一种锂离子电池的正极极片及包含该极片的电池的制作方法与工艺

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池的正极极片及包含该极片的电池。

背景技术：
锂离子电池大规模商用化以来，凭借其高能量密度、高功率密度的优点，在便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到普遍应用。虽然市场需求越来越大，但是对于锂离子电池制造厂商而言，面临的竞争也越来越激烈。竞争的激烈一方面体现在锂离子电池的性能的优劣比对上，另一方面体现在电池制造成本的高低上。为了提高产品的竞争力，锂离子电池制造厂商们都在一直致力于电池性能提升和电池制造成本降低。在众多的技术努力中，绝大部分技术都只能达到一个方面的要求，要么只能提高电池性能，要么只能降低电池成本。所以，那些能同时提高电池性能和降低电池制造成本的技术努力和创新，对于锂离子电池制造厂商无疑是有着非常大的吸引力。

技术实现要素：
本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种锂离子电池的正极极片，该正极极片对于电解液有非常快的吸收速度，能大幅降低电芯注液后的静止时间，从而降低电池的制造时间成本，而且对于电池充放电倍率性能都会有明显的提升。为了达到上述目的，本发明提供一种锂离子电池的正极极片，该技术方案如下：一种锂离子电池的正极极片，正极极片设置有裂纹结构，所述裂纹结构的开口设置于极片的表层。裂纹结构的制备可以是通过在极片涂布干燥过程中制备，也可以是通过极片在干燥后过辊弯曲过程中制备，裂纹可以是直的或弯曲的，裂纹走向可以是沿极片宽度方向或沿极片长度方向，也可以是沿极片宽度方向和长度方向的两个方向，裂纹走向优选为沿电芯宽度方向，且贯穿到电芯宽度边缘。裂纹可以从极片表面贯穿整个极片厚度，也可以只贯穿极片部分厚度；相比后者，前者对电解液吸收速度的改善和电池倍率性能的改善更显著。对于目前常用的商业化锂离子电池而言，正常情况下电池极片中是不会有裂纹结构的。这种没有裂纹结构的电池极片在冷压工序中，极片表面的很多孔洞会被堵塞，因为极片冷压工序中存在一个碾压过程。对冷压后的极片进行电解液的吸收速度测试，就会很容易发现电极液的吸收速度非常慢，因为表面的很多孔洞已经被堵塞。本发明中的裂纹的存在为电解液渗透到极片内部提供了高速通道，而且这些裂纹很难在冷压过程中被完全堵塞，所以可以大幅提高电解液的吸收速度，降低电芯注液后的静止时间。所述正极极片中的活性物质为钴酸锂、镍钴锰、磷酸铁锂和锰酸锂中的至少一种。所述裂纹结构中的裂纹的宽度为1~20um，裂纹的宽度应该至少在1um以上，否则将因为毛细作用，很难起到对电解液吸收速度的改善；但是裂纹宽度也不应太大，否则将对电池的阻抗、极片的结构稳定性、电池的能量密度产生较大的影响。优选的，所述裂纹结构中的裂纹的宽度为1~5um。所述裂纹结构中的裂纹的长度为至少5um，裂纹的长度不应太小，否则容易在冷压过程中被堵塞。所述裂纹结构中的裂纹的面密度为10~10000m/m2，裂纹的面密度不应太小，否则对极片的吸液性能和电池的倍率性能改善效果不明显；面密度也不应太大，否则会对电池的阻抗、极片的结构稳定性、电池的能量密度产生较大的影响。优选的，所述裂纹结构中的裂纹的面密度为100~1000m/m2。所述裂纹结构中的裂纹的截面形状为三角形、梯形和矩形中的至少一种。本发明另一个目的在于提供一种锂离子电池，包括正极极片、负极极片、设置于所述正极极片和所述负极极片之间的隔膜以及电解液，所述锂离子电池采用上述具有裂纹结构的正极极片作为锂离子电池极片。对于由本发明公布的新结构极片组装成的电池而言，裂纹的存在能提高电池的充放电倍率性能。同样的道理，没有裂纹存在的电池极片，由于冷压过程中极片表层的部分孔洞被堵塞，充放电过程中，锂离子在通过极片表层孔洞来回迁移将受到很大的约束；另外，锂离子在极片厚度方向的迁移也受到曲折传输路径限制，因为高的压实密度决定极片内部不可能存在直接的电解液通道供锂离子直接从极片表层迁移到底层。本发明公布的新结构极片中的裂纹的存在，既解决了锂离子通过极片表层孔洞来回快速迁移所受到的瓶颈制约，又解决了锂离子在极片内部快速迁移所受曲折传输路径制约的问题，所以能够显著提高电池的倍率性能。附图说明图1为本发明的实施例1的结构示意图。图2为本发明的实施例2的结构示意图。图3为本发明的实施例3的结构示意图。图4为本发明的实施例4的结构示意图。