一种提升锂离子电池倍率性能的正极片及其制备方法和用途与流程

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种提升锂离子电池倍率性能的正极片及其制备方法和用途。

背景技术：

以电动工具、电子烟、无人机、启停电源等为主的电子产品，由于要求快速放电，对锂离子电池倍率性能提出了很高的要求。随着市场的不断开拓以及人们消费观念的提高，在满足大倍率放电的基础上，对锂离子电池的能量密度需求也越来越高。

为了提高锂离子电池的倍率放电性能，一方面通过正极配方等提高正极材料的导电性，减小正极片阻抗从而降低电池极化来实现；另一方面，是通过减小活性物质载量，降低极片面密度来提高电池倍率放电性能，其归根结底也是降低电池阻抗，减小电池极化。

但是以上方法都不利于电池能量密度的提升。

技术实现要素：

为了改善现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种提升锂离子电池倍率性能的正极片及其制备方法和用途，所述正极片可以大大降低极片表面阻抗，提高锂离子电池的倍率性能，同时可以支持更高正极活性材料的载量，即提高正极片面密度，从而提高锂离子电池体积能量密度，即制备得到的正极片可以兼顾电池的倍率性能和能量密度。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种正极片，所述正极片包括集流体、铝网和正极层；

所述集流体一侧或两侧表面设置至少一层铝网和至少两层正极层，所述至少两层正极层和所述至少一层铝网依次交替设置在集流体表面。

根据本发明，所述至少两层正极层和所述至少一层铝网按正极层、铝网、正极层、铝网、……、正极层的顺序依次交替设置在集流体表面，且最外层为正极层。

根据本发明，所述集流体一侧或两侧表面设置至少一层铝网和至少两层正极层，优选为两侧表面。

根据本发明，所述集流体一侧或两侧表面设置1-10层铝网和2-11层正极层，例如设置1-8层铝网和2-9层正极层，例如设置1-6层铝网和2-7层正极层，设置1-4层铝网和2-5层正极层，例如设置1-3层铝网和2-4层正极层，例如设置1-2层铝网和2-3层正极层。

示例性地，所述正极片包括集流体、铝网、正极层x和正极层y，所述集流体一侧或两侧表面设置正极层x，所述正极层x表面设置铝网，所述铝网表面设置正极层y。

示例性地，所述正极片包括集流体、铝网a、铝网b、正极层x、正极层y和正极层z，所述集流体一侧或两侧表面设置正极层x，所述正极层x表面设置铝网a，所述铝网a表面设置正极层y，所述正极层y表面设置铝网b，所述铝网b表面设置正极层z。

根据本发明，所述正极层是通过包括如下组分的原料制备得到的：

(a)正极活性材料80-99.5wt％；(b)导电剂0-10wt％；(c)粘结剂0.5-10wt％。

示例性地，所述正极活性材料的添加量为80wt％、81wt％、82wt％、83wt％、84wt％、85wt％、90wt％、95wt％、96wt％、96.5wt％、97wt％、97.2wt％、97.5wt％、97.8wt％、98wt％、98.2wt％、98.5wt％、99wt％、99.5wt％；

示例性地，所述导电剂的添加量为0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2t％、3wt％、4wt％、5wt％、7wt％、10wt％；

示例性地，所述粘结剂的添加量为0.5wt％、0.8wt％、1wt％、1.5wt％、1.8t％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、8wt％、10wt％。

根据本发明，所述正极活性材料选自钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、ncm三元材料等中的至少一种。

根据本发明，所述导电剂选自superp、碳纳米管、炭黑等可用于正极导电剂材料中的一种或几种。

根据本发明，所述粘结剂选自sbr、pvdf等锂离子电池用正极粘结剂材料中的一种或几种。

根据本发明，所述正极层的厚度为10-200μm。例如为10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm。

根据本发明，每层正极层的厚度相同或不同，为了制备方便，优选为相同。

根据本发明，每层正极层的组成相同或不同，即制备所述每层正极层的正极混合浆料可以为相同组成和含量的正极混合浆料，也可以是不同组成和含量的正极混合浆料，所述不同组成和含量的正极混合浆料例如包括正极活性材料或其含量不同、导电剂或其含量不同、粘结剂或其含量不同中的至少一项不同。

根据本发明，所述集流体选自铝箔，例如为多孔铝箔或刻蚀铝箔的一种。

根据本发明，所述集流体的厚度为8-15μm，例如为8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm。

根据本发明，所述铝网目数为100目-1000目，厚度为6μm-25μm，例如为6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm。

根据本发明，所述铝网与集流体用铝带连接(如焊接)；所述铝带的数量可以是一个，也可以是多个。

本发明还提供上述正极片的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)在集流体至少一侧表面涂覆正极层；

