CN114447267A - 一种复合极片及其制备方法以及锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种复合极片及其制备方以及锂离子电池，一种复合极片，包括集流体；有序排列涂层，设置在集流体表面；以及粘结层，设置于集流体与有序排列涂层之间，用于加强集流体与有序排列涂层之间的粘结力。本发明的一种复合极片，能够使有序排列涂层与集流体牢固结构，不脱膜，有效改善自组装有序排列的极片因特定方向上膨胀而产生的极片脱膜问题，使极片具有快充性能，而且使用寿命长。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种复合极片及其制备方法以及锂离子电池。
背景技术
离子型电池有着能量密度高、成本低、安全性能好、外形可定制化，循环寿命长的优势。在此优势下，离子电池现在广泛应用于可移动电子设备、储能、动力汽车、电动工具等领域，近五年来市场需求呈稳步增长趋势，且随着电池技术越来越成熟，其应用的场景将不断扩大生活的各个方面。离子电池同样也存在短板，现有技术下快充快放性能逐渐不能满足消费者的需求，例如新能源汽车充电时间较长，不如燃油车加油便捷，无人机启动电源达不到一定放电功率就无法正常工作。在可移动电子设备上，消费者对充、快放性能要求越来越高，例如电动车、启动电源、电动螺丝刀、蓝牙耳机、智能手表等。
在充放电过程中，电池通过阳离子可逆的嵌入/脱出电极材料进行储存和释放电能。从原理上讲，阳离子在正、负极的嵌入/脱出及介质中传递的速率是影响离子电池充、放电速度的关键因素。目前行业内主要改善的方案主要有：1.减小正负极材料颗粒的粒径，增加电极材料的比表面积，即增加阳离子与电极的接触点位。2.在正、负极材料表面包覆导电层。3.增加离子传递介质(目前以电解液为主)的电导率。4.增加隔膜的孔隙率，一定程度增加离子+的传递通道，缩短离子传递路径。
以上传统改善方案都是在材料表面进行处理而未从材料微观构筑上进行改变，改善效果均有限且带来一定的负面影响，如厚度膨胀大，降低电池的能量密度，恶化电池的高温存储性和自放电性能，同时还大幅增加了制作成本。目前理论上有一种制作有序排列的高性能负极的方法，如曾明扬[1]在《基于磁场诱导自组装构筑高性能锂离子电池负极的研究》中描述的，如附图1所示，在涂布过程中利用强磁场使石墨与集流体接近垂直的状态有序排列，降低石墨的OI值，形成定向有序的离子传输通道，减小电池充放电过程中离子传递阻抗，实现更优异的快充快放性能。而该方法制备的电极材料与集流体粘接力较弱，电极材料容易剥离，电池容易变形，电性能差。
发明内容
本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种复合极片，能够使有序排列涂层与集流体牢固结构，不脱膜，有效改善自组装有序排列的极片因特定方向上膨胀而产生的极片脱膜问题，使极片具有快充性能，而且使用寿命长。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种复合极片，包括
集流体；
有序排列涂层，设置在集流体至少一表面；以及，
粘结层，设置于集流体与有序排列涂层之间，用于加强集流体与有序排列涂层之间的粘结力。
现有技术使用磁场诱导制备出的自排列活性浆料的极片，由于涂层内的负极材料与集流体竖直排列后，改变了充放电过程中离子嵌入/脱出造成的负极材料膨胀、收缩方向，从而容易出现活性浆料与集流体分离，脱膜不粘结的情况，导到该种高性能极片无法大规模生产应用。本发明经过多次实验创造性发现活性浆料层与集流体脱离的原因是，经过磁场诱层制备出的有序排列涂层内部石墨与集流体表面呈竖直排列，内部石墨在充放电过程中膨胀收缩方向与集流体走带方向垂直，导致活性浆料层在多次充放电后与集流体粘结力减弱，最终导致剥离，使电池出现变形和电性能失效。而本发明在有序排列涂层与集流体表面设置缓冲粘结层，缓冲粘结层的膨胀收缩方向与电池厚度方向相同，即与集流体表面垂直，减缓与集流体表面的相对运动，与集流体粘结牢固，而且缓冲层与有序排列涂层之间均为粗糙表面，接触面积大，粘结力强，故缓冲层分别增强了与集流体和有序排列涂层之间的粘结力，从而制备出复合极片，不易剥离，不易变形，电性能良好，使用寿命长。有序排列涂层可以设置于集流体的一表面，可以设置于集流体的两侧表面，优选地，有序排列涂层设置于集流体的两侧表面。
其中，所述粘结层的厚度为1～4um。优选地，粘结层的厚度为1um、2um、2.5um、3um、4um。粘结层的厚度无严格要求，若粘结层同样为可嵌Li+的石墨，为保证极片快充性能，粘结层厚度小于有序排列涂层厚度即可。
