CN114583112A - 一种电池电极制备方法、电池电极和电池 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种电池电极制备方法、电池电极和电池，该电池电极制备方法包括：将至少一种电极材料混合以制备浆料；提供集流体；在集流体表面涂敷浆料，制成电极极片并干燥；将快离子导体浆料涂覆在干燥后的电极极片表面，形成电池电极。

Description

一种电池电极制备方法、电池电极和电池

技术领域

本申请涉及但不限于电池技术领域，尤其涉及一种电池电极制备方法、电池电极和电池。

背景技术

随着社会生活节奏的加快，人们对消费类和动力类的电池快充能力的需求越来越高，为进一步提升电池快充能力，工业上通常采用改变电极极片结构、对集流体进行处理、采用特殊电芯设计结构、对电极材料进行优化等方法，加快整个极片的离子/电子的传输效率，从而提高电池快充能力。

然而，目前改变电极极片结构、集流体处理以及采用特殊电芯结构等方案，会增加电芯内部未利用空间，从而大幅度降低电芯的体积能量密度，造成同规格电池容量的降低，尽管可以提高快充能力，但是会显著影响电池续航能力。

发明内容

本申请实施例期望提供一种电池电极制备方法、电池电极和电池。

本申请的技术方案是这样实现的：

一种电池电极制备方法，所述方法包括：

将至少一种电极材料混合以制备浆料；

提供集流体；

在所述集流体表面涂敷所述浆料，制成电极极片并干燥；

将快离子导体浆料涂覆在干燥后的所述电极极片表面，形成电池电极。

一种电池电极，包括：

电极极片，包括集流体以及所述集流体表面涂覆的至少一种电极材料制备成的浆料；

快离子导体浆料包覆层，所述快离子导体浆料包覆层设置在所述电极极片的表面。

一种电池，包括：上述的方法制备得到的电池电极。

本申请实施例所提供的电池电极制备方法、电池电极和电池，其中，电池电极制备方法包括：将至少一种电极材料混合以制备浆料；提供集流体；在集流体表面涂敷浆料，制成电极极片并干燥；将快离子导体浆料涂覆在干燥后的电极极片表面，形成电池电极；涂覆快离子导体之后，快离子导体分布在正极极片和/或负极极片中，由于快离子导体覆盖在活性颗粒、粘结剂和导电剂表面，所以并未直接接触的正极材料活性颗粒和/或负极活性物质之间同样可以通过快离子导体层进行锂离子的传输，极大缩短了锂离子的传输路径，如此，在改善电子传输的同时加速锂离子传输，用这种极片制备成的锂离子电池具有优越的倍率性能。

附图说明

图1为本申请的实施例提供的一种电池电极制备方法的流程示意图；

图2为本申请的实施例提供的一种电池电极制备方法的流程示意图；

图3为本申请的实施例提供的一种电池正极改性工艺流程的示意图；

图4为本申请提供的电池正极改性工艺流程制备的改性极片的剖面结构及锂离子扩散示意图；

图5为传统极片剖面结构及锂离子扩散示意图；

图6为本申请的实施例提供的一种电池电极的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本申请的实施例提供一种电池电极制备方法，该电池电极制备方法可以应用于制备电池电极。参照图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤101、将至少一种电极材料混合以制备浆料。

本申请实施例中，电池电极制备方法应用于制备电池电极时，既可以用于制备电池正极，也可以用于制备电池负极。将至少一种电极材料混合以制备浆料即调配正极浆料或者调配负极浆料的过程。电池包括锂离子电池。

正极浆料对应的至少一种电极材料包括：正极材料活性颗粒又称为正极活性物质如钴酸锂(LiCoO2)、导电剂如乙炔黑(SUP-P)、粘结剂如聚偏氟乙烯(PVDF)、分散剂即有机溶剂如N-甲基吡咯烷酮溶液，简称NMP溶液，NMP溶液是具有高溶解性、高沸点、低凝固点的液体，一般被称为极性溶剂，易于处理。浆料的调制方法是，在NMP溶液中依次加入相应比例的SUP-P、LiCoO2，用高速搅拌器搅拌。

负极浆料对应的至少一种电极材料包括：负极活性物质如石墨、导电剂如SUP-P、粘结剂如聚偏氟乙烯(PVDF)、分散剂即有机溶剂如NMP溶液。除了正极活性物质变为负极活性物质，其他配料与正极浆料相同。与正极浆料的调制方法一样。在NMP溶液中，依次加入规定质量比的PVDF、SUP-P、石墨等，使用高速搅拌器搅拌。

