极片。
测试例1
取实施例2-10和对比例1-11的阴极极片和阳极极片，通过阳极隔膜阴极隔膜阳极的顺序一层层叠加放置极片，制作裸电芯，通过控制阴阳极叠片数量控制对比例和实施例裸电芯厚度一致，然后入壳，烘烤，注液，化成，封口制作成电芯。
室温下，取对比例和实施例各三个电芯采用充放电测试柜按充电0.33C恒流恒压充至4.2V，搁置10min后按放电0.33C放电至2.8V，记录放电容量。
采用电阻测试仪测试对比例和实施例电芯阻抗并记录数值。
采用电子秤测试对比例和实施例电芯重量，电芯重量能量密度＝放电容量*放电平台电压/电芯重量。
具体结果见表2。
表2
Figure BDA0002613592670000161
Figure BDA0002613592670000171
Figure BDA0002613592670000181
通过表2可以看出，本公开的锂离子电池多层电极对电芯的容量和能量密度没有影响。
测试例2
室温下，取实施例2-10和对比例1-11电芯各2个采用0.33C恒流恒压充电至4.2V，搁置5min，然后采用0.33C放电至2.8V，记录放电容量，容量保持率＝对应cycle放电容量/初始放电容量。此过程重复至容量保持率≤80％，记录循环数。
采用膨胀力测试设备测试循环过程膨胀力变化情况。
室温下，取对比例和实施例电芯各2个采用0.33C恒流恒压充电至4.2V，然后将电芯放在高温45℃恒温箱中，存储500天，每30天取出测试容量保持率。具体结果见表3。
表3
Figure BDA0002613592670000182
Figure BDA0002613592670000191
Figure BDA0002613592670000201
通过表3可以看出，实施例中采用高比容量高首次库伦效率材料位于外层的多层设计，电极活性锂位点的合理分布极大降低了外层材料颗粒在长期充放电过程的体积膨胀，一定程度改善循环容量保持率；由于电极活性锂位点的合理分布极大降低了外层材料颗粒在充放电过程的体积膨胀，从而改善了材料颗粒的结构稳定性，故而存储性能也得到一定程度改善。
以上详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种锂离子电池多层电极，其特征在于，所述锂离子电池多层电极包括集流体和涂覆在所述集流体表面的活性材料涂层，所述活性材料涂层包括涂覆于所述集流体表面的第一涂层和涂覆于所述第一涂层表面的第二涂层，其中，所述第一涂层的电极材料比容量小于所述第二涂层的电极材料比容量，所述第一涂层的首次库伦效率小于所述第二涂层的首次库伦效率；
所述活性材料涂层的总厚度为80-240μm，所述第一涂层的厚度与所述第二涂层的厚度的比值为1：0.3-30；
所述锂离子电池多层电极为阴极电极或阳极电极，其中，所述阴极电极的活性材料涂层材料为LiNixCoyMnzFeaAlbPcO2，其中，0＜x≤1，0＜y≤1，0＜z≤1，0≤a≤1，0≤b≤0.8，0≤c≤4，所述阳极电极的活性材料涂层材料为石墨材料。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池多层电极，其中，所述锂离子电池多层电极为阴极，所述第一涂层的电极材料比容量为160-170mAh/g，首次库伦效率为80-88％；所述第二涂层的电极材料比容量为170-185mAh/g，首次库伦效率为88-93％。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池多层电极，其中，所述第一涂层的电极材料比容量为161-168mAh/g，首次库伦效率为81-85％；所述第二涂层的电极材料比容量为172-180mAh/g，首次库伦效率为88-92％。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池多层电极，其中，所述锂离子电池多层电极为阳极，所述第一涂层的电极材料比容量为325-340mAh/g，首次库伦效率为89-93％；所述第二涂层的电极材料比容量为340-355mAh/g，首次库伦效率为93-96％。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池多层电极，其中，所述第一涂层的电极材料比容量为330-340mAh/g，首次库伦效率为90-93％；所述第二涂层的电极材料比容量为345-355mAh/g，首次库伦效率为94-96％。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池多层电极，其中，所述活性材料涂层包括两层以上涂层，所述涂层的电极材料比容量和首次库伦效率由外层到内层逐层降低。
7.一种锂离子电池，其特征在于，该锂离子电池包括阳极、阴极、电解液和隔膜，其中，所述阳极和/或所述阴极为权利要求1-6中任意一项所述的锂离子电池多层电极。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池，其中，所述阳极包括阳极活性材料，所述阳极活性材料选自石墨材料，所述石墨材料选自天然石墨、人造石墨中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的锂离子电池，其中，所述电解液包含溶剂和锂盐，所述锂盐为LiPF6、LiClO4、LiBO2、LiAsF6和LiBF4中的至少一种；
所述溶剂为四氢呋喃、乙二醇二甲醚、γ-丁内酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、环丁砜、二甲亚砜、亚硫酸二甲酯、二甲基甲酰胺、乙酸甲酯中的至少一种。
10.根据权利要求7所述的锂离子电池，其中，所述隔膜选自聚乙烯膜、聚烯烃微多孔膜、聚乙烯毡、玻璃纤维毡和超细玻璃纤维纸中的至少一种。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN105514495B (zh) * 2014-06-18 2018-05-29 宁德时代新能源科技股份有限公司 锂离子电池及其电解液

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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