本发明的目的之二在于：针对现有技术的不足，而提供一种复合极片的制备方法，使集流体与有序排列涂层摩擦力增大，从而提高有序排列涂层与集流体之间的粘结力，有效解决脱膜问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种复合极片的制备方法，包括以下步骤：
步骤A1、使用刻蚀剂在集流体至少一表面刻蚀形成粘结层；
步骤A2、将悬浮液导电料在磁场的作用下涂覆在粘结层表面直至干燥形成有序排列涂层，即到复合极片。
使用刻蚀剂在集流体表面刻蚀形成凹凸不平的表层，即形成粘结层，增加集流体与有序排列涂层的接触面积，增加粘结力，从而解决脱膜问题，电池不变形，电性能良好。刻蚀剂为浓硫酸、硫酸铵、三氯化铁等溶剂。如图6所示，使用刻蚀剂刻蚀后形成孔，在涂覆自排列活性浆料后，形成“工”字型咬合状态，大大降低有序排列涂层的脱膜概率，同时，当极片双面涂层充电时阳离子嵌入更均匀。
本发明的目的之三在于：针对现有技术的不足，而提供一种复合极片的制备方法，通过在集流体与有序排列涂层之间设置粘结层，从而提高有序排列涂层与集流体之间的粘结力，有效解决脱膜问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种复合极片的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、将粘结层导电浆料涂覆在集流体至少一表面，烘干形成粘结层；
步骤S2、将悬浮液导电料在磁场的作下涂覆在粘结层表面直至干燥形成有序排列涂层，即到复合极片。
粘结层含有天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、焦炭、碳纳米纤维、石墨烯以及锡基、锑基合金化等导电材料，涂层按常规方式覆盖在集流体上，粘结层厚度约1～3um。缓冲粘结层可在集流体与活性物涂层之间传导电子，同时因为该涂层较活性物涂层，为无序排列，在充电过程中，缓冲粘结层的膨胀与常规负极一样主要在电池的厚度方向，不易与集流体剥离，而有序排列的快充型石墨极片的膨胀方向与集流体平行，反复膨胀收缩后易导致与集流体剥离，因此缓冲层可解决本文快充型极片的剥离问题。缓冲粘结层与活性物层之间，二者均为粗糙表面，接触面积大，比有序排列的活性物直接涂覆在集流体上的粘接力强。为进一步增强集流体、缓冲粘结层、活性物层之间的粘接力，还可在缓冲粘结层中加入聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、SBR橡胶、氟化橡胶、聚氨酯等粘接剂。
作为一种复合极片的制备方法的一种改进，所述粘结层导电浆料的制备方法为将导电剂、粘结剂、第一溶剂按重量分数0.1～0.5：0.5～2：98～99.5混合分散制得。优选地，导电剂、粘结剂、溶剂的重量分数为0.3：1.2：98.5。
作为一种复合极片的制备方法的一种改进，所述第一溶剂为N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、N,N-2-甲基甲酰胺中的一种或多种混合物。为了避免粘结层与有序排列涂层相溶，粘结层导电浆料中溶剂使用有机溶液，有序排列涂层中溶剂使用无机溶剂。优选地，粘结层导电浆料中第一溶剂为N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、N,N-2-甲基甲酰胺中的一种或多种混合物。若粘结层与有序排列涂层使用相溶的溶剂则导致影响粘结层的粘接效果。优选地，粘结层的厚度小于有序排列涂层的厚度。
作为一种复合极片的制备方法的一种改进，所述悬浮液导电料的制备方法包括以下步骤：
步骤B1、将石墨溶于第二溶剂中得第一溶液，将磁流体溶于第三溶剂中得第二溶液，将第二溶液加入第一溶液中搅拌分散，静置，过滤得到磁化石墨活性物；
步骤B2、将磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和第四溶剂混合分散制得悬浮液导电料。
石墨包括大片石墨(325目)和小片石墨(1250目)，分别将3g大片石墨和2g小片石墨均匀分散于去离子水中得到石墨分散液，将5～15g的磁流体均匀分散于另一去离子水中，将均匀的磁流体溶液缓慢倒入均匀分散的石墨分散液中，搅拌，静置，过滤即得磁化石墨活性物。将磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和溶剂按重量份数比为40～50:0.1～0.5:1～5:45～60搅拌混合分散制得悬浮液导电料。粘接剂为聚乙烯吡咯烷酮，第二溶剂和第三溶剂为有无机溶剂，导电碳为天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、焦炭、碳纳米纤维、石墨烯等。
