电极片及含有该电极片的锂离子电池的制作方法
电极片及含有该电极片的锂离子电池的制作方法
【专利摘要】本申请涉及一种电极片及含有该电极片的锂离子电池。所述电极片包括集流体、导电层和电极膜；所述导电层含有具有电子导电性能的陶瓷材料；所述电极膜含有电极活性物质。该电极片具有集流体厚度低的特点，用于锂离子电池时，能够提高电池的快充性能，满足电池高能量密度要求，同时能够提高锂离子电池的循环寿命和稳定性。
【专利说明】电极片及含有该电极片的锂离子电池
【技术领域】
[0001] 本申请涉及一种电极片及含有该电极片的锂离子，属于清洁能源领域。
【背景技术】
[0002] 近年，随着电子信息产业的快速发展，作为移动电话和笔记本电脑等的移动设备 用电源的锂离子电池，要求比能量更大，工作电压更高、循环寿命更长。
[0003] 相关技术中的锂离子电池，一般由正极片，隔离膜和负极片构成。正极片一般是在 厚12 μ m左右的Cu集流体的两面涂覆石墨等活性物质。负极片一般是在厚度为16 μ m左 右的A1集流体的两面涂覆LiCo02、LiNi1/3Co1/3Mn 1/302、LiFeP04等活性物质。
[0004] 由于集流体上需要涂覆活性物质，因此对其强度有一定要求。例如A1集流体，由 于铝箔的韧性强度较差，当铝箔继续减薄时，在涂敷完活性物质后，铝箔极易出现打卷，开 裂等问题。较厚的集流体，极大的抑制了电芯向厚度更薄，比能量更大的趋势发展。
【发明内容】
[0005] 根据本申请的一个方面，提供了一种可降低电芯的直流内阻，有效的提高电芯的 倍率性能的电极片。该电极片用于锂离子电池时，能够提高电池的快充性能，满足电池高能 量密度要求，同时能够提高锂离子电池的循环寿命和稳定性。
[0006] 所述电极片，其特征在于，包括：
[0007] 集流体；
[0008] 导电层，所述导电层含有具有电子导电性能的陶瓷材料；
[0009] 电极膜，所述电极膜含有电极活性物质。
[0010] 优选地，所述具有电子导电性能的陶瓷材料选自室温电导率不低于104s · cnT1的 陶瓷材料中的至少一种。进一步优选地，所述具有电子导电性能的陶瓷材料选自室温电导 率不低于10 6s · cnT1的陶瓷材料中的至少一种。
[0011] 优选地，所述具有电子导电性能的陶瓷材料选自金属陶瓷材料和/或陶瓷材料基 复合金属材料。
[0012] 优选地，所述具有电子导电性能的陶瓷材料含有具有化学通式Mn+1AnX的陶瓷材料 中的至少一种；其中，Μ选自IIIB?VB副族，4?6周期；A选自IIIA?VIA主族；X选自 C或N元素。优选地，所述Μ选自Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf或Ta ;所述A选自Al、Si、P、 S、Ga、Ge、As、Cd、In或Sn。Mn+1AnX材料是一种集金属和陶瓷材料优良性能于一身的新型 陶瓷材料材料，该种材料不仅具有良好的导电导热性、可塑性和易加工性，同时还具有高强 度、良好的抗氧化、耐高温和自润滑特性。
[0013] 优选地，所述具有电子导电性能的陶瓷材料选自Ta4AlC3陶瓷材料、Ti 3SiC2陶瓷材 料、Ti3AlC2陶瓷材料、Ti 4AlN3陶瓷材料、Ti4GeC3陶瓷材料、Ta 4AlC3陶瓷材料、Hf2Al4C5陶瓷 材料、Nb 4AlC3陶瓷材料、TiB2陶瓷材料、ZrB2陶瓷材料、ZrC陶瓷材料、WC陶瓷材料、SiC陶 瓷材料、TiC陶瓷材料、TiN陶瓷材料中的至少一种。进一步优选地，所述具有电子导电性能 的陶瓷材料选自Ta4AlC3陶瓷材料、Ti3SiC2陶瓷材料、Ti 4AlN3陶瓷材料、TiN陶瓷材料、TiC 陶瓷材料、Ti3AlC2陶瓷材料中的一种或几种的混合物。
[0014] 优选地，所述具有电子导电性能的陶瓷材料为纳米陶瓷材料。进一步优选地，所述 具有电子导电性能的陶瓷材料颗粒的中值粒径为〇. 5?20 μ m。进一步优选地，所述具有电 子导电性能的陶瓷材料颗粒的中值粒径为2?6 μ m。
[0015] 包含具有电子导电性能的陶瓷材料的导电层可大幅降低阴极极片和/或阳极极 片中的集流体的厚度，所述极片用于锂离子电池时，可以大幅提高锂离子电池的体积能量 密度。
