CN114388726A - 一种高倍率厚正电极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高倍率厚正电极及其制备方法，所述的厚正电极包括集流体、涂覆在集流体表面的第一涂层及涂覆在第一涂层表面的第二涂层，所述的第一涂层包括正极活性材料A、导电剂、粘接剂及固态电解质，第二涂层包括正极活性材料B、导电剂、粘接剂及多孔碳。本发明在第一涂层中使用更高镍含量的正极活性材料，保证锂离子电池能量密度，同时在该层添加少量固态电解质，可明显提高锂离子导电率及电池的倍率性能，同时在第二涂层中采用相对镍含量较低的正极活性材料，有效地提高电池的安全性能，同时该层中添加多孔碳，提高极片孔隙率，提供更多锂离子转移通道，缩短锂离子运输路径，提高电解液的浸润性及保液量，提高电池的倍率性能及循环性能。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及到一种高倍率厚正电极及其制备方法。
背景技术
锂离子电池具有高能量密度、高功率密度和长循环寿命等优点，因而在便携式电子设备例如笔记本电脑、手机、数码相机等电子产品中得到广泛应用。近年来，随着新能源与清洁能源汽车的快速发展，对新型动力电池与储能电池的性能及其安全性提出了更高的要求,而且对于电池可耐受各种极端工作条件下的需求也在日益增长。目前，为了提高锂离子电池的性能，许多研究都集中在电极材料和电解质的开发和改进上，而对于电极和电池结构的设计方面研究较少，尤其是对电池关键材料在极端条件下耐受性的研究还鲜有报道。合理的电极结构设计对于整个电极内的离子和电子传输途径非常重要，通过优化电极的结构，可以提高电极的导电性和其对电解液的浸润等性能，提高电子和离子在整个电极内部的传输速率，进而提升电池的能量密度和倍率等性能。然而，想要获得既具有良好的电子/离子传输特性、又具有活性物质高负载量的厚电极是一个很大的挑战。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高倍率厚正电极及其制备方法，旨在改善厚正电极电解液浸润性，提高厚电极电池的倍率性能、循环性能及安全性能，同时提高电池的能量密度。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种高倍率厚正电极及其制备方法，所述厚正电极包括集流体、涂覆在集流体表面的第一涂层及涂覆在第一涂层表面的第二涂层，所述的第一涂层包括正极活性材料A、导电剂、粘接剂及固态电解质，第二涂层包括正极活性材料B、导电剂、粘接剂及多孔碳。
所述的正电极厚度为200~300μm。优先地，所述的正电极厚度为200~250μm。
所述第一涂层的厚度为正电极厚度的20~95%，第二涂层的厚度为正电极厚度的5~80%。优先地，所述第一涂层的厚度为正电极厚度的30~90%，第二涂层的厚度为正电极厚度的10~70%。
所述的第一涂层的孔隙率为15~25%，第二涂层的孔隙率为30~40%。优先地，所述的第一涂层的孔隙率为20~25%，第二涂层的孔隙率为35~40%。
所述的第一涂层包括：
正极活性材料A 92~98重量份
导电剂 1~3重量份
粘接剂 1~3重量份
固态电解质 0.1~2重量份
所述的正极活性材料为LiNixCoyMn1-x-yO2，所述的X≥0.7；
所述的导电剂为碳纳米管、导电碳纤维、导电石墨、导电炭黑、乙炔黑中的一种或多种；
所述的粘接剂为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯中的一种或多种；
所述的固态电解质为Li20Ge2P4S24、Li10GeP2S12、Li7TaO6、LiTiPO5中的一种或多种。
优先地，所述的第一涂层包括：
正极活性材料A 94~98重量份
导电剂 1~2重量份
粘接剂 1~2重量份
固态电解质 0.1~2重量份
优先地，所述的正极活性材料为LiNixCoyMn1-x-yO2，所述的X≥0.7；
优先地，所述的导电剂为碳纳米管、导电碳纤维、导电炭黑中的一种或多种；
优先地，所述的粘接剂为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的一种或多种；
所述的固态电解质为Li20Ge2P4S24、Li10GeP2S12中的一种或多种。
所述的的第二涂层包括：
正极活性材料B 90~97重量份
导电剂 1~3重量份
粘接剂 1~3重量份
多孔碳 0.5~3重量份
所述的正极活性材料为LiNixCoyMn1-x-yO2，所述的X＜0.7；
所述的导电剂为碳纳米管、导电碳纤维、导电石墨、导电炭黑、乙炔黑中的一种或多种；
所述的粘接剂为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯中的一种或多种；
所述的多孔碳的直径为5~10μm，孔径＞200nm。
优先地，所述的的第二涂层包括：
