专利名称：锂离子电池阴极极片及其制备方法
技术领域：
本发明涉及锂离子电池，尤其是一种能改善电池快充性能和低温性能的锂离子电池阴极极片及其制备方法。
背景技术：
随着现代电子信息技术的不断发展，锂离子电池以其能量密度高、循环寿命长等优点，成为现代电子信息产品不可缺少的化学电源。但是，现有的锂离子电池快速充电和低温环境下充电的能力不足，越来越难以满足客户对电子产品的使用要求。如业界人士所知，多孔电极在工作时，其内表面往往并不能均勻地被用来实现电化学反应，电极内部各处“电极/电解质相”界面上极化不均勻。电极的全部内表面不能同等有效地发挥作用，电极表面附近液层溶剂中离子浓度不够大，热运动的干扰致使溶液中的剩余电荷不可能全部集中排列在分散层的最内侧，在这种情况下，溶液中剩余电荷的分布就具有一定的分散性。锂离子电池在使用过程中，往往由于电解液难以完全渗透到膜片内部，电解质粒子在电极内部会出现浓度变化，导致出现浓度极化现象。电极与电解质粒子的交换反应步骤受限，尤其是对能量密度要求较高的电池来说，受限作用更为明显，这是因为膜片越厚， 电解液渗透能力越差，使电极在快速充电过程中极化增加，在一定时间内Li+快速迁移将变得更为困难，因此在一定程度上限制了电池的快速充电性能。另一方面，电芯内的电解液能对电解质粒子的消耗起到补偿作用，但是现有电芯内的电解液保有量较低，导致电池的低温循环性能不佳。有鉴于此，确有必要提供一种能改善电池快充性能和低温性能的锂离子电池阴极极片。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能改善电池快充性能和低温性能的锂离子电池阴极极片，以制备出具有较佳快充性能和低温性能的锂离子电池，克服现有锂离子电池的不足。在化学电池中，当液相中存在足够量的电解质的情况下，液相中的传质速度主要由电极表面附近液层中的扩散传质速度所决定，液相传质步骤通常是反应速度的限制性步骤，若提高这一步骤的进行速度，就可以提高化学电池的反应能力。据此，发明人提出通过在阴极膜片形成微孔或凹槽的方式，来提高离子的扩散传质速度和电池内部电解液的保有量，从而提高电池的快速充电性能和低温循环性能。根据上述思路，本发明提供了一种锂离子电池阴极极片，其包括阴极集流体和附着于阴极集流体上的阴极膜片，其中，阴极膜片上具有多个微孔或凹槽，微孔或凹槽的深度小于其所在阴极膜片的厚度。作为本发明锂离子电池阴极极片的一种改进，相邻所述微孔或凹槽之间的距离不超过IOmm0作为本发明锂离子电池阴极极片的一种改进，所述微孔或凹槽的最大直径或宽度不超过200Mm。作为本发明锂离子电池阴极极片的一种改进，所述凹槽为横向凹槽、纵向凹槽或网格状凹槽。作为本发明锂离子电池阴极极片的一种改进，所述阴极膜片附着于阴极集流体的单面或双面，所述微孔或凹槽分布于阴极膜片的全部面积上。此外，本发明还提供了一种制备上述段落所述阴极极片的方法，其步骤为将阴极膜片涂覆于阴极集流体上，对阴极膜片进行冷压处理，之后再对阴极膜片进行微孔或凹槽处理。与现有技术相比，本发明锂离子电池阴极极片上的微孔或凹槽有利于增加电解液在阴极膜片内部的渗透，有利于增加阴极膜片内的颗粒与电解液接触的机率，在充电时提高了 Li+快速迁移能力，从而有效减少了充电时间；同时，阴极极片上的微孔或凹槽能够为阴极存储更多的电解液提供载体，电解液本身是一种自由流体，电极表面上储存的电解液将会通过流动的方式提供给电芯内其他部分，保证了电芯的电解液保有量足够其在低温循环时使用。
下面结合附图和具体实施方式
，对本发明锂离子电池阴极极片及其有益技术效果进行详细说明。图1和图2为本发明锂离子电池阴极极片的两种不同结构的示意图。图3为本发明实施例1制得的锂离子电池和常规锂离子电池的电芯快充时间比较图。图4为本发明实施例1制得的锂离子电池和常规锂离子电池的电芯低温充电循环性能比较图。
具体实施例方式请参阅图1和图2所示，本发明锂离子电池阴极极片包括阴极集流体20和涂覆于阴极集流体20上的阴极膜片22，为了提高离子的扩散传质速度以及电池内部电解液的保有量，本发明对冷压后的阴极膜片22进行微孔处理，使其上具有微孔24。微孔M的形状可为图1所示的倒锥台形或如图2所示的圆柱形，也可以为其他各种形状，如正方体形、长方体形或锥形。为了进一步提高离子的扩散传质速度以及电池内部电解液的保有量，也可以对阴极膜片进行凹槽处理，使阴极膜片22上具有横向、纵向或网格状的凹槽，单个凹槽的形状可以是直线或各种形状的曲线，截面则可以是梯形、三角形、长方形、正方形等不同形状。需要注意的是，阴极极片上微孔M或凹槽的深度需小于阴极膜片22的厚度，也就是说阴极膜片22不能被贯穿以致露出阴极集流体20 ；为了取得较好的效果，相邻微孔M 或同向凹槽之间的距离以不超过IOmm为宜。阴极膜片22可以附着于阴极集流体20的单面或双面，以下通过实施例对本发明进行说明。
