CN210136960U - 一种电极极片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电极极片，所述电极极片包括集流体和形成于所述集流体上的活性层，所述活性层包括：层状活性物质以及设置在其片层间的纳米颗粒。在本实用新型中，利用所述纳米颗粒的四面体空间网络结构，可将层状活性材料有效的连接起来，形成网络空间结构，其既可以改善因层状活性材料纯度不够导致的副反应较多问题，又提高层状活性材料的稳定性和倍率性能，从而增加了锂离子电池的寿命，提高电池的充放电量，为锂离子电池负极材料进一步商业化提供更多的选择。

Description

一种电极极片

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种电极极片。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程)，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。

目前虽然石墨材料作为负极材料在锂离子电池中运用较为成熟，但是同时作为电池负极材料的也有不忽视的缺点：(1)克容量不足，不能满足动力电池的需求；(2)纯度不够，副反应较多；(3)层状结构稳定性有待提高；(4)倍率性能不好。

CN106252627A公开了一种电池负极材料，所述电池负极材料的制备方法包括以下步骤：(1)将热固性树脂与有机溶剂混合，混合后加入石墨原料，接着加入固化剂，然后去除其中含有的有机溶剂，接着进行固化处理；(2)将所述掺热固性树脂混合物先在分散剂中混合球磨分散1～2小时，然后干燥；(3)向干燥固化后的混合物中添加复合修饰剂后加热得到复合修饰后的混合物；(4)将硅碳有机物前驱体在温度为500～1500℃、压力为1～2MPa的条件下气相沉积于所述复合修饰后的混合物上，获得表面包覆碳硅的炭负极材料。此方案制备制备过程复杂，制备得到的负极材料电化学性能较差。

CN109841814A公开了一种硅碳负极材料的制备方法，其包括以下步骤：选择反应物料，并对反应物料进行烘干、共混处理；其中，硅前驱体材料在烘箱内烘干24～48小时；在反应釜中加入反应物料，在N₂或Ar气的气氛下反应，反应釜的压力为1～3MPa，反应温度为150～450℃，反应时间为6～60小时，得到反应彻底的硅负极材料；对得到的硅负极材料进行水洗、酸洗、过滤、干燥，得到硅材料；对得到的硅材料进行包碳处理，然后与石墨负极材料进行掺杂复合，得到硅碳负极材料。此方案制备得到的硅碳负极材料无法改善石墨的稳定性，电化学性能较差。

因此，开发一种具有较高的比容量，良好的电化学稳定性的新型电极极片，具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电极极片，本实用新型所述电极极片可有效改善因石墨纯度不够导致的副反应较多问题，还明显提高了层状石墨材料的稳定性和倍率性能，从而增加了锂离子电池的寿命。

为达到此实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供了一种电极极片，其特征在于，所述电极极片包括集流体(1)和层状活性材料(3)，所述层状活性材料(3)片层间设置有纳米颗粒(4)。

在本实用新型中，利用所述纳米颗粒的四面体空间网络结构，可将层状活性材料有效的连接起来，形成网络空间结构，其既可以改善因层状活性材料纯度不够导致的副反应较多问题，又提高层状活性材料的稳定性和倍率性能，从而增加了锂离子电池的寿命，提高电池的充放电量，为锂离子电池负极材料进一步商业化提供更多的选择。

图1是本实用新型具体实施方式中电极极片的示意图，图中1-集流体，2-粘结层，3-层状活性材料，4-纳米颗粒。图中斜杠代表层状活性材料(3)的片层，纳米颗粒(4)分布于所述片层间。

优选地，所述纳米颗粒(4)包括纳米二氧化硅。

优选地，所述纳米颗粒(4)的粒径D50≤20nm，例如5nm、8nm、10nm、12nm、15nm、18nm或20nm等。

优选地，所述层状活性材料(3)包括天然石墨和/或人造石墨。

优选地，所述活性层的厚度为5～15μm，例如6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm或14μm等。

优选地，所述层状活性材料(3)的片层间距为4～10nm，例如5nm、6nm、7nm、8nm或9nm等。

优选地，所述集流体(1)和活性层之间设置有粘结层(2)。

优选地，所述粘结层(2)的厚度为1～5μm，例如1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm或4.5μm等。