作为一种复合极片的制备方法的一种改进，所述步骤B2中磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和第四溶剂的重量份数比为40～50:0.1～0.5:1～5:45～60。优选地，所述步骤B2中磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和第四溶剂的重量份数比为47.6:0.4:2:50。
作为一种复合极片的制备方法的一种改进，所述步骤B2中悬浮液导电料的粘度为1500～4500mPa·s。悬浮液导电料的粘度为1500mPa·s、2000mPa·s、2500mPa·s、3000mPa·s、3500mPa·s、4000mPa·s、4500mPa·s。
作为一种复合极片的制备方法的一种改进，所述干燥的温度为60～70℃。所述干燥的温度为60℃、62℃、64℃、66℃、68℃、70℃。
本发明的目的之四在于：针对现有技术的不足，而提供一种锂离子电池，能够实现快速充电，极片使用寿命长，不易脱膜。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液以及壳体，所述隔膜用于分隔所述正极片和所述负极片，所述壳体用于装设所述正极片、所述隔膜、所述负极片以及所述电解液，所述正极片和/或所述负极片为上述的复合极片。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明的一种复合极片设置有粘结层，能够增强有序排列涂层与集流体之间的粘结力，使有序排列涂层与集流体牢固结合，不脱膜，使有序排列的高性能快速充电极片得到大规模生产，提高电池快充快放性能。
附图说明
图1是本发明的有序排列涂层的放大示意图。
图2是常规的石墨浆料的放大示意图。
图3是本发明的有序排列涂层设置于集流体时膨胀收缩示意图。
图4是常规的石墨浆料设置于集流体时膨胀收缩示意图。
图5是本发明的复合极片的结构示意图之一。
图6是本发明的复合极片的结构示意图之二。
图7是本发明实施例17与对比例1的快充性能对比图。
其中：1、集流体；2、有序排列涂层；3、粘结层。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和说明书附图，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例1
一种复合极片的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、将粘结层导电浆料涂覆在集流体1两侧表面，烘干形成粘结层3；
步骤S2、将悬浮液导电料在磁场的作下涂覆在粘结层3表面直至干燥形成有序排列涂层2，即到复合极片，如图5所示，集流体1的厚度为8um，粘结层3的厚度为2um以及有序排列涂层2的厚度为45um。
其中，所述干燥的温度为65℃。
其中，所述粘结层导电浆料的制备方法为将导电剂、粘结剂、第一溶剂按重量分数0.3：1.2：98.5混合分散制得。上述导电剂为碳纳米管，粘结剂为聚偏氟乙烯，溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
其中，所述悬浮液导电料的制备方法包括以下步骤：
步骤B1、将石墨溶于第二溶剂中得到第一溶液，将磁流体溶于第三溶剂中得到第二溶液，将第二溶液加入第一溶液中搅拌分散，静置，过滤得到磁化石墨活性物；
步骤B2、将磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和第四溶剂混合分散制得悬浮液导电料。上述第一溶剂、第二溶剂均为去离子水。
其中，所述步骤B2中磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和第四溶剂的重量份数比为47.6:0.4:2:50。
其中，所述步骤B2中悬浮液导电料的粘度为2800mPa·s。