[0016] 优选地，所述集流体、所述导电层、所述电极膜的位置关系为：导电层位于集流体 和电极膜之间，或者电极膜位于集流体和导电层之间。进一步优选地，所述导电层位于集流 体和电极膜之间。
[0017] 优选地，所述导电层由具有电子导电性能的陶瓷材料与粘结剂组成。导电层采用 涂覆的方法，涂覆在集流体表面或者电极膜表面。本领域技术人员可以根据实际需要，选择 粘结剂的种类以及陶瓷材料与粘结剂的比例。优选地，所述导电层中粘结剂的重量百分含 量为1%?20%。进一步优先地，所述导电层中粘结剂的重量百分含量为1%?10%。
[0018] 优选地，所述导电层为具有电子导电性能的陶瓷材料所形成的膜。可采用原位合 成法、化学气相沉淀法、动态膜法、溅射法、物理气相沉淀法等方法，在集流体和/或电极膜 的表面原位形成具有电子导电性能的陶瓷膜。
[0019] 优选地，所述电极膜中含有的电极活性物质为正极活性物质时，所述电极片为正 极极片，所述正极极片中集流体和导电层厚度之和为2?14 μ m，正极极片中导电层的厚度 为0. 1?6μηι。进一步优选地，所述正极极片中集流体和导电层厚度之和为3?14 μ m。 进一步优选地，所述正极极片的集流体和导电层厚度之和范围上限任选自13. 5 μ m、12 μ m、 10 μ m、8 μ m，下限任选自4 μ m、4. 5 μ m、5 μ m、5. 5 μ m。进一步优选地，正极极片中导电层的 厚度范围上限任选自5 μ m、3 μ m、2 μ m，下限任选自0. 5 μ m、1 μ m、1. 5 μ m。本领域技术人员 可以根据实际需要选择合适的正极活性物质。优选地，所述正极活性物质选自钴酸锂、镍酸 锂、锰酸锂、钒酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂中的至少一种。
[0020] 优选地，所述电极膜中含有的电极活性物质为负极活性物质时，所述电极片为负 极极片，所述负极极片中集流体和导电层厚度之和为3?10 μ m，负极极片中导电层的厚度 为0. 1?5 μ m。进一步优选地，所述负极极片中集流体和导电层厚度之和范围上限任选自 9. 5 μ m、9 μ m、8 μ m，下限任选自4 μ m、5 μ m、5. 5 μ m、6 μ m。进一步优选地，负极极片中导电 层的厚度范围上限任选自5 μ m、3 μ m、2 μ m，下限任选自0. 5 μ m、1 μ m、1. 5 μ m。本领域技术 人员可以根据实际需要选择合适的负极活性物质。优选地，所述负极活性物质选自碳基负 极材料、硅基复合负极材料、锡基复合氧化物负极材料、锂的过渡金属氮化物负极材料中的 至少一种。
[0021] 优选地，所述电极片中包括绝缘层，所述绝缘层含有多孔绝缘陶瓷材料。优选地， 所述多孔绝缘陶瓷材料选自A1N陶瓷材料、MgO陶瓷材料、Si0 2陶瓷材料、BeO陶瓷材料、 Th02陶瓷材料、Zr02陶瓷材料、Y2Si05陶瓷材料、Y 2Si207陶瓷材料、BaZr03陶瓷材料、BaCe0 3 陶瓷材料、CaTi03陶瓷材料、Si3N4陶瓷材料、Si3C 4陶瓷材料、塞隆陶瓷材料（也写作Sialon 陶瓷，含有Si、A1、0、N的陶瓷材料，由Si3N4中的Si和N被A1 (或A1+其他金属元素）和 0部分替代形成的化合物）中的至少一种。
[0022] 优选地，所述多孔绝缘陶瓷材料为纳米陶瓷材料。进一步优选地，所述多孔绝缘陶 瓷材料的中值粒径为0. 2?30 μ m。进一步优选地，所述多孔绝缘陶瓷材料的中值粒径为 1 ?10 μ m〇
[0023] 优选地，所述绝缘层由多孔绝缘陶瓷材料和粘结剂组成。绝缘层采用涂覆的方法， 涂覆在集流体表面未覆盖导电层和电极膜的区域。本领域技术人员可以根据实际需要，选 择粘结剂的种类及陶瓷材料与粘结剂的比例。优选地，所述绝缘层中粘结剂的重量百分含 量为1%?20%。进一步优先地，所述绝缘层中粘结剂的重量百分含量为1%?10%。
[0024] 优选地，所述绝缘层为多孔绝缘陶瓷材料所形成的膜。可采用原位合成法、化学气 相沉淀法、动态膜法、溅射法、物理气相沉淀法等方法，在集流体表面未覆盖导电层和电极 膜的区域原位形成多孔绝缘的陶瓷膜。
[0025] 绝缘层的作用在于绝缘防止短路以及固定极耳。而在绝缘层中使用多孔绝缘陶瓷 材料，可以提高电芯的内部利用空间和电解液的吸收量，改善电芯循环，同时省去传统工艺 中阴极收尾处贴绿胶，既提高效率，又提高电池安全性。