优选地，所述粘结层(2)包括导电剂和树脂。

优选地，所述导电剂包括导电石墨和/或炭黑。

优选地，所述树脂包括酚醛树脂。

优选地，所述集流体包括铜箔。

优选地，所述集流体的厚度为7～15μm，例如8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm或14μm等。

本实用新型所述电极极片的制备方法可采用以下步骤：

将导电剂、树脂、层状活性材料和纳米颗粒混合搅拌均匀制成前驱浆料、再将所述前驱浆料涂覆于集流体，烘干后制成电极极片。

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型所述电极极片明显提高了层状石墨材料的稳定性和倍率性能，并且改善克容量不足的问题。

(2)本实用新型利用纳米二氧化硅的空间网络结构，将层状结构的石墨有效的连接起来提高了电池的能量密度。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式中电极极片的示意图，图中1-集流体，2-粘结层，3-层状活性材料，4-纳米颗粒。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本实用新型，不应视为对本实用新型的具体限制。

实施例1

本实施例中电极极片包括集流体1、粘结层2和活性层，所述活性层包括：层状活性物质3以及设置在其片层间的纳米颗粒4。

本实施例中所述集流体1为厚度10μm的铜箔，所述粘结层2厚度为3μm，其包括导电剂导电石墨和酚醛树脂，所述活性层的厚度为5μm，所述层状活性物质3为片层间距6nm的石墨，所述纳米颗粒4为粒径D50为10nm的纳米二氧化硅。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，所述活性层的厚度为10μm。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于，所述活性层的厚度为15μm。

对比例1

本对比例与实施例1的区别在于，在石墨片层间不设置纳米二氧化硅。

性能测试：

将实施例1-3和对比例1得到的电极极片、活性物质为钴酸锂的正极极片、隔膜和1mol/L的LiPF₆(溶剂为EC和DMC，体积比为1:1)作为电解液，组装成全电池，进行测试。

(1)循环性能测试：在常温条件，将制得的电池在扣式电池测试系统上进行测试，充放电电压区间为3.0～4.2V，在0.5C电流密度下循环40周，测试容量保持率，40周容量保持率＝第40周循环放电比容量/首次放电比容量。

(2)倍率性能测试：在常温条件，将制得的电池在扣式电池测试系统上进行测试，充放电电压区间为3.0～4.2V，在0.5C、1.0C、2.0C电流密度下测试电池的放电比容量。

(3)能量密度：在常温条件，将制得的电池在扣式电池测试系统上进行测试，充放电电压区间为3.0～4.2V，测试电池在0.5C电流密度下的能量密度。

表1

通过表1可以看出，实施例1-3的循环性能、倍率性能以及能量密度较对比例1均有所提高，这是由于纳米颗粒二氧化硅具有空间网络四面体结构，当添加入到层状材料石墨中后，四面体结构的二氧化硅在石墨的层与层之间形成桥架结构，有效改善了层状材料的几何结构，提高了锂离子在正负极之间嵌入脱嵌性能，从而提高了电池综合性能。

申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种电极极片，其特征在于，所述电极极片包括集流体(1)和形成于所述集流体上的活性层，所述活性层包括：层状活性材料(3)以及设置在其片层间的纳米颗粒(4)。

2.如权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述纳米颗粒(4)包括纳米二氧化硅。

3.如权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述纳米颗粒(4)的粒径D50≤20nm。

4.如权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述层状活性材料(3)包括天然石墨和/或人造石墨；

所述活性层的厚度为5～15μm。

5.如权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述层状活性材料(3)的片层间距为4～10nm。

6.如权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述集流体(1)和活性层之间设置有粘结层(2)；

所述粘结层(2)的厚度为1～5μm。

7.如权利要求6所述的电极极片，其特征在于，所述粘结层(2)包括导电剂和树脂。

8.如权利要求7所述的电极极片，其特征在于，所述导电剂包括导电石墨和/或炭黑；

所述树脂包括酚醛树脂。

9.如权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述集流体包括铜箔。

10.如权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述集流体的厚度为7～15μm。

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