实施例1
1)将制得的阴极极片冷压分切后，从阴极膜片22的头部边缘起，在阴极膜片22上制造出一条与其宽度方向呈一定角度(例如45°C)的凹槽线，之后按照每间隔5mm的距离，依次制造出与第一条凹槽线平行的第2条，第3条……凹槽线，直到阴极膜片22的尾部边缘；再从阴极膜片22头部边缘起，沿阴极膜片22的宽度方向上倾斜另一个角度(与上述的凹槽线呈垂直分布)制造出另一条凹槽线，然后每间隔5mm的距离，依次制造出第2条，第3条…… 凹槽线，直到阴极膜片22尾部边缘结束。2)将1)中的阴极极片翻转至背面，再从阴极膜片22的头部边缘起，沿膜片宽度方向上倾斜一定角度(例如45°C)制造出一条与正面不重叠的凹槽线，然后每间隔5mm的距离，依次制造出第2条，第3条……凹槽线，直到阴极膜片22的尾部边缘；之后，从阴极膜片 22的头部边缘起，沿膜片宽度方向上倾斜另一个角度(与上述的凹槽线呈垂直分布)制造出另一条与正面不重叠的凹槽线，然后每间隔5mm的距离，依次制造出第2条，第3条……凹槽线，直到阴极膜片22的尾部边缘结束。3)将经过上述1)、2)两步处理的阴极极片与阳极极片以及隔离膜进行卷绕或叠片，并用包装袋进行封装，然后注入足量的电解液，密封封装后再进行静置、化成、排气与分容等工序，制得锂离子电池。实施例2
1)将制得的阴极极片冷压分切后，从阴极膜片22的头部边缘起，并沿垂直膜片宽度方向一侧起至另一侧结束，制造出一条具有波浪形状的凹槽曲线，然后按照每间隔5mm的距离，依次平行制造出第2条，第3条……凹槽曲线，直到阴极膜片22的尾部边缘；再从阴极膜片22头部边缘起，沿平行膜片宽度方向(与上述的凹槽曲线呈垂直分布)制造出另一条凹槽曲线，然后每间隔5mm的距离，依次制造出第2条，第3条……凹槽线，直到阴极膜片22 尾部边缘结束。2)将1)中的阴极极片翻转至背面，从阴极膜片22的头部边缘起，沿垂直膜片宽度方向一侧起至另一侧结束，制造出一条具有波浪形状、且与正面不重叠的凹槽曲线，然后每间隔5mm的距离，依次平行制造出第2条，第3条……凹槽曲线，直到阴极膜片22的尾部边缘；之后，从阴极膜片22的头部边缘起，沿平行膜片宽度方向(与上述的凹槽曲线呈垂直分布)制造出另一条与正面不重叠的凹槽曲线，然后每间隔5mm的距离，依次制造出第2条，第 3条……凹槽曲线，直到阴极膜片22的尾部边缘结束。3)将经过上述1)、2)两步处理的阴极极片与阳极极片以及隔离膜进行卷绕(或叠片)，并用包装袋进行封装，然后注入足量的电解液，密封封装后再进行静置、化成、排气与分容等工序，制得锂离子电池。实施例3
1)将制得的阴极极片冷压分切后，从阴极膜片22的头部边缘起，沿垂直膜片宽度方向连续制造出一条具有几何形状的微孔线，然后每间隔5mm的距离，依次制造出第2条，第3 条……微孔线，直到阴极膜片22的尾部边缘；再从阴极膜片22的头部边缘起，沿平行膜片宽度方向上(与上述的微孔线呈垂直分布)制造出另一条微孔线，然后每间隔5mm的距离，依次制造出第2条，第3条……微孔线，直到阴极膜片22尾部边缘结束。2)将1)中的阴极极片翻转至背面，从阴极膜片22的头部边缘起，沿垂直膜片宽度方向制造出一条与正面不重叠的微孔线，然后每间隔5mm的距离，依次制造出第2条，第 3条……微孔线，直到阴极膜片22的尾部边缘；然后从阴极膜片22的头部边缘起，沿平行膜片宽度方向上(与上述的微孔线呈垂直分布)制造出另一条与正面不重叠的微孔线，然后每间隔5mm的距离，依次制造出第2条，第3条……微孔线，直到阴极膜片22的尾部边缘结