[0026] 根据本申请的又一个方面，提供了一种锂离子电池，其特征在于，含有上述任一电 极片。所述锂离子电池包括正极极片，负极极片以及设置于正极极片和负极极片之间的隔 离膜，所述正极极片和/或所述负极极片选自上述任一电极片。
[0027] 优选地，所述锂离子电池还包括极耳。
[0028] 优选地，所述锂离子电池为叠片式锂离子电池或卷绕式锂离子电池。
[0029] 本申请所述技术方案包括以下有益效果：
[0030] 本申请所述电极片，通过涂覆导电层可降低电芯的直流内阻，有效的提高电芯的 倍率性能。通过在导电层中使用陶瓷材料，降低电极片中的集流体厚度，集流体厚度的降低 可以进一步提高电芯的倍率性能。该电极片用于锂离子电池时，能够提高电池的快充性能， 满足电池高能量密度要求，同时能够提高锂离子电池的循环寿命和稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 图1为本申请一种实施方式的电极片的结构示意图。
[0032] 图2为本申请一种实施方式的电极片的结构示意图。
[0033] 图3为本申请一种实施方式的电极片的结构示意图。
[0034] 图4为本申请一种实施方式的锂离子电池的电芯结构示意图。
[0035] 图5为本申请一种实施方式的电极片与极耳的位置示意图。
[0036] 图6为本申请一种实施方式的电极片与极耳的位置示意图。
[0037] 图7为本申请一种实施方式的电极片与极耳的位置示意图。
[0038]
【专利附图】
【附图说明】：1-正极片；2_负极片；3_隔尚膜；4_极耳；10-集流体；20-导电层； 30-电极膜；40-多孔绝缘层。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图和实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些附图和实施例仅用于说 明本申请而不用于限制本申请的范围。
[0040] 如图1所示的电极片包括集流体10、导电层20、电极膜30。通过在集流体10的表 面覆盖含有电子导电性能的陶瓷材料的导电层20,能够提高电极片的整体结构强度，进而 降低对集流体10的厚度要求。
[0041] 导电层20和电极膜30可以沿集流体10的厚度方向由内至外依次排布，即导电层 20位于集流体10以及电极膜30之间，如图1所示；也可以由外至内依次排布，即电极膜30 位于集流体10以及导电层20之间，如图2所示。
[0042] 如图3所示，电极片还包括绝缘层40,绝缘层40覆盖于集流体表面未被导电层20 和电极膜30覆盖的区域。多孔绝缘陶瓷的使用能够提高对锂离子电池内部电解液的吸收 量，采用这种电极片的锂离子电池可具备更高的循环利用效率。多孔绝缘层40的厚度应不 超过导电层20以及电极膜30的厚度之和。
[0043] 如图4所示，锂离子电池包括正极片1，负极片2、电解液以及设置于正极片1与负 极片2之间的隔离膜3,该锂离子电池的正极片1或者负极片2应用上述两种电极片。
[0044] 如图5和图6所示，在锂离子电池中，极耳4与集流体10未覆盖导电层20和电极 膜30的一端的厚度方向的一侧连接。导电层20以及电极膜30由集流体10上的一端向极 耳4所在的一端延伸，且集流体10两侧的导电层20以及电极膜30长度也有所差异，与极 耳4位于集流体10同一侧的导电层20以及电极膜30的长度大于另一侧的导电层20以及 电极膜30的长度。
[0045] 如图7所示，当其采用导电层20位于集流体10以及电极膜30之间的电极片，并 且该电极片设置有绝缘层40时，绝缘层40覆盖极耳4。
[0046] 为了具体说明本申请的技术效果，下面提供一些具体的实验数据。
[0047] 实验例1电极片的制备
[0048] 正极活性物质浆料的制备：将活性物质钴酸锂、粘结剂PVDF(聚偏氟乙烯）、导电 炭黑混合，经高速搅拌得到分散均匀制成含有正极活性物质的混合物。混合物中，固体成分 包含95wt %的钴酸锂、2. 5wt %的PVDF和2. 5wt %的导电炭黑。混合物使用NMP (N-甲基吡 咯烷酮）作为溶剂制成正极活性物质浆料，浆料中固体含量为70wt%。