常规的石墨浆料，如图2所示，石墨浆料相对横向分布，将常规石墨浆料设置于集流体1表面时，如图4所示，石墨层与层之间的间距形成锂离子传输通道，而横向分布的石墨增加了锂离子嵌入与脱嵌的路程，从而影响复合极片的输送速率，现在技术使用磁场诱导能够制备出具有自排列活性浆料的极片，如图1所示，自排列活性浆料中石墨与集流体1接近垂直的状态有序排列，降低石墨的OI值，形成定向有序的离子传输通道，减小电池充放电过程中离子传递阻抗，实现更优异的快充快放性能。但这种极片容易出现活性浆料与集流体1分离，脱膜不粘结的情况，导到该种高性能极片无法大规模生产应用。本发明经过多次实验创造性发现活性浆料层与集流体1脱离的原因是，经过磁场诱层制备出的有序排列涂层2内部石墨与集流体1表面呈竖直排列，内部石墨在充放电过程中膨胀收缩方向与集流体1走带方向垂直，如图3所示，导致活性浆料层在多次充放电后与集流体1粘结力减弱，最终导致剥离，使电池出现变形和电性能失效。而本发明在有序排列涂层2与集流体1表面设置缓冲粘结层3，缓冲粘结层3的膨胀收缩方向与电池厚度方向相同，即与集流体1表面垂直，减缓与集流体1表面的相对运动，与集流体1粘结牢固，而且缓冲层与有序排列涂层2之间均为粗糙表面，接触面积大，粘结力强，故缓冲层分别增强了与集流体1和有序排列涂层2之间的粘结力，从而制备出复合极片，不易剥离，不易变形，电性能良好，使用寿命长。有序排列涂层2可以设置于集流体1的一表面，可以设置于集流体1的两侧表面，优选地，有序排列涂层2设置于集流体1的两侧表面。
一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液以及壳体，所述隔膜用于分隔所述正极片和所述负极片，所述壳体用于装设所述正极片、所述隔膜、所述负极片以及所述电解液，所述正极片和所述负极片为上述制备的复合极片。将制作出的负极片、正极片经过辊压、分条、极耳焊接、卷绕、封装、烘烤、注液、化成、除气等后工序制作成锂离子电池。
实施例2
一种复合极片的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、将粘结层导电浆料涂覆在集流体1一侧表面，烘干形成粘结层3；
步骤S2、将悬浮液导电料在磁场的作下涂覆在粘结层3表面直至干燥形成有序排列涂层2，即到复合极片。集流体1的厚度为8um，粘结层3的厚度为3um以及有序排列涂层2的厚度为40um。
其中，所述干燥的温度为60℃。
其中，所述粘结层导电浆料的制备方法为将导电剂、粘结剂、第一溶剂按重量分数0.1：0.5：98混合分散制得。上述导电剂为碳纳米管，粘结剂为聚偏氟乙烯，第一溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
其中，所述悬浮液导电料的制备方法包括以下步骤：
步骤B1、将石墨溶于第二溶剂中得到第一溶液，将磁流体溶于第三溶剂中得到第二溶液，将第二溶液加入第一溶液中搅拌分散，静置，过滤得到磁化石墨活性物；
步骤B2、将磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和第四溶剂混合分散制得悬浮液导电料。上述第二溶剂、第三溶剂、第四溶剂均为去离子水。
其中，所述步骤B2中磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和第四溶剂的重量份数比为40:0.1:1:45。
其中，所述步骤B2中悬浮液导电料的粘度为1500mPa·s。
一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液以及壳体，所述隔膜用于分隔所述正极片和所述负极片，所述壳体用于装设所述正极片、所述隔膜、所述负极片以及所述电解液，所述正极片和所述负极片为上述制备的复合极片。将制作出的负极片、正极片经过辊压、分条、极耳焊接、卷绕、封装、烘烤、注液、化成、除气等后工序制作成锂离子电池。
实施例3
一种复合极片的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、将粘结层导电浆料涂覆在集流体1一表面，烘干形成粘结层3；
步骤S2、将悬浮液导电料在磁场的作下涂覆在粘结层3表面直至干燥形成有序排列涂层2，即到复合极片。集流体1的厚度为8um，粘结层3的厚度为4um以及有序排列涂层2的厚度为45um。
其中，所述干燥的温度为60～70℃。
其中，所述粘结层导电浆料的制备方法为将导电剂、粘结剂、第一溶剂按重量分数0.3：1.5：99混合分散制得。上述导电剂为碳纳米管，粘结剂为聚偏氟乙烯，第一溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
其中，所述悬浮液导电料的制备方法包括以下步骤：
步骤B1、将石墨溶于第二溶剂中得到第一溶液，将磁流体溶于第三溶剂中得到第二溶液，将第二溶液加入第一溶液中搅拌分散，静置，过滤得到磁化石墨活性物；
步骤B2、将磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和第四溶剂混合分散制得悬浮液导电料。上述第二溶剂、第三溶剂、第四溶剂均为去离子水。