正极活性材料B 92~97重量份
导电剂 1~2重量份
粘接剂 1~2重量份
多孔碳 0.5~3重量份
优先地，所述的正极活性材料为LiNixCoyMn1-x-yO2，所述的X＜0.7；
优先地，所述的导电剂为碳纳米管、导电碳纤维、导电炭黑中的一种或多种；
优先地，所述的粘接剂为聚偏氟乙烯；
优先地，所述的多孔碳的直径为5~10μm，孔径＞200nm。
所述的正电极的制备方法包括：
步骤（一）：将正极活性材料A、导电剂、粘接剂及固态电解质按一定质量比混合分散均匀，涂覆在铝集流体表面，经过烘箱烘干即可制备得到初始电极片；
步骤（二）：将正极活性材料B、导电剂、粘接剂及多孔碳按一定质量比混合分散均匀，涂覆在步骤一初始电极片表面，经过烘箱烘干，碾压辊碾压至目标厚度即可得到正电极。
本发明的有益效果在于：本发明在第一涂层中使用更高镍含量的正极活性材料，保证锂离子电池的能量密度，同时在该层添加少量固态电解质，可明显提高锂离子导电率及电池的倍率性能，同时在第二涂层中采用相对镍含量较低的的正极活性材料，有效地提高电池的安全性能，同时该层中添加多孔碳，可提高极片孔隙率，提供更多的锂离子转移通道，缩短锂离子运输路径，提高电解液的浸润性及保液量，提高电池的倍率性能及循环性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
实施例1：
步骤（一）：将96.5重量份NCM811(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)、1.5重量份碳纳米管和导电炭黑复合物、1.0重量份聚偏氟乙烯及1.0重量份Li20Ge2P4S24混合分散均匀，涂覆在铝集流体表面，经过烘箱烘干即可制备得到初始电极片；
步骤（二）：将96.5重量份NCM622(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)、1.5重量份碳纳米管和导电炭黑复合物、1.0重量份聚偏氟乙烯及1.0重量份多孔碳混合分散均匀，涂覆在步骤一初始电极片表面，经过烘箱烘干，碾压辊碾压至200μm，得到正电极。
实施例2：
步骤（一）：将95.5重量份NCM8111(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)、1.5重量份碳纳米管和导电炭黑复合物、1.0重量份聚偏氟乙烯及2.0重量份Li20Ge2P4S24混合分散均匀，涂覆在铝集流体表面，经过烘箱烘干即可制备得到初始电极片；
步骤（二）：将96.5重量份NCM622(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)、1.5重量份碳纳米管和导电炭黑复合物、1.0重量份聚偏氟乙烯及1.0重量份多孔碳混合分散均匀，涂覆在步骤一初始电极片表面，经过烘箱烘干，碾压辊碾压至200μm，得到正电极。
实施例3：
步骤（一）：将96.5重量份NCM8111(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)、1.5重量份碳纳米管和导电炭黑复合物、1.0重量份聚偏氟乙烯及1.0重量份Li20Ge2P4S24混合分散均匀，涂覆在铝集流体表面，经过烘箱烘干即可制备得到初始电极片；
步骤（二）：将97.0重量份NCM622(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)、1.5重量份碳纳米管和导电炭黑复合物、1.0重量份聚偏氟乙烯及0.5重量份多孔碳混合分散均匀，涂覆在步骤一初始电极片表面，经过烘箱烘干，碾压辊碾压至200μm，得到正电极。
实施例4：
步骤（一）：将96.5重量份NCM8111(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)、1.5重量份碳纳米管和导电炭黑复合物、1.0重量份聚偏氟乙烯及1.0重量份Li20Ge2P4S24混合分散均匀，涂覆在铝集流体表面，经过烘箱烘干即可制备得到初始电极片；
步骤（二）：将95.5重量份NCM622(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)、1.5重量份碳纳米管和导电炭黑复合物、1.0重量份聚偏氟乙烯及2.0重量份多孔碳混合分散均匀，涂覆在步骤一初始电极片表面，经过烘箱烘干，碾压辊碾压至200μm，得到正电极。
实施例5：
步骤（一）：将96.5重量份NCM8111(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)、1.5重量份碳纳米管和导电炭黑复合物、1.0重量份聚偏氟乙烯及1.0重量份Li20Ge2P4S24混合分散均匀，涂覆在铝集流体表面，经过烘箱烘干即可制备得到初始电极片；