[0049] 负极活性物质浆料的制备：将活性物质人造石墨、粘结剂SBR(丁苯乳胶）、羧甲基 纤维素钠和导电炭黑混合，经高速搅拌得到分散均匀制成含有负极活性物质的混合物。混 合物中，固体成分包含95wt%的人造石墨、1. 5wt%的羧甲基纤维素钠、1. 5wt%的导电炭 黑、2wt%的丁苯乳胶。使用水做溶剂，制成负极活性物质浆料，浆料中固含量为50wt%。
[0050] 导电陶瓷浆料的制备：将中值粒径为2?6 μ m的具有电子导电性的陶瓷材料、粘 结剂按照95 :5比例进行混合，使用水做溶剂，经高速搅拌得到分散均匀制成含有导电陶瓷 材料物质的混合浆料，浆料中固含量为16. 5wt%。
[0051] 多孔绝缘陶瓷浆料的制备：将中值粒径为1?10 μ m的多孔绝缘陶瓷材料、粘结剂 按照96 :4的比例进行混合，经高速搅拌得到分散均匀制成含有导电陶瓷材料物质的混合 浆料，浆料中固含量为12. 5wt%。
[0052] 电极片的制备：根据本申请的实施方案，分别将正极活性物质浆料、导电陶瓷浆 料、多孔绝缘陶瓷浆料按照一定方式涂覆在集流体的两面，再用辊压机将极片压实，得到正 极极片P1?P6。
[0053] 根据本申请的实施方案，分别将负极活性物质浆料、导电陶瓷浆料、多孔绝缘陶瓷 浆料按照一定方式涂覆在集流体的两面，再用辊压机将极片压实，得到负极极片N1?N6。
[0054] 各个电极片的编号与集流体、导电陶瓷材料的种类、多孔绝缘陶瓷的种类、涂覆方 式等的关系如表1所示。
[0055] 表 1
[0056]
【权利要求】
1. 一种电极片，其特征在于，包括： 集流体； 导电层，所述导电层含有具有电子导电性能的陶瓷材料； 电极膜，所述电极膜含有电极活性物质。
2. 根据权利要求1所述的电极片，其特征在于，所述具有电子导电性能的陶瓷材料选 自室温电导率不低于104S · cnT1的陶瓷材料中的至少一种。
3. 根据权利要求1所述的电极片，其特征在于，所述具有电子导电性能的陶瓷材料选 自Ta4AlC3陶瓷材料、Ti 3SiC2陶瓷材料、Ti3AlC2陶瓷材料、Ti 4AlN3陶瓷材料、Ti4GeC3陶瓷 材料、Ta 4AlC3陶瓷材料、Hf2Al4C5陶瓷材料、Nb 4AlC3陶瓷材料、TiB2陶瓷材料、ZrB2陶瓷材 料、ZrC陶瓷材料、WC陶瓷材料、SiC陶瓷材料、TiC陶瓷材料、TiN陶瓷材料中的至少一种。
4. 根据权利要求1所述的电极片，其特征在于，所述具有电子导电性能的陶瓷材料颗 粒的中值粒径不大于100 μ m。
5. 根据权利要求1所述的电极片，其特征在于，所述集流体、所述导电层、所述电极膜 的位置关系为：导电层位于集流体和电极膜之间，或者电极膜位于集流体和导电层之间。
6. 根据权利要求1所述的电极片，其特征在于，所述电极膜中含有的电极活性物质为 正极活性物质时，所述电极片为正极极片，所述正极极片中集流体和导电层的厚度之和为 2?14 μ m，正极极片中导电层的厚度为0· 1?6 μ m。
7. 根据权利要求1所述的电极片，其特征在于，所述电极膜中含有的电极活性物质为 负极活性物质时，所述电极片为负极极片，所述负极极片中集流体和导电层的厚度之和为 3?10 μ m，负极极片中导电层的厚度为0· 1?5 μ m。
8. 根据权利要求1所述的电极片，其特征在于，所述电极片中包括绝缘层，所述绝缘层 含有多孔绝缘陶瓷材料。
9. 根据权利要求8所述的电极片，其特征在于，所述多孔绝缘陶瓷材料选自A1N陶瓷材 料、MgO陶瓷材料、Si02陶瓷材料、BeO陶瓷材料、Th0 2陶瓷材料、Zr02陶瓷材料、Y2Si05陶瓷 材料、Y 2Si207陶瓷材料、BaZr03陶瓷材料、BaCe0 3陶瓷材料、CaTi03陶瓷材料、Si3N4陶瓷材 料、Si 3C4陶瓷材料、塞隆陶瓷材料中的至少一种。
10. -种锂离子电池，其特征在于，含有权利要求1-9任一项所述的电极片。
【文档编号】H01M4/13GK104282877SQ201410550276
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】李永, 陶涛, 高云雷, 王茂凤 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