其中，所述步骤B2中磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和第四溶剂的重量份数比为42:0.2:2:47。
其中，所述步骤B2中悬浮液导电料的粘度为2300mPa·s。
一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液以及壳体，所述隔膜用于分隔所述正极片和所述负极片，所述壳体用于装设所述正极片、所述隔膜、所述负极片以及所述电解液，所述正极片和所述负极片为上述制备的复合极片。将制作出的负极片、正极片经过辊压、分条、极耳焊接、卷绕、封装、烘烤、注液、化成、除气等后工序制作成锂离子电池。
实施例4
一种复合极片的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、将粘结层导电浆料涂覆在集流体1两侧表面，烘干形成粘结层3；
步骤S2、将悬浮液导电料在磁场的作下涂覆在粘结层3表面直至干燥形成有序排列涂层2，即到复合极片，如图5所示，集流体1的厚度为8um，粘结层3的厚度为1um以及有序排列涂层2的厚度为45um。
其中，所述干燥的温度为68℃。
其中，所述粘结层导电浆料的制备方法为将导电剂、粘结剂、第一溶剂按重量分数0.4：1.8：99.5混合分散制得。上述导电剂为碳纳米管，粘结剂为聚偏氟乙烯，第一溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
其中，所述悬浮液导电料的制备方法包括以下步骤：
步骤B1、将石墨溶于第二溶剂中得到第一溶液，将磁流体溶于第三溶剂中得到第二溶液，将第二溶液加入第一溶液中搅拌分散，静置，过滤得到磁化石墨活性物；
步骤B2、将磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和第四溶剂混合分散制得悬浮液导电料。上述第二溶剂、第三溶剂和第四溶剂均为去离子水。
其中，所述步骤B2中磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和溶剂的重量份数比为50:0.5:5:60。
其中，所述步骤B2中悬浮液导电料的粘度为4500mPa·s。
一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液以及壳体，所述隔膜用于分隔所述正极片和所述负极片，所述壳体用于装设所述正极片、所述隔膜、所述负极片以及所述电解液，所述正极片和所述负极片为上述制备的复合极片。将制作出的负极片、正极片经过辊压、分条、极耳焊接、卷绕、封装、烘烤、注液、化成、除气等后工序制作成锂离子电池。
实施例5
一种复合极片的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、将粘结层导电浆料涂覆在集流体1两侧表面，烘干形成粘结层3；
步骤S2、将悬浮液导电料在磁场的作下涂覆在粘结层3表面直至干燥形成有序排列涂层2，即到复合极片，如图5所示，集流体1的厚度为8um，粘结层3的厚度为1um以及有序排列涂层2的厚度为40um。
其中，所述干燥的温度为62℃。
其中，所述粘结层导电浆料的制备方法为将导电剂、粘结剂、第一溶剂按重量分数0.2：0.8：98.3混合分散制得。上述导电剂为碳纳米管，粘结剂为聚偏氟乙烯，第一溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
其中，所述悬浮液导电料的制备方法包括以下步骤：
步骤B1、将石墨溶于第二溶剂中得第一溶液，将磁流体溶于第二溶剂中得第二溶液，将第二溶液加入第一溶液中搅拌分散，静置，过滤得到磁化石墨活性物；
步骤B2、将磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和第四溶剂混合分散制得悬浮液导电料。上述第二溶剂、第三溶剂和第四溶剂均为去离子水。
其中，所述步骤B2中磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和第四溶剂的重量份数比为43:0.4:4:48。
其中，所述步骤B2中悬浮液导电料的粘度为3700mPa·s。
一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液以及壳体，所述隔膜用于分隔所述正极片和所述负极片，所述壳体用于装设所述正极片、所述隔膜、所述负极片以及所述电解液，所述正极片和所述负极片为上述制备的复合极片。将制作出的负极片、正极片经过辊压、分条、极耳焊接、卷绕、封装、烘烤、注液、化成、除气等后工序制作成锂离子电池。