步骤102、提供集流体。

本申请实施例中，集流体包括金属箔片。正极集流体使用铝箔，负极集流体使用铜箔。

步骤103、在集流体表面涂敷浆料，制成电极极片并干燥。

本申请实施例中，在集流体表面涂敷浆料，制成电极极片即电池的电极部分，涂覆完成后，放进真空干燥机中烘烤进行干燥。

在集流体如铝箔、铜箔的两面，涂敷调制好的正负极桨料，制作正负电极片。单面涂敷完成后，放入干燥机进行烘烤处理，便形成了涂层。然后，另一面也按照同样的方法处理。集流体的涂敷，应使用专用涂敷机和涂敷计量棒。

步骤104、将快离子导体浆料涂覆在干燥后的电极极片表面，形成电池电极。

本申请实施例中，将快离子导体浆料涂覆在干燥后的电极极片如正极电极片表面，形成电池正电极。将快离子导体浆料涂覆在干燥后的电极极片如负极电极片表面，形成电池负电极。这里，涂覆快离子导体之后，快离子导体分布在正极极片和/或负极极片中，由于快离子导体覆盖在活性颗粒、粘结剂和导电剂表面，所以并未直接接触的正极材料活性颗粒和/或负极活性物质之间同样可以通过快离子导体层进行锂离子的传输，极大缩短了锂离子的传输路径。此外，集流体选用金属箔片，在快离子导体浆料包覆在集流体制成的电极极片上之后，也缩短了电子到集流体的传输路径。

本申请实施例中，为了确保制作好的正负极电极片的涂层厚度均匀，提高电极密度，还可以使用辊压工具进行辊压处理。电极片通过上下辊轮之间辊压，辊轮之间的间隙可根据千分表显示的读数来调整。

由上述制作工艺可知，本申请提供的电池电极制备方法，操作简单，成本低廉。快离子导体涂敷极片过程可以在现有涂覆所涉及的机器上进行操作，操作过程简单且不需要额外机器设备，降低了成本。

本申请实施例所提供的电池电极制备方法，将至少一种电极材料混合以制备浆料；提供集流体；在集流体表面涂敷浆料，制成电极极片并干燥；将快离子导体浆料涂覆在干燥后的电极极片表面，形成电池电极；由于不需要进行极片减薄或提高电极孔隙率，因此不会降低电池的体积能量密度，在一定程度上可以提高电池在高倍率下的质量能量密度；在改善电子传输的同时加速锂离子传输，用这种极片制备成的电池具有优越的倍率性能。

本申请的实施例提供一种电池电极制备方法，该电池电极制备方法可以应用于制备电池电极，电池电极包括电池正极。参照图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤201、将至少一种电极材料混合以制备浆料。

步骤202、提供集流体。

步骤203、在集流体表面涂敷浆料，制成电极极片并干燥。

步骤204、将快离子导体浆料涂覆在干燥后的正极极片表面，快离子导体浆料在重力作用下渗透到正极极片内部孔隙中，包覆在正极材料包含的导电剂、粘结剂和正极材料活性颗粒的表面，形成电池正极。

本申请实施例中，可以充分利用极片辊压之前形成的孔隙，在正极极片中构筑起全方位立体式的锂离子传输通道，使锂离子不再局限于正极材料活性颗粒之间传输，而是可以在正极材料活性颗粒、导电剂和粘结剂之间自由传输，大幅度改善厚极片的锂离子扩散系数，从而提高电池的倍率性能。

本申请实施例中，快离子导体材料可以使用现有的正极材料包覆物，种类及来源广泛，可以降低制作成本。需要说明的是，由于快离子导体浆液是在重力作用下自渗透到极片内部，所以会导致极片表面快离子导体层较厚，而极片内部快离子导体层较薄，从而形成浓度梯度结构。极片表面较厚的快离子导体层可以形成保护屏障，有效的阻止正极极片中过渡金属离子的溶出，从而保护负极的SEI膜组分不受破坏，延长了电池的循环寿命；极片内部较薄的快离子导体层可以正常起到提高锂离子传输速率的作用，同时不会因为过多的含量导致正极极片所含比容量降低，保证了电池的能量密度。

本申请其他实施例中，步骤201将至少一种电极材料混合以制备浆料，可以通过如下步骤实现：将正极材料活性颗粒、导电剂和粘结剂，按照质量比x:y:1的比例混合以制备浆料；其中，x与y均为正数，x∈[97,98.5]，y∈[0.5,2]，且x、y以及1三者之和为100。也就是说，正极材料活性颗粒、导电剂和粘结剂三者之间的质量比例中，除了粘结剂的比例占1％左右不变外，其他两个组分可以适当调整。