【专利摘要】本申请涉及一种电极片及含有该电极片的锂离子电池。所述电极片包括集流体、导电层和电极膜；所述导电层含有具有电子导电性能的陶瓷材料；所述电极膜含有电极活性物质。该电极片具有集流体厚度低的特点，用于锂离子电池时，能够提高电池的快充性能，满足电池高能量密度要求，同时能够提高锂离子电池的循环寿命和稳定性。
【专利说明】电极片及含有该电极片的锂离子电池
【技术领域】
[0001] 本申请涉及一种电极片及含有该电极片的锂离子，属于清洁能源领域。
【背景技术】
[0002] 近年，随着电子信息产业的快速发展，作为移动电话和笔记本电脑等的移动设备 用电源的锂离子电池，要求比能量更大，工作电压更高、循环寿命更长。
[0003] 相关技术中的锂离子电池，一般由正极片，隔离膜和负极片构成。正极片一般是在 厚12 μ m左右的Cu集流体的两面涂覆石墨等活性物质。负极片一般是在厚度为16 μ m左 右的A1集流体的两面涂覆LiCo02、LiNi1/3Co1/3Mn 1/302、LiFeP04等活性物质。
[0004] 由于集流体上需要涂覆活性物质，因此对其强度有一定要求。例如A1集流体，由 于铝箔的韧性强度较差，当铝箔继续减薄时，在涂敷完活性物质后，铝箔极易出现打卷，开 裂等问题。较厚的集流体，极大的抑制了电芯向厚度更薄，比能量更大的趋势发展。
【发明内容】
[0005] 根据本申请的一个方面，提供了一种可降低电芯的直流内阻，有效的提高电芯的 倍率性能的电极片。该电极片用于锂离子电池时，能够提高电池的快充性能，满足电池高能 量密度要求，同时能够提高锂离子电池的循环寿命和稳定性。
[0006] 所述电极片，其特征在于，包括：
[0007] 集流体；
[0008] 导电层，所述导电层含有具有电子导电性能的陶瓷材料；
[0009] 电极膜，所述电极膜含有电极活性物质。
[0010] 优选地，所述具有电子导电性能的陶瓷材料选自室温电导率不低于104s · cnT1的 陶瓷材料中的至少一种。进一步优选地，所述具有电子导电性能的陶瓷材料选自室温电导 率不低于10 6s · cnT1的陶瓷材料中的至少一种。
[0011] 优选地，所述具有电子导电性能的陶瓷材料选自金属陶瓷材料和/或陶瓷材料基 复合金属材料。
[0012] 优选地，所述具有电子导电性能的陶瓷材料含有具有化学通式Mn+1AnX的陶瓷材料 中的至少一种；其中，Μ选自IIIB?VB副族，4?6周期；A选自IIIA?VIA主族；X选自 C或N元素。优选地，所述Μ选自Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf或Ta ;所述A选自Al、Si、P、 S、Ga、Ge、As、Cd、In或Sn。Mn+1AnX材料是一种集金属和陶瓷材料优良性能于一身的新型 陶瓷材料材料，该种材料不仅具有良好的导电导热性、可塑性和易加工性，同时还具有高强 度、良好的抗氧化、耐高温和自润滑特性。
[0013] 优选地，所述具有电子导电性能的陶瓷材料选自Ta4AlC3陶瓷材料、Ti 3SiC2陶瓷材 料、Ti3AlC2陶瓷材料、Ti 4AlN3陶瓷材料、Ti4GeC3陶瓷材料、Ta 4AlC3陶瓷材料、Hf2Al4C5陶瓷 材料、Nb 4AlC3陶瓷材料、TiB2陶瓷材料、ZrB2陶瓷材料、ZrC陶瓷材料、WC陶瓷材料、SiC陶 瓷材料、TiC陶瓷材料、TiN陶瓷材料中的至少一种。进一步优选地，所述具有电子导电性能 的陶瓷材料选自Ta4AlC3陶瓷材料、Ti3SiC2陶瓷材料、Ti 4AlN3陶瓷材料、TiN陶瓷材料、TiC 陶瓷材料、Ti3AlC2陶瓷材料中的一种或几种的混合物。
[0014] 优选地，所述具有电子导电性能的陶瓷材料为纳米陶瓷材料。进一步优选地，所述 具有电子导电性能的陶瓷材料颗粒的中值粒径为〇. 5?20 μ m。进一步优选地，所述具有电 子导电性能的陶瓷材料颗粒的中值粒径为2?6 μ m。
[0015] 包含具有电子导电性能的陶瓷材料的导电层可大幅降低阴极极片和/或阳极极 片中的集流体的厚度，所述极片用于锂离子电池时，可以大幅提高锂离子电池的体积能量 密度。
[0016] 优选地，所述集流体、所述导电层、所述电极膜的位置关系为：导电层位于集流体 和电极膜之间，或者电极膜位于集流体和导电层之间。进一步优选地，所述导电层位于集流 体和电极膜之间。