束ο3)将经过上述1)、2)两步处理的阴极极片与阳极极片以及隔离膜进行卷绕(或叠片)，并用包装袋进行封装，然后注入足量的电解液，密封封装后再进行静置、化成、排气与分容等工序，制得锂离子电池。在上述所有实施例中，凹槽线是指位于阴极膜片22上的一条连续无间隔的沟槽， 凹槽形状可以是长方形、正方形、菱形、圆、椭圆与锥形等几何形状，凹槽最大宽度(或直径) 以不超过200Mm为宜，凹槽深度则以不露出阴极集流体20为准。微孔线是指阴极膜片22 上由一条连续但均勻间隔分布的小孔组成的直线或曲线，微孔形状可以是长方形、正方形、 菱形、圆、椭圆与锥形等，最大宽度(或直径)以不超过200Mm为宜，孔的深度也以不露出阴极集流体20为准。与现有技术相比，本发明锂离子电池阴极极片上的微孔或凹槽有利于增加阴极膜片内的颗粒与电解液接触的机率，在充电时提高了 Li+快速迁移能力，从而有效减少了充电时间；另外，本发明阴极极片上的微孔或凹槽能够增加电芯内的电解液保有量，而电芯内足量的电解液保有量能对电解质粒子的消耗起到补偿作用，因此能够改善电芯的低温循环性能。为了验证本发明的有益效果，发明人将本发明实施例中制得的锂离子电池和常规无凹槽/微孔的锂离子电池进行了对比实验。请参阅图3所示，为本发明实施例1制得的锂离子电池和常规锂离子电池的电芯快速充电时间比较图。从图中可以看出，利用经本发明凹槽处理过的阴极极片制得的电芯在RT下以2. 5C分别充电至80%与100% SOC时，所需时间比无凹槽/微孔处理过的阴极极片制得的电芯分别缩短8min与i;3min左右，可见，本发明阴极极片明显提高了电芯快速充电时间。请参阅图4所示，为本发明实施例1制得的锂离子电池和常规锂离子电池的电芯低温充电循环性能比较图，其低温循环方式是在0°C下，0.7C充电，0.5C放电。从图中可以看出，相比无凹槽/微孔处理的阴极极片制得的电芯而言，本发明阴极极片制得的电芯循环性能较优，而且，低温循环时一致性比较好。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可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式
，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。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。
权利要求
1.一种锂离子电池阴极极片，包括阴极集流体和附着于阴极集流体上的阴极膜片，其特征在于所述阴极膜片上具有多个微孔或凹槽，微孔或凹槽的深度小于其所在阴极膜片的厚度。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池阴极极片，其特征在于相邻所述微孔或凹槽之间的距离不超过10mm。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池阴极极片，其特征在于所述微孔或凹槽的最大直径或宽度不超过200Mm。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池阴极极片，其特征在于所述凹槽为横向凹槽、 纵向凹槽或网格状凹槽。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的锂离子电池阴极极片，其特征在于所述阴极膜片附着于阴极集流体的单面或双面，所述微孔或凹槽分布于阴极膜片的全部面积上。
6.一种制备权利要求1至4中任一项所述锂离子电池阴极极片的方法，其特征在于， 包括以下步骤将阴极膜片涂覆于阴极集流体上，对阴极膜片进行冷压处理，之后再对阴极膜片进行微孔或凹槽处理。
全文摘要
本发明公开了一种锂离子电池阴极极片，其包括阴极集流体和附着于阴极集流体上的阴极膜片，阴极膜片上具有多个微孔或凹槽，微孔或凹槽的深度小于其所在阴极膜片的厚度。本发明锂离子电池阴极极片上的微孔或凹槽有利于增加电解液在阴极膜片内部的渗透，有利于增加阴极膜片内的颗粒与电解液接触的机率，在充电时提高了Li+快速迁移能力，有效减少了充电时间；同时，阴极极片上的微孔或凹槽能够为阴极存储更多的电解液提供载体，电解液本身是一种自由流体，电极表面上储存的电解液会通过流动的方式提供给电芯内其他部分，保证了电芯的电解液保有量足够其在低温循环时使用。此外，本发明还公开了一种锂离子电池阴极极片的制备方法。
文档编号H01M4/139GK102306746SQ201110267040
公开日2012年1月4日 申请日期2011年9月9日 优先权日2011年9月9日
发明者刘凯, 周铁刚, 张介威, 李枝贤, 涂健, 陈轩 申请人:东莞新能源科技有限公司, 宁德新能源科技有限公司