实施例6
与实施例1的区别在于：所述粘结层导电浆料的制备方法为将导电剂、粘结剂、第一溶剂按重量分数0.1：0.8：98混合分散制得。
其余与实施例1相同。
实施例7
与实施例1的区别在于：所述粘结层导电浆料的制备方法为将导电剂、粘结剂、第一溶剂按重量分数0.3：0.5：98.5混合分散制得。
其余与实施例1相同。
实施例8
与实施例1的区别在于：所述粘结层导电浆料的制备方法为将导电剂、粘结剂、第一溶剂按重量分数0.5：1.5：99混合分散制得。
其余与实施例1相同。
实施例9
与实施例1的区别在于：所述粘结层导电浆料的制备方法为将导电剂、粘结剂、第一溶剂按重量分数0.4：2：99混合分散制得。
其余与实施例1相同。
实施例10
与实施例1的区别在于：所述步骤B2中磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和第四溶剂的重量份数比为46:0.1:2:45。
其余与实施例1相同。
实施例11
与实施例1的区别在于：所述步骤B2中磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和第四溶剂的重量份数比为45:0.3:1:46。
其余与实施例1相同。
实施例12
与实施例1的区别在于：所述步骤B2中磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和第四溶剂的重量份数比为48:0.1:1:48。
其余与实施例1相同。
实施例13
与实施例1的区别在于：所述步骤B2中磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和第四溶剂的重量份数比为45:0.1:1:49。
其余与实施例1相同。
实施例14
一种复合极片的制备方法，包括以下步骤：
步骤A1、使用刻蚀剂在集流体1至少一表面刻蚀形成粘结层3；
步骤A2、将悬浮液导电料在磁场的作下涂覆在粘结层3表面直至干燥形成有序排列涂层2，即到复合极片，如图6所示，涂覆悬浮液导电料后的负极片在宏观上看，形成“工”字型咬合状态，大大降低负极片脱膜概率，同时具有极片双面涂层充电时，阳离子嵌入更均匀，快充性能以及电性能更好。
其中，所述刻蚀剂为10mol/L浓硫酸，刻蚀时间为1分钟，集流体1为铜箔，刻蚀形成的粘结层3为1um。
其中，所述悬浮液导电料的制备方法包括以下步骤：
步骤B1、将石墨溶于第二溶剂中得第一溶液，将磁流体溶于第三溶剂中第二溶液，将第二溶液加入第一溶液中搅拌分散，静置，过滤得到磁化石墨活性物；
步骤B2、将磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和第四溶剂混合分散制得悬浮液导电料。上述第二溶剂、第三溶剂和第四溶剂均为去离子水。
其中，所述步骤B2中磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和第四溶剂的重量份数比为47.6:0.4:2:50。
其中，所述步骤B2中悬浮液导电料的粘度为2800mPa·s。
一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液以及壳体，所述隔膜用于分隔所述正极片和所述负极片，所述壳体用于装设所述正极片、所述隔膜、所述负极片以及所述电解液，所述正极片和所述负极片为上述制备的复合极片。将制作出的负极片、正极片经过辊压、分条、极耳焊接、卷绕、封装、烘烤、注液、化成、除气等后工序制作成锂离子电池。
对比例1
一种复合极片的制备方法，包括以下步骤：
步骤A1、将悬浮液导电料在磁场的作下涂覆在集流体1表面直至干燥形成有序排列涂层2，即到复合极片。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
性能测试：将上述实施例1-14以及对比例1制备出的复合极片以及锂离子电池进行极片界面粘结力测试、循环性能测试，测试结果记录表1。
极片界面粘结力测试：在干燥房环境将锂离子电池的电芯从负极集流体1与负极有序排列涂层2处拆解，静置5分钟待电解液挥发干，裁剪100mm×25mm大小的负极集流体1与负极有序排列涂层2界面，用高铁拉力机(上海研润光机科技有限公司，TS-2000)，并设置拉伸速度为5mm/min，拉伸位移为50mm以进行界面剥离粘结力测试。从以下实施例中，每组取4块锂离子电池，计算锂离子电池的负极集流体1与负极自排列活性浆料界面的粘结力平均值。