[0017] 优选地，所述导电层由具有电子导电性能的陶瓷材料与粘结剂组成。导电层采用 涂覆的方法，涂覆在集流体表面或者电极膜表面。本领域技术人员可以根据实际需要，选择 粘结剂的种类以及陶瓷材料与粘结剂的比例。优选地，所述导电层中粘结剂的重量百分含 量为1%?20%。进一步优先地，所述导电层中粘结剂的重量百分含量为1%?10%。
[0018] 优选地，所述导电层为具有电子导电性能的陶瓷材料所形成的膜。可采用原位合 成法、化学气相沉淀法、动态膜法、溅射法、物理气相沉淀法等方法，在集流体和/或电极膜 的表面原位形成具有电子导电性能的陶瓷膜。
[0019] 优选地，所述电极膜中含有的电极活性物质为正极活性物质时，所述电极片为正 极极片，所述正极极片中集流体和导电层厚度之和为2?14 μ m，正极极片中导电层的厚度 为0. 1?6μηι。进一步优选地，所述正极极片中集流体和导电层厚度之和为3?14 μ m。 进一步优选地，所述正极极片的集流体和导电层厚度之和范围上限任选自13. 5 μ m、12 μ m、 10 μ m、8 μ m，下限任选自4 μ m、4. 5 μ m、5 μ m、5. 5 μ m。进一步优选地，正极极片中导电层的 厚度范围上限任选自5 μ m、3 μ m、2 μ m，下限任选自0. 5 μ m、1 μ m、1. 5 μ m。本领域技术人员 可以根据实际需要选择合适的正极活性物质。优选地，所述正极活性物质选自钴酸锂、镍酸 锂、锰酸锂、钒酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂中的至少一种。
[0020] 优选地，所述电极膜中含有的电极活性物质为负极活性物质时，所述电极片为负 极极片，所述负极极片中集流体和导电层厚度之和为3?10 μ m，负极极片中导电层的厚度 为0. 1?5 μ m。进一步优选地，所述负极极片中集流体和导电层厚度之和范围上限任选自 9. 5 μ m、9 μ m、8 μ m，下限任选自4 μ m、5 μ m、5. 5 μ m、6 μ m。进一步优选地，负极极片中导电 层的厚度范围上限任选自5 μ m、3 μ m、2 μ m，下限任选自0. 5 μ m、1 μ m、1. 5 μ m。本领域技术 人员可以根据实际需要选择合适的负极活性物质。优选地，所述负极活性物质选自碳基负 极材料、硅基复合负极材料、锡基复合氧化物负极材料、锂的过渡金属氮化物负极材料中的 至少一种。
[0021] 优选地，所述电极片中包括绝缘层，所述绝缘层含有多孔绝缘陶瓷材料。优选地， 所述多孔绝缘陶瓷材料选自A1N陶瓷材料、MgO陶瓷材料、Si0 2陶瓷材料、BeO陶瓷材料、 Th02陶瓷材料、Zr02陶瓷材料、Y2Si05陶瓷材料、Y 2Si207陶瓷材料、BaZr03陶瓷材料、BaCe0 3 陶瓷材料、CaTi03陶瓷材料、Si3N4陶瓷材料、Si3C 4陶瓷材料、塞隆陶瓷材料（也写作Sialon 陶瓷，含有Si、A1、0、N的陶瓷材料，由Si3N4中的Si和N被A1 (或A1+其他金属元素）和 0部分替代形成的化合物）中的至少一种。
[0022] 优选地，所述多孔绝缘陶瓷材料为纳米陶瓷材料。进一步优选地，所述多孔绝缘陶 瓷材料的中值粒径为0. 2?30 μ m。进一步优选地，所述多孔绝缘陶瓷材料的中值粒径为 1 ?10 μ m〇
[0023] 优选地，所述绝缘层由多孔绝缘陶瓷材料和粘结剂组成。绝缘层采用涂覆的方法， 涂覆在集流体表面未覆盖导电层和电极膜的区域。本领域技术人员可以根据实际需要，选 择粘结剂的种类及陶瓷材料与粘结剂的比例。优选地，所述绝缘层中粘结剂的重量百分含 量为1%?20%。进一步优先地，所述绝缘层中粘结剂的重量百分含量为1%?10%。
[0024] 优选地，所述绝缘层为多孔绝缘陶瓷材料所形成的膜。可采用原位合成法、化学气 相沉淀法、动态膜法、溅射法、物理气相沉淀法等方法，在集流体表面未覆盖导电层和电极 膜的区域原位形成多孔绝缘的陶瓷膜。
[0025] 绝缘层的作用在于绝缘防止短路以及固定极耳。而在绝缘层中使用多孔绝缘陶瓷 材料，可以提高电芯的内部利用空间和电解液的吸收量，改善电芯循环，同时省去传统工艺 中阴极收尾处贴绿胶，既提高效率，又提高电池安全性。