图5为本发明的实施例5的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明及其有益效果进行详细说明，但本发明的实施例不限于此。实施例1，如图1所示，一种锂离子电池的正极极片，正极极片1设置有裂纹结构，裂纹结构的开口设置于极片的表层，其裂纹结构的裂纹3的面密度为100m/mm2，裂纹3的宽度为5um，裂纹3的长度为5um，裂纹3的截面形状为三角形，极片厚度完全贯穿有裂纹3。此正极极片1通过搅拌、涂布、制备裂纹得到。所用正极极片1是采用钴酸锂做为活性物质，按照正极配方（钴酸锂：聚偏氟乙烯:超导碳=96.0%:2.0%:2.0%）搅拌制备得到正极浆料，然后将正极浆料在铝箔集流体上涂布制备得到正极极片1，然后将正极极片1冷压（压实密度为4.20g/cc），与负极极片、隔膜、电解液以及包装袋组装成成品电芯。为了表征新结构正极极片1对电解液的吸收速度，我们是通过在冷压后的正极极片1滴0.1g电解液，然后计量极片完全吸收0.1g电解液所需要的时间，并记录于表1以用于对比。另外，我们还会对电芯进行3Ｃ放电和3Ｃ充电倍率测试，测试结果记录于表1用于对比。实施例2，如图2所示，与实施例1不同的是：本实施例的裂纹3的面密度为1000m/mm2，裂纹3的宽度为12um，裂纹3的长度为8um，裂纹3的截面形状为梯形，极片厚度完全贯穿有裂纹3。所用正极极片1是采用钴镍钴锰做为活性物质，正极极片1中各组分配比为，镍钴锰：聚偏氟乙烯:超导碳=96.0%:2.0%:2.0%。将此正极极片1冷压（压实密度4.20g/cc），与负极极片、隔膜、电解液以及包装袋组装成成品电芯。其它的与实施例1相同，这里不再重复。实施例3，如图3所示，与实施例2不同的是：本实施例的裂纹3的面密度为10m/mm2，裂纹3的宽度为1um，裂纹3的长度为9um，裂纹3的截面形状为矩形，极片厚度不完全贯穿有裂纹。所用正极极片1是采用磷酸铁锂做为活性物质，按照正极配方（磷酸铁锂：聚偏氟乙烯:超导碳=96.0%:2.0%:2.0%）搅拌制备得到正极浆料,然后将正极浆料在铝箔集流体上涂布制备得到正极极片1，然后将正极极片1冷压（压实密度为4.20g/cc），与负极极片、隔膜、电解液以及包装袋组装成成品电芯。其它的与实施例2相同，这里不再重复。实施例4，如图4所示，与实施例3不同的是：本实施例的裂纹3的面密度为10000m/mm2，裂纹3的宽度为20um，裂纹3的长度为12um，裂纹3的截面形状为三角形和梯形，极片厚度完全贯穿有裂纹3。所用正极极片1是采用锰酸锂做为活性物质，正极极片1中各组分配比为，锰酸锂：聚偏氟乙烯:超导碳=96.0%:2.0%:2.0%。将此正极极片1冷压后（压实密度4.20g/cc），与负极极片、隔膜、电解液以及包装袋组装成成品电芯。其它的与实施例3相同，这里不再重复。实施例5，如图5所示，与实施例4不同的是：本实施例的裂纹3的面密度为500m/mm2,裂纹3的宽度为7um，裂纹3的长度大于22um，裂纹3的截面形状为三角形、矩形和梯形。所用正极极片1是采用锰酸锂和钴酸锂做为活性物质，正极极片1中各组分配比为，锰酸锂+钴酸锂：聚偏氟乙烯:超导碳=96.0%:2.0%:2.0%。将此正极极片1冷压后（压实密度4.20g/cc），与负极极片、隔膜、电解液以及包装袋组装成成品电芯。对比例1，本对比例的正极极片没有裂纹结构。此正极极片通过搅拌、涂布、制备裂纹得到。正极极片中各组分配比为，钴酸锂：聚偏氟乙烯:超导碳=96.0%:2.0%:2.0%。将此正极极片冷压后（压实密度4.20g/cc），与负极极片、隔膜、电解液以及包装袋组装成成品电芯。为了表征此对比例中正极极片和负极极片对电解液的吸收速度，我们是通过在冷压后在正极极片上滴0.1g电解液，然后计量极片完全吸收这0.1g电极液所需要的时间，并记录于表1以用于对比。另外，我们还会电芯进行3Ｃ放电和3Ｃ充电倍率测试，测试结果记录于表1用于对比。如表1：实施例1~5和对比例1对正极极片吸收0.1ｇ电解液所需的时间，及该极片组装成电池后进行3C放电倍率性能和电倍率测试结果。从表1中可以看出，采用本发明提出的具有裂纹结构的锂离子电池极片后，极片对电解液的吸收速度有了大幅提高；当电池中的正极极片1具有裂纹结构后，电池的放电倍率将会有明显的提升。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能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。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。