循环性能测试：在45±2℃下，将锂离子二次电池以1C恒流充电至4.4V，之后以4.4V恒压充电至电流为0.05C，静置5min，然后以1C恒流放电至2.8V，此为一个充放电循环过程，此次的放电容量为首次循环的放电容量。将锂离子二次电池按照上述方法进行200次循环充放电测试，记录每一次循环的放电容量。循环容量保持率(％)＝第200次循环的放电容量/首次循环的放电容量×100％。
表1
由上述实施例1-14与对比例1对比得出，本发明的复合极片相对于现有技术的极片具有更好的粘结力、更高的循环容量保持率以及更高的放电容量，有效地解决有序排列涂层2与集流体1分离、粘结力不足的问题，同时，使制备出的锂离子电池具有更高的倍率、放电克容量以及循环容量保持率，这是由于本发明在集流体1与有序排列涂层2之间设置有缓冲粘结层3，使有序排列涂层2与集流体1之间牢固粘接，同时有序排列涂层2提供定向有充的离子传输通道，减少电离充放电过程中离子传递阻抗，使电池具有更好的电化学性能。由实施例1、6-9对比得出，当设置粘结层导电浆料中导电剂、粘结剂、溶剂的重量分数为0.3：1.2：98.5时，制备出的极片具有更好的粘结力。由实施例1、10-13对比得出，当设置磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和溶剂的重量份数比为45:0.3:1:46时，制备出的锂离子电池具有更高的倍率、放电克容量以及循环容量保持率。由图7可以看出，本发明实施例14制备出的复合极片(对应图7中曲线2)比对比例1制备出的复合极片具有好的电化学性能，对比例1的复合极片(对应图7中曲线1)进行3C快充时，恒流充电量达到38％，而本发明的实施例14制备出的复合极片进行3C快充恒流充电量达到44％，提高了6％，具有显著的进步。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种复合极片，其特征在于，包括
集流体；
有序排列涂层，设置在集流体至少一表面；以及，
粘结层，设置于集流体与有序排列涂层之间，用于加强集流体与有序排列涂层之间的粘结力。
2.一种复合极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A1、使用刻蚀剂在集流体至少一表面刻蚀形成粘结层；
步骤A2、将悬浮液导电料在磁场的作下涂覆在粘结层表面直至干燥形成有序排列涂层，即到复合极片。
3.一种复合极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、将粘结层导电浆料涂覆在集流体至少一表面，烘干形成粘结层；
步骤S2、将悬浮液导电料在磁场的作用下涂覆在粘结层表面直至干燥形成有序排列涂层，即到复合极片。
4.根据权利要求3所述的一种复合极片的制备方法，其特征在于，所述粘结层导电浆料的制备方法为将导电剂、粘结剂、第一溶剂按重量分数0.1～0.5：0.5～2：98～99.5混合分散制得。
5.根据权利要求4所述的一种复合极片的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂为N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、N,N-2-甲基甲酰胺中的一种或多种混合物。
6.根据权利要求3所述的一种复合极片的制备方法，其特征在于：所述悬浮液导电料的制备方法包括以下步骤：
步骤B1、将石墨溶于第二溶剂中得第一溶液，将磁流体溶于第三溶剂中得第二溶液，将第二溶液加入第一溶液中搅拌分散，静置，过滤得到磁化石墨活性物；
步骤B2、将磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和第四溶剂混合分散制得悬浮液导电料。
7.根据权利要求6所述的一种复合极片的制备方法，其特征在于：所述步骤B2中磁化石墨活性物、导电碳、粘接剂和第四溶剂的重量份数比为40～50:0.1～0.5:1～5:45～60。
8.根据权利要求6所述的一种复合极片的制备方法，其特征在于：所述步骤B2中悬浮液导电料的粘度为1500～4500mPa·s。
9.根据权利要求3所述的一种复合极片的制备方法，其特征在于：所述干燥的温度为60～70℃。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极片、负极片、隔膜、电解液以及壳体，所述隔膜用于分隔所述正极片和所述负极片，所述壳体用于装设所述正极片、所述隔膜、所述负极片以及所述电解液，所述正极片和/或所述负极片为权利要求1所述的复合极片。
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