[0026] 根据本申请的又一个方面，提供了一种锂离子电池，其特征在于，含有上述任一电 极片。所述锂离子电池包括正极极片，负极极片以及设置于正极极片和负极极片之间的隔 离膜，所述正极极片和/或所述负极极片选自上述任一电极片。
[0027] 优选地，所述锂离子电池还包括极耳。
[0028] 优选地，所述锂离子电池为叠片式锂离子电池或卷绕式锂离子电池。
[0029] 本申请所述技术方案包括以下有益效果：
[0030] 本申请所述电极片，通过涂覆导电层可降低电芯的直流内阻，有效的提高电芯的 倍率性能。通过在导电层中使用陶瓷材料，降低电极片中的集流体厚度，集流体厚度的降低 可以进一步提高电芯的倍率性能。该电极片用于锂离子电池时，能够提高电池的快充性能， 满足电池高能量密度要求，同时能够提高锂离子电池的循环寿命和稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 图1为本申请一种实施方式的电极片的结构示意图。
[0032] 图2为本申请一种实施方式的电极片的结构示意图。
[0033] 图3为本申请一种实施方式的电极片的结构示意图。
[0034] 图4为本申请一种实施方式的锂离子电池的电芯结构示意图。
[0035] 图5为本申请一种实施方式的电极片与极耳的位置示意图。
[0036] 图6为本申请一种实施方式的电极片与极耳的位置示意图。
[0037] 图7为本申请一种实施方式的电极片与极耳的位置示意图。
[0038]
【专利附图】
【附图说明】：1-正极片；2_负极片；3_隔尚膜；4_极耳；10-集流体；20-导电层； 30-电极膜；40-多孔绝缘层。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图和实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些附图和实施例仅用于说 明本申请而不用于限制本申请的范围。
[0040] 如图1所示的电极片包括集流体10、导电层20、电极膜30。通过在集流体10的表 面覆盖含有电子导电性能的陶瓷材料的导电层20,能够提高电极片的整体结构强度，进而 降低对集流体10的厚度要求。
[0041] 导电层20和电极膜30可以沿集流体10的厚度方向由内至外依次排布，即导电层 20位于集流体10以及电极膜30之间，如图1所示；也可以由外至内依次排布，即电极膜30 位于集流体10以及导电层20之间，如图2所示。
[0042] 如图3所示，电极片还包括绝缘层40,绝缘层40覆盖于集流体表面未被导电层20 和电极膜30覆盖的区域。多孔绝缘陶瓷的使用能够提高对锂离子电池内部电解液的吸收 量，采用这种电极片的锂离子电池可具备更高的循环利用效率。多孔绝缘层40的厚度应不 超过导电层20以及电极膜30的厚度之和。
[0043] 如图4所示，锂离子电池包括正极片1，负极片2、电解液以及设置于正极片1与负 极片2之间的隔离膜3,该锂离子电池的正极片1或者负极片2应用上述两种电极片。
[0044] 如图5和图6所示，在锂离子电池中，极耳4与集流体10未覆盖导电层20和电极 膜30的一端的厚度方向的一侧连接。导电层20以及电极膜30由集流体10上的一端向极 耳4所在的一端延伸，且集流体10两侧的导电层20以及电极膜30长度也有所差异，与极 耳4位于集流体10同一侧的导电层20以及电极膜30的长度大于另一侧的导电层20以及 电极膜30的长度。
[0045] 如图7所示，当其采用导电层20位于集流体10以及电极膜30之间的电极片，并 且该电极片设置有绝缘层40时，绝缘层40覆盖极耳4。
[0046] 为了具体说明本申请的技术效果，下面提供一些具体的实验数据。
[0047] 实验例1电极片的制备
[0048] 正极活性物质浆料的制备：将活性物质钴酸锂、粘结剂PVDF(聚偏氟乙烯）、导电 炭黑混合，经高速搅拌得到分散均匀制成含有正极活性物质的混合物。混合物中，固体成分 包含95wt %的钴酸锂、2. 5wt %的PVDF和2. 5wt %的导电炭黑。混合物使用NMP (N-甲基吡 咯烷酮）作为溶剂制成正极活性物质浆料，浆料中固体含量为70wt%。