示例一，将正极材料活性颗粒、导电剂和粘结剂，按照质量比98:1:1的比例混合以制备浆料。由此，可以得到合适的孔隙率，提高倍率性能。

示例二，将正极材料活性颗粒、导电剂和粘结剂，按照质量比98.5:0.5:1的比例混合以制备浆料；示例二相比示例一，将正极材料活性颗粒的比例提高，结合204中将快离子导体浆料涂覆在干燥后的正极极片表面这一工艺，在正极极片表面涂覆有快离子导体浆料后，正极极片的导电性或者离子导通性都得到一定的提升，基于此，示例二相比示例一，在制备浆料的过程中，导电剂所占的比例可以适当再降低一些，例如相比示例一导电剂所占的比例由1降至0.5。

示例三，在保持粘结剂的比例占1％左右不变外，其他两个组分可以适当调整的情况下，本申请还可以采用其他的比例，例如将正极材料活性颗粒、导电剂和粘结剂，按照质量比97:2:1的比例混合以制备浆料。

本申请其他实施例中，步骤204中将快离子导体浆料涂覆在干燥后的正极极片表面，可以通过如下步骤实现：将正极极片与快离子导体浆料按照质量比100:z的比例，将快离子导体浆料涂覆在正极极片表面；其中，z为正数，且z∈[0.5,3]。

示例一，将正极极片与快离子导体浆料按照质量比100:1的比例，将快离子导体浆料涂覆在正极极片表面。

示例二，将正极极片与快离子导体浆料按照质量比100:2或者100:3的比例，将快离子导体浆料涂覆在正极极片表面；示例二相比示例一，适当提升了快离子导体浆料的比例，如此，适当提升了电极的快充能力。

示例三，将正极极片与快离子导体浆料按照质量比100:0.5的比例，将快离子导体浆料涂覆在正极极片表面；示例三相比示例一，适当降低了快离子导体浆料的比例，保证了电极的高容量特征。

本申请实施例中，在正极材料活性颗粒表面形成额外的快离子包覆层的制备方法，在保证锂离子正常脱嵌速度的同时减少电解液和正极材料活性颗粒的直接接触，从而减少两者之间的副反应，提高电池的循环寿命。

本申请其他实施例中，快离子导体浆料可以通过如下步骤制备：将磷酸锂分散到分散剂中，以制备快离子导体浆料。其中，分散剂包括但不限于乙醇、水等例如NMP。

在一个可实现的场景中，电池正极改性工艺流程参见图3所示，首先，按照传统工艺将一定的质量比如98：1：1，将正极材料、导电剂和粘结剂混合，制备成浆料；其次，在集流体表面进行浆料涂敷操作，制成正极极片并进行干燥；然后，配置一定浓度的快离子导体浆料，例如将一定质量的磷酸锂分散到乙醇溶液中，形成固溶体；进一步地，在极片干燥完成后按照一定的质量比，例如正极材料浆料：快离子导体浆料为100：1，将快离子导体浆料涂覆在极片表面；最后，快离子导体浆料会在干燥过程中逐渐渗透到极片内部孔隙中，包覆在导电剂、粘结剂和活性颗粒表面，构筑成具有浓度梯度的全方位立体的锂离子传输通道。可见，电池正极改性工艺流程在改善电子传输的同时加速锂离子传输，用这种极片制备成的电池具有优越的倍率性能。

图4为本申请提供的电池正极改性工艺流程制备的改性极片的剖面结构及锂离子扩散示意图，图4中的A为剖面结构整体示意，图4中的B为剖面结构的局部示意，局部示意图中的箭头指明了锂离子传输方向和路径，结合图4中的A和图4中的B可知，在快离子导体浓度梯度分布的正极极片当中，由于快离子导体覆盖在活性颗粒、粘结剂和导电剂表面，所以并未直接接触的正极材料活性颗粒之间同样可以通过快离子导体层进行锂离子的传输，极大缩短了锂离子的传输路径。

图5为传统极片剖面结构及锂离子扩散示意图，图5中的A为剖面结构整体示意，图5中的B为剖面结构的局部示意，结合图5中的A和图5中的B可知，在传统的正极极片当中，由于部分活性颗粒之间是由导电剂或粘结剂连接在一起，所以并未直接接触的正极材料活性颗粒之间并没有锂离子的传输，这样就增大了锂离子的传输路径。这种情况在低孔隙率或高压实密度下的极片中尤为显著。

