一种电化学电池电极、含有该电极的电化学电池及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电化学电池领域，特别设及一种电化学电池电极、含有该电极的电化 学电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 进入21世纪W后，各种电子器件产品如手机、笔记本、可穿戴设备等层出不穷，极 大的丰富了广大用户的生活；同时，电动汽车及各类储能电站也如雨后春算般迅速萌芽、发 展、壮大。W上高科技产品，具有一个共同特征：需要高性能、低成本的电池充当储能部件。
[0003] 现有的电池主要有一次电池和二次电池两大类；所谓一次电池，即无法反复充电 的电池，主要包括碳锋电池、碱性电池、糊式锋儘电池、纸板锋儘电池、碱性锋儘电池、扣式 电池（扣式锋银电池、扣式裡儘电池、扣式锋儘电池）、锋空气电池、一次裡儘电池等、水银 电池；所谓二次电池，即可充电电池，主要包括二次碱性锋儘电池、儀儒充电电池、儀氨充电 电池、裡充电电池、铅酸电池、太阳能电池。铅酸蓄电池可分为：开口式铅酸蓄电池、全密闭 铅酸蓄电池。而从外包装角度分析，现有电池主要分为软包装电池及硬壳包装电池，由于软 包装电池包装膜本身厚度小，可塑性大，被广泛的运用于各类高档一次电池和二次电池中。
[0004] 然而随着生活品味的提高，人们对移动用电器提出了更高的体验需求：更轻、更 薄、更小、更持久、更安全便是运些体验具有代表性的几个方面，而更安全、更持久又是其中 最重要的体验之一，运就对储电器（电池）提出了更高的安全及能量密度需求；使用阻抗更 低的电极片、能量密度更高的电极材料是解决电忍安全性能、提高电忍能量密度的有效方 法。
[0005] 对于现有电极材料而言，往往是能量密度越高，其充放电体积膨胀率越大，因此充 放电过程中导致成品电忍电极涂层脱落的概率越高，从而导致电池循环性能变差。同时，为 了使得电池整体的能力密度高，电池中非活性物质组份所占比例、厚度就必须压缩到最低； 而石墨締（Graphene)片层材料厚度方向是现有材料中最薄的。
[0006] 有鉴于此，确有必要开发一种新的电化学电池电极，其不仅电阻率低、能够改善电 池的循环性能，还具有尽量薄的非活性物质层。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的一种电化学电池极片，包括集 流体和活性物质层，所述集流体与所述活性物质层之间设置有缓冲层，所述缓冲层的厚度 为0. 336nm~4ym;所述缓冲层含有粘接剂和导电剂，所述导电剂包括石墨締，所述石墨締 的片层平面与所述集流体的平面之间的夹角为0，且0 <45°的石墨締的质量占石墨締总 量的比例大于或等于50%。此时，石墨締倾向于平行于集流体排布，其所占的厚度更小，因 此非活性物质组份的缓冲层厚度更小，电池具有更高的能量密度。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0009] 一种电化学电池极片，包括集流体和活性物质层，所述集流体与所述活性物质层 之间设置有缓冲层，所述缓冲层的厚度为0. 336nm~4ym;所述缓冲层含有粘接剂和导电 剂，所述导电剂包括石墨締，所述石墨締的片层平面与所述集流体的平面之间的夹角为0， 且0 <45°的石墨締的质量占石墨締总量的比例大于或等于50%。0 <45°即是石墨締片 层倾向于平行于集流体排布；而"0 <45°的石墨締的质量占石墨締总量的比例大于或等 于50%"即是多数石墨締均倾向于平行于集流体排布；由于石墨締在各个维度上，厚度维 度最小，当其平行于集流体排布是，该缓冲层厚度更低，因此非活性物质组份的缓冲层厚度 更小，电池具有更高的能量密度。