(2)在正极层表面设置铝网，在铝网表面涂覆正极层；

(3)任选地重复步骤(2)至少一次，例如为1-10次；

(4)用铝带将集流体和铝网连接，制备得到所述正极片。

根据本发明，步骤(1)具体为：在集流体至少一侧表面涂覆包括正极活性材料、导电剂和粘结剂的混合浆料，干燥，制备得到正极层。

根据本发明，步骤(4)具体为：用铝带将集流体和铝网焊接(所有的铝网)，制备得到所述正极片。

本发明还提供上述正极片的用途，其用于制备锂离子电池。

本发明还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括上述的正极片。

根据本发明，所述锂离子电池还包括负极片、隔膜和电解液。

其中，所述的负极片采用的石墨、硬碳、硅等可用作锂离子电池负极的常规材料。所述隔膜和电解液均为锂离子电池用常规材料。

本发明中，申请人出人意料地发现，根据本发明的正极片中至少一层铝网的设置，一方面不会阻碍锂离子从例如至少两层正极层进入电解液，保证了锂离子的脱出通道；另一方面，将铝网与集流体连接后，铝网相当于第二层集流体，大大降低了正极片的极化，同时有效降低正极片阻抗，从而提升了正极片的动力学性能；同时，由于双层集流体的存在，可以增加整个正极片的活性材料载量，即提高正极片面密度，从而有利于提升电池的体积能量密度。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种提升锂离子电池倍率性能的正极片及其制备方法和用途，所述正极片包括集流体、正极层和铝网，所述铝网与集流体用铝带连接，所述铝网的设置有利于降低正极片的极化和阻抗，进而提升电池倍率放电性能。同时可以在一定程度上增大正极活性物质载量，提升电池能量密度。本发明的锂离子电池正极片操作简单，易于商业化，对于改善电池倍率性能以及解决高正极面密度阻抗大的问题效果显著。

附图说明

图1为本发明的正极片的主视图。

图2为本发明的正极片的俯视图。

图3为本发明的正极片所得的极片阻抗组。

图4为本发明的正极片制得的锂离子电池在不同倍率下的放电性能。

附图标记：1是集流体；2是铝带连接点；3是铝网；4是正极层x；5是正极层y；6是正极极耳。

具体实施方式

下文将结合具体实施例对本发明的制备方法做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下述实施例中所使用的铝网选自目数为500目，厚度为10μm的铝网。

对比例1

配制正极浆料：

将96.0wt％正极活性材料钴酸锂、2.0wt％粘结剂pvdf、2.0wt％导电剂superp及一定量的nmp加入行星搅拌罐中，以公转35hz，分散1800hz的搅拌速度搅拌5h，使其充分混合配制成出料粘度在5000mpa.s的正极浆料。

将正极浆料涂覆在厚度为10μm的集流体层两侧表面，95℃下真空干燥箱干燥，制备得到单面涂覆层厚度为150μm的正极层。

选取的负极片的负极活性物质为石墨，隔膜为锂电池用常规基材隔膜，电解液为锂离子电池商业用液态电解液。

将上述制备得到的正极片、负极片和隔膜采用卷绕工艺，搭配液态电解液制成锂离子电池。

实施例1

其他同对比例1，区别在于正极层中插入一层铝网，正极层总厚度不变；即涂布时，先在集流体两侧表面分别涂覆一层厚度为75μm的正极层命名为正极层x，在正极层x表面加一层铝网，95℃真空烘烤2-4h；然后在铝网上再涂覆一层厚度为75μm的正极层命名为正极层y，将铝网与集流体用铝带焊接在一起，95℃真空烘烤8h，制得所得正极片，结果如图1所示，在集流体1两侧分别设置正极层x5、铝网3和正极层y5；且铝网3通过铝带连接点2与集流体1连接，所述正极还包括正极极耳6。

实施例2

其他同对比例1，区别在于正极层中插入一层铝网，正极层总厚度变厚；即涂布时，先在集流体两侧表面分别涂覆一层厚度为80μm的正极层命名为正极层x，在正极层x表面加一层铝网，95℃真空烘烤2-4h；然后在铝网上再涂覆一层厚度为80μm的正极层命名为正极层y，将铝网与集流体用铝带焊接在一起，95℃真空烘烤8h，制得所得正极片。

实施例3

其他同对比例1，区别在于正极层中插入一层铝网，正极层总厚度变厚；即涂布时，先在集流体两侧表面分别涂覆一层厚度为85μm的正极层命名为正极层x，在正极层x表面加一层铝网，95℃真空烘烤2-4h；然后在铝网上再涂覆一层厚度为85μm的正极层命名为正极层y，将铝网与集流体用铝带焊接在一起，95℃真空烘烤8h，制得所得正极片。

实施例4

其他同对比例1，区别在于正极层中插入两层铝网，正极层总厚度同对比例1；即涂布时，先在集流体两侧表面分别涂覆一层厚度为50μm的正极层命名为正极层x，在正极层x表面加一层铝网a，95℃真空烘烤2-4h；然后在铝网a上再涂覆一层厚度为50μm的正极层命名为正极层y，在正极层y表面加一层铝网b，95℃真空烘烤2-4h；再在铝网b表面涂覆一层厚度为50μm的正极层，命名为正极层z，将铝网a和铝网b与集流体用铝带焊接在一起，95℃真空烘烤8h，制得所得正极片。

将对比例1和实施例1-4制得的正极片在相同条件下进行极片阻抗测试(采用四探针测试仪测试)，数据如图3所示。同时将对比例1和实施例1-4的正极片制得的锂离子电池进行不同倍率条件下的放电性能测试，如图4所示。

其中，所述的放电性能测试是以一定电流恒流恒压充满电，然后以0.2c的电流进行放电，得到0.2c放电下的电池容量；其他倍率放电的测试条件同上，区别在于放电电流不一样；将不同倍率放电下的电池容量与0.2c倍率下的电池容量比值得到不同倍率条件下的放电性能数据。

图3所示的测试结果表明，采用本发明的正极片，极片阻抗更小，当正极涂层厚度增加时，极片阻抗增大，但相比对比例依然有优势，表明本发明的正极片支持更高的正极活性物质载量，提高正极片面密度，从而有利于提高电池能量密度；加入两层铝网，极片阻抗降低的更明显，表明多层铝网的引入可以更好的降低极片阻抗，进而减小电池极化从而有利于提升电池循环性能。

图4所示的测试结果表明，采用本发明的正极片制得的锂离子电池，具有更好的倍率放电性能，对于电动工具、启停电源等有大倍率放电性能需求的方向，具有显著优势。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。