[0049] 负极活性物质浆料的制备：将活性物质人造石墨、粘结剂SBR(丁苯乳胶）、羧甲基 纤维素钠和导电炭黑混合，经高速搅拌得到分散均匀制成含有负极活性物质的混合物。混 合物中，固体成分包含95wt%的人造石墨、1. 5wt%的羧甲基纤维素钠、1. 5wt%的导电炭 黑、2wt%的丁苯乳胶。使用水做溶剂，制成负极活性物质浆料，浆料中固含量为50wt%。
[0050] 导电陶瓷浆料的制备：将中值粒径为2?6 μ m的具有电子导电性的陶瓷材料、粘 结剂按照95 :5比例进行混合，使用水做溶剂，经高速搅拌得到分散均匀制成含有导电陶瓷 材料物质的混合浆料，浆料中固含量为16. 5wt%。
[0051] 多孔绝缘陶瓷浆料的制备：将中值粒径为1?10 μ m的多孔绝缘陶瓷材料、粘结剂 按照96 :4的比例进行混合，经高速搅拌得到分散均匀制成含有导电陶瓷材料物质的混合 浆料，浆料中固含量为12. 5wt%。
[0052] 电极片的制备：根据本申请的实施方案，分别将正极活性物质浆料、导电陶瓷浆 料、多孔绝缘陶瓷浆料按照一定方式涂覆在集流体的两面，再用辊压机将极片压实，得到正 极极片P1?P6。
[0053] 根据本申请的实施方案，分别将负极活性物质浆料、导电陶瓷浆料、多孔绝缘陶瓷 浆料按照一定方式涂覆在集流体的两面，再用辊压机将极片压实，得到负极极片N1?N6。
[0054] 各个电极片的编号与集流体、导电陶瓷材料的种类、多孔绝缘陶瓷的种类、涂覆方 式等的关系如表1所示。
[0055] 表 1
[0056]
【权利要求】
1. 一种电极片，其特征在于，包括： 集流体； 导电层，所述导电层含有具有电子导电性能的陶瓷材料； 电极膜，所述电极膜含有电极活性物质。
2. 根据权利要求1所述的电极片，其特征在于，所述具有电子导电性能的陶瓷材料选 自室温电导率不低于104S · cnT1的陶瓷材料中的至少一种。
3. 根据权利要求1所述的电极片，其特征在于，所述具有电子导电性能的陶瓷材料选 自Ta4AlC3陶瓷材料、Ti 3SiC2陶瓷材料、Ti3AlC2陶瓷材料、Ti 4AlN3陶瓷材料、Ti4GeC3陶瓷 材料、Ta 4AlC3陶瓷材料、Hf2Al4C5陶瓷材料、Nb 4AlC3陶瓷材料、TiB2陶瓷材料、ZrB2陶瓷材 料、ZrC陶瓷材料、WC陶瓷材料、SiC陶瓷材料、TiC陶瓷材料、TiN陶瓷材料中的至少一种。
4. 根据权利要求1所述的电极片，其特征在于，所述具有电子导电性能的陶瓷材料颗 粒的中值粒径不大于100 μ m。
5. 根据权利要求1所述的电极片，其特征在于，所述集流体、所述导电层、所述电极膜 的位置关系为：导电层位于集流体和电极膜之间，或者电极膜位于集流体和导电层之间。
6. 根据权利要求1所述的电极片，其特征在于，所述电极膜中含有的电极活性物质为 正极活性物质时，所述电极片为正极极片，所述正极极片中集流体和导电层的厚度之和为 2?14 μ m，正极极片中导电层的厚度为0· 1?6 μ m。
7. 根据权利要求1所述的电极片，其特征在于，所述电极膜中含有的电极活性物质为 负极活性物质时，所述电极片为负极极片，所述负极极片中集流体和导电层的厚度之和为 3?10 μ m，负极极片中导电层的厚度为0· 1?5 μ m。
8. 根据权利要求1所述的电极片，其特征在于，所述电极片中包括绝缘层，所述绝缘层 含有多孔绝缘陶瓷材料。
9. 根据权利要求8所述的电极片，其特征在于，所述多孔绝缘陶瓷材料选自A1N陶瓷材 料、MgO陶瓷材料、Si02陶瓷材料、BeO陶瓷材料、Th0 2陶瓷材料、Zr02陶瓷材料、Y2Si05陶瓷 材料、Y 2Si207陶瓷材料、BaZr03陶瓷材料、BaCe0 3陶瓷材料、CaTi03陶瓷材料、Si3N4陶瓷材 料、Si 3C4陶瓷材料、塞隆陶瓷材料中的至少一种。
10. -种锂离子电池，其特征在于，含有权利要求1-9任一项所述的电极片。
【文档编号】H01M4/13GK104282877SQ201410550276
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】李永, 陶涛, 高云雷, 王茂凤 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
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