[0010] 作为本发明一种电化学电池极片的一种改进，所述缓冲层的厚度为〇.336nm~ 2ym，优选Inm~1ym，缓冲层厚度越小，非活性物质组分所占厚度越低，电池能量密度越 高；所述粘接剂的质量占所述缓冲层的质量的比例为0. 5%~10%，粘接剂比例过低时，缓 冲层容易脱落，且缓冲效果不佳；粘接剂比例过高时，将影响该层的导电性能；所述导电剂 的质量占所述缓冲层的质量的比例为90%~99. 5%，导电剂比例过低，缓冲层电阻高，阻 抗大；导电剂比例过高，容易脱落，影响缓冲效果。
[0011] 作为本发明一种电化学电池极片的一种改进，所述粘接剂为聚偏氣乙締（PVD巧、 簇甲基纤维素钢（CMC)和下苯橡胶（SBR)中的至少一种；所述导电剂还包括导电炭黑、超级 导电碳、碳纳米管、导电炭纤维和科琴黑中的至少一种；所述石墨締的质量占所述导电剂的 总质量的比例为10 %~100%。
[0012] 作为本发明一种电化学电池极片的一种改进，所述石墨締的厚度为0.336nm~ lOOnm，所述石墨締的片层的平面尺寸（即石墨締片层平面的等效直径，"等效直径"即为与 平面面积相等的圆的直径）大于或等于IOnm,石墨締片层较小时，难W控制其平行于集流 体排布，因此更大片层的石墨締效果更佳；所述石墨締为氧化石墨締、石墨締和改性石墨締 (为了增加石墨締片层对磁场的响应，改性石墨締可W为在石墨締片层上复合/接枝有易 磁化元素，如铁、钢、钻、儀等元素）中的至少一种。
[0013] 作为本发明一种电化学电池极片的一种改进，夹角0《30° (0越小，说明石 墨締片层更倾向于平行于集流体排布）的石墨締的质量占石墨締总量的比例大于或等于 50%或/和夹角0《45°的石墨締的质量占石墨締总量的比例大于或等于70% (0越小、 比例越高，在相同石墨締的情况下，得到的缓冲层可W做得越薄）。
[0014] 作为本发明一种电化学电池极片的一种改进，所述电化学电池包括儀氨电池、儀 儒电池、铅酸电池、裡离子电池、电容器、锋离子电池、裡硫电池或钢离子电池；所述极片包 括正极片或/和负极片。
[0015] 本发明还包括一种电化学电池，包括正极片、负极片、隔离膜、电解质和外包装，所 述正极片或/和所述负极片选自本发明所述的电极片。
[0016] 本发明还包括一种电化学电池的制备方法，主要包括如下步骤：
[0017] 步骤1 :电极片制备：将含有石墨締的导电剂、粘接剂W及溶剂混合，配制成固含 量小于或等于40%的浆料，之后涂敷在集流体上，并施加外力，使得石墨締的片层平面与集 流体平面之间的夹角0《45°，干燥后即得到含有底层处理层的集流体；之后将含有活 性物质的浆料布置于底层处理层的表面，烘干后即得到电极片待用；浆料固含量低时，同等 胶量下，粘度较小，更有利于石墨締片层的移动，而片状的石墨締平铺于集流体上时势能最 低，本身即处于最稳定状态，容易保持平铺状态；
[001引步骤2 :成品电化学电池制备：将步骤1得到的极片冷压、分条、焊接后，与对电极、 隔离膜组装得到裸电忍，之后入壳/入袋、干燥、注液、化成、整形得到成品电化学电池。
[0019]作为本发明电化学电池制备方法的一种改进，步骤1所述的浆料的固含量小于或 等于6% (固含量较低时，浆料粘度较小，石墨締更容易平铺于集流体上），施加外力为施加 与集流体之间的夹角大于或等于45°的磁场，施加时间为浆料干燥前；所述干燥为冷冻干 燥或加热干燥。