步骤（二）：将94.5重量份NCM622(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)、1.5重量份碳纳米管和导电炭黑复合物、1.0重量份聚偏氟乙烯及3.0重量份多孔碳混合分散均匀，涂覆在步骤一初始电极片表面，经过烘箱烘干，碾压辊碾压至200μm，得到正电极。
实施例6：
步骤（一）：将96.5重量份NCM8111(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)、1.5重量份碳纳米管和导电炭黑复合物、1.0重量份聚偏氟乙烯及1.0重量份Li20Ge2P4S24混合分散均匀，涂覆在铝集流体表面，经过烘箱烘干即可制备得到初始电极片；
步骤（二）：将95.5重量份NCM622(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)、1.5重量份碳纳米管和导电炭黑复合物、1.0重量份聚偏氟乙烯及2.0重量份多孔碳混合分散均匀，涂覆在步骤一初始电极片表面，经过烘箱烘干，碾压辊碾压至230μm，得到正电极。
实施例7：
步骤（一）：将96.5重量份NCM8111(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)、1.5重量份碳纳米管和导电炭黑复合物、1.0重量份聚偏氟乙烯及1.0重量份Li20Ge2P4S24混合分散均匀，涂覆在铝集流体表面，经过烘箱烘干即可制备得到初始电极片；
步骤（二）：将95.5重量份NCM622(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)、1.5重量份碳纳米管和导电炭黑复合物、1.0重量份聚偏氟乙烯及2.0重量份多孔碳混合分散均匀，涂覆在步骤一初始电极片表面，经过烘箱烘干，碾压辊碾压至250μm，得到正电极。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作出任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案范围内。
Claims (7)
1.一种高倍率厚正电极及其制备方法，其特征在于，所述厚正电极包括集流体、涂覆在集流体表面的第一涂层及涂覆在第一涂层表面的第二涂层，所述的第一涂层包括正极活性材料A、导电剂、粘接剂及固态电解质，第二涂层包括正极活性材料B、导电剂、粘接剂及多孔碳。
2.根据权利要求1所述的一种高倍率厚正电极及其制备方法，其特征在于，所述的正电极厚度为200~300μm。
3.根据权利要求1所述的一种高倍率厚正电极及其制备方法，其特征在于，所述第一涂层的厚度为正电极厚度的20~95%，第二涂层的厚度为正电极厚度的5~80%。
4.根据权利要求1~3所述的一种高倍率厚正电极及其制备方法，其特征在于，所述的第一涂层的孔隙率为15~25%，第二涂层的孔隙率为30~40%。
5.根据权利要求1所述的一种高倍率厚正电极及其制备方法，其特征在于，所述的第一涂层包括：
正极活性材料A 92~98重量份
导电剂 1~3重量份
粘接剂 1~3重量份
固态电解质 0.1~2重量份
所述的正极活性材料为LiNixCoyMn1-x-yO2，所述的X≥0.7；
所述的导电剂为碳纳米管、导电碳纤维、导电石墨、导电炭黑、乙炔黑中的一种或多种；
所述的粘接剂为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯中的一种或多种；
所述的固态电解质为Li20Ge2P4S24、Li10GeP2S12、Li7TaO6、LiTiPO5中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种高倍率厚正电极及其制备方法，其特征在于，所述的的第二涂层包括：
正极活性材料B 90~97重量份
导电剂 1~3重量份
粘接剂 1~3重量份
多孔碳 0.5~3重量份
所述的正极活性材料为LiNixCoyMn1-x-yO2，所述的X＜0.7；
所述的导电剂为碳纳米管、导电碳纤维、导电石墨、导电炭黑、乙炔黑中的一种或多种；
所述的粘接剂为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯中的一种或多种；
所述的多孔碳的直径为5~10μm，孔径＞200nm。
7.根据权利要求1所述的一种高倍率厚正电极及其制备方法，其特征在于，所述的正电极的制备方法包括：
步骤（一）：将正极活性材料A、导电剂、粘接剂及固态电解质按一定质量比混合分散均匀，涂覆在铝集流体表面，经过烘箱烘干即可制备得到初始电极片；
步骤（二）：将正极活性材料B、导电剂、粘接剂及多孔碳按一定质量比混合分散均匀，涂覆在步骤一初始电极片表面，经过烘箱烘干，碾压辊碾压至目标厚度即可得到正电极。
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