本申请的实施例提供一种电池电极，参照图6所示，该电池电极6包括：

电极极片601，包括集流体6011以及集流体表面涂覆的至少一种电极材料制备成的浆料；

快离子导体浆料包覆层602，快离子导体浆料包覆层602设置在电极极片601的表面。

本申请提供的电池电极，将快离子导体浆料涂覆在干燥后的电极极片表面；涂覆快离子导体之后，快离子导体分布在正极极片和/或负极极片中，由于快离子导体覆盖在活性颗粒、粘结剂和导电剂表面，所以并未直接接触的正极材料活性颗粒和/或负极活性物质之间同样可以通过快离子导体层进行锂离子的传输，极大缩短了锂离子的传输路径，如此，在改善电子传输的同时加速锂离子传输，用这种极片制备成的锂离子电池具有优越的倍率性能。

本申请其他实施例中，电极极片601的表面的快离子层的厚度大于电极极片601的内部的快离子层的厚度。

本申请其他实施例中，沿电极极片的表面到电极极片内部的方向上，快离子导体浆料的浓度减小。

本申请其他实施例中，电极极片601包括电池正极，至少一种电极材料包括正极材料活性颗粒、导电剂和粘结剂；和/或，电极极片包括电池负极，至少一种电极材料包括石墨材料、导电剂、粘结剂和稳定剂。

本申请实施例中，电极极片为电池负极时，快离子导体浆料的导电性大于石墨材料的导电性。

本申请其他实施例中，还提供一种电池，该电池包括采用上述电池电极制备方法制备得到的电池电极。电池包括锂离子电池。本申请提供的电池，将快离子导体浆料涂覆在干燥后的电极极片表面；涂覆快离子导体之后，快离子导体分布在正极极片和/或负极极片中，由于快离子导体覆盖在活性颗粒、粘结剂和导电剂表面，所以并未直接接触的正极材料活性颗粒和/或负极活性物质之间同样可以通过快离子导体层进行锂离子的传输，极大缩短了锂离子的传输路径，如此，在改善电子传输的同时加速锂离子传输，用这种极片制备成的锂离子电池具有优越的倍率性能。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池电极制备方法，所述方法包括：

将至少一种电极材料混合以制备浆料；

提供集流体；

在所述集流体表面涂敷所述浆料，制成电极极片并干燥；

将快离子导体浆料涂覆在干燥后的所述电极极片表面，形成电池电极。

2.根据权利要求1所述的方法，所述电池电极包括电池正极，所述将快离子导体浆料涂覆在干燥后的所述电极极片表面，形成电池电极，包括：

将所述快离子导体浆料涂覆在干燥后的正极极片表面，所述快离子导体浆料在重力作用下渗透到所述正极极片内部孔隙中，包覆在正极材料包含的导电剂、粘结剂和正极材料活性颗粒的表面，形成所述电池正极。

3.根据权利要求2所述的方法，所述将至少一种电极材料混合以制备浆料，包括：

将所述正极材料活性颗粒、所述导电剂和所述粘结剂，按照质量比x:y:1的比例混合以制备所述浆料；其中，所述x与所述y均为正数，所述x∈[97,98.5]，所述y∈[0.5,2]，且所述x、所述y以及1三者之和为100。

4.根据权利要求2所述的方法，所述将所述快离子导体浆料涂覆在干燥后的所述电极极片表面，包括：

将所述正极极片与所述快离子导体浆料按照质量比100:z的比例，将所述快离子导体浆料涂覆在所述正极极片表面；其中，所述z为正数，且所述z∈[0.5,3]。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，所述方法还包括：

将磷酸锂分散到分散剂中，以制备所述快离子导体浆料。

6.一种电池电极，包括：

电极极片，包括集流体以及所述集流体表面涂覆的至少一种电极材料制备成的浆料；

快离子导体浆料包覆层，所述快离子导体浆料包覆层设置在所述电极极片的表面。

7.根据权利要求6所述的电池电极，所述电极极片的表面的快离子层的厚度大于所述电极极片的内部的快离子层的厚度。

8.根据权利要求6所述的电池电极，沿所述电极极片的表面到所述电极极片内部的方向上，快离子导体浆料的浓度减小。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的电池电极，所述电极极片包括电池正极，所述至少一种电极材料包括正极材料活性颗粒、导电剂和粘结剂；和/或，所述电极极片包括电池负极，所述至少一种电极材料包括石墨材料、导电剂、粘结剂和稳定剂。

10.一种电池，包括：权利要求1至5中任一项所述的方法制备得到的电池电极。

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