[0020] 作为本发明电化学电池制备方法的一种改进，步骤1制备含有底层处理层的集流 体时，还采用CVD法于集流体上生长一层石墨締作为缓冲层。
[0021] 本发明的有益效果在于：
[0022] 首先，石墨締本身具有优良的导电性能，作为导电缓冲层的导电剂能够显著降低 电池阻抗；
[0023] 其次，石墨締倾向于平行于集流体排布，其所占的厚度更小，因此非活性物质组分 的缓冲层厚度更小，电池具有更高的能量密度；
[0024] 最后，制备过程中，选择了固含量低、粘度低的浆料，更有利于石墨締片层的移动， 而片状的石墨締平铺于集流体上时势能最低，本身即处于最稳定状态，容易保持平铺状态。
【具体实施方式】
[00巧]下面结合【具体实施方式】对本发明及其有益效果进行详细说明，但本发明的实施方 式不限于此。
[0026] 比较例，负极集流体缓冲层制备：选择导电炭黑为导电剂，PVDF为粘接剂（质量比 为95:5)，配制得到固含量为40 %的浆料，之后涂敷于铜集流体上，得到含有厚度为2ym缓 冲层的集流体；
[0027]负极片制备：选择质量比为1:9的娃、石墨混合材料作为活性物质，配制得到负极 浆料，之后涂敷于上述集流体表面，得到负极电极片待用；
[0028] 成品电化学电池制备：将上述负极冷压、分条、焊接后，与正极、隔离膜卷绕得到裸 电忍，之后选择侣塑膜为包装袋，进行顶封、侧封、干燥、注液、化成、整形得到成品电化学电 池。
[0029] 实施例1，与比较例不同的是，本实施例包括如下步骤：
[0030] 负极集流体缓冲层制备：选择片层厚度为Inm、平面尺寸为1 ym的石墨締作为导 电剂，PVDF为粘接剂（质量比为95:5)，配制得到固含量为3%的浆料，之后涂敷于铜集流 体上，待浆料涂敷于集流体上后，施加磁场直至膜片上浆料固化为止，控制磁场角度、强弱 及涂敷时的走带速度，使得约80%的石墨締片层与集流体的夹角为30°左右，从而得到含 有厚度为1ym缓冲层的集流体；
[0031] 其余与比较例相同，运里不在寶述。
[0032] 实施例2,与实施例1不同的是，本实施例包括如下步骤：
[0033]负极集流体缓冲层制备：选择片层厚度为Inm、平面尺寸为1Jim的石墨締作为导 电剂，PVDF为粘接剂（质量比为95:5)，配制得到固含量为3%的浆料，之后涂敷于铜集流 体上，待浆料涂敷于集流体上后，施加磁场直至膜片上浆料固化为止，控制磁场角度、强弱 及涂敷时的走带速度，使得约50%的石墨締片层与集流体的夹角为44°左右，从而得到含 有厚度为1ym缓冲层的集流体；
[0034] 其余与实施例1相同，运里不在寶述。
[0035] 实施例3,与实施例1不同的是，本实施例包括如下步骤：
[0036] 负极集流体缓冲层制备：选择片层厚度为Inm、平面尺寸为1Jim、的石墨締作为导 电剂，PVDF为粘接剂（质量比为95:5)，配制得到固含量为3%的浆料，之后涂敷于铜集流 体上，待浆料涂敷于集流体上后，施加磁场直至膜片上浆料固化为止，控制磁场角度、强弱 及涂敷时的走带速度，使得约70%的石墨締片层与集流体的夹角为20°左右，从而得到含 有厚度为1ym缓冲层的集流体；
[0037] 其余与实施例1相同，运里不在寶述。
[0038] 实施例4,与实施例1不同的是，本实施例包括如下步骤：
[0039] 负极集流体缓冲层制备：选择片层厚度为1皿、平面尺寸为0.4ym、的石墨締作为 导电剂，PVDF为粘接剂（质量比为95:5)，配制得到固含量为3%的浆料，之后涂敷于铜集 流体上，待浆料涂敷于集流体上后，施加磁场直至膜片上浆料固化为止，控制磁场角度、强 弱及涂敷时的走带速度，使得约90%的石墨締片层