一种电极极片及其制备方法和应用与流程

本发明属于电池，涉及一种电极极片及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂离子电池由于其能量密度高、安全性能好、循环寿命长等优点，目前已成为最具有发展潜力的电池之一，然而随着电动汽车及储能领域的不断更新，社会对锂离子电池的要求也越来越高。能量密度和循环是目前的两大难题，目前除使用克容量更高的正负极活性物质材料来提高单体电池容量外，在电池内部件结构上也有较多尝试，如使用更薄的箔材作为集流体，但更薄的箔材意味着抗拉强度的牺牲。在市场上为了提高产品竞争力，需要更高的单体电芯能量密度，进而对正负极片的压实密度要求也越来越高，但是同一款材料压实密度越大，其循环性能越差。

2、目前除使用克容量更高的正负极活性物质材料来提高单体电池容量外，在电池内部件结构上也有较多尝试，如使用更薄的箔材作为集流体，但更薄的箔材意味着抗拉强度的牺牲。在市场上为了提高产品竞争力，需要更高的单体电芯能量密度，进而对正负极片的压实密度要求也越来越高，较薄的箔材抗拉强度不足，在高压实下容易断裂。而且同一款材料压实密度越大，其循环性能越差。

3、cn108110220b公开了一种高负载量高压实密度锂离子电池极片制备方法，包括步骤：将涂布后的高负载量电极片依次进行分切、模切工序，然后再进行辊压工序，得到高压实密度的电极片。其所述极片容易断裂，安全性较差。

4、cn108923018a公开了一种提高电池极片压实密度的方法及所得电池极片和电池。所述方法包括以下步骤：将干燥的电池极片在等静压设备中进行压实处理，得到压实的电池极片。其采用等静压设备对电池极片进行压实处理，能够在超高压条件下均匀地对极片进行压实，具有较高的可控性，工艺简便，易实施，适合工业化生产，但是其所述极片的离子导电性能较差。

5、上述方案存在有易断裂或离子导电性能差的问题，因此，开发一种提高单体电池容量和安全性能，并且兼顾电池性能的电极极片是十分必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电极极片，本发明通过在电极极片中添加pan和纳米级陶瓷颗粒，使得材料在同等压实密度的情况下具有更高的离子导电率，进而在保证电池性能的情况下，提高极片压实密度。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种电极极片，所述电极极片包括集流体和设置于所述集流体至少一侧表面的电极混合料，所述电极混合料包括活性物质、聚丙烯腈(pan)和纳米陶瓷材料。

4、本发明通过在电极材料中添加pan和纳米级陶瓷颗粒以形成大量聚合物/聚合物界面，这些界面可以作为快速的离子传输通道，同时大量非均匀分布的陶瓷填料可以提供更多的聚合物/陶瓷界面并且有效解离锂盐，因此可以进一步提高离子电导率，进而在同等压实的情况下，以增大离子电导，保证电池的电性能。

5、优选地，以所述电极混合料的质量为100％计，所述活性物质的质量分数为90～97％，例如：90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％或97％等。

6、优选地，所述聚丙烯腈的质量分数为0.01～2％，例如：0.01％、0.05％、0.1％、0.5％、0.8％、1％、1.5％或2％等，优选为0.3～0.8％。

7、优选地，所述纳米陶瓷材料的质量分数为0.01～2％，例如：0.01％、0.05％、0.1％、0.5％、0.8％、1％、1.5％或2％等，优选为1.2～1.8％。

8、优选地，所述纳米陶瓷材料包括纳米三氧化二铝、勃姆石或二氧化锆中的任意一种或至少两种的组合。

9、优选地，所述电极混合料包括导电剂和粘结剂。

10、优选地，所述导电剂包括导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合。

11、优选地，所述粘结剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或丁苯橡胶中的任意一种或至少两种的组合。

12、优选地，以所述电极混合料的质量为100％计，所述导电剂的质量分数为2～4％，例如：2％、2.5％、3％、3.5％或4％等。

13、优选地，所述粘结剂的质量分数为3～5％，例如：3％、3.5％、4％、4.5％或5％等。

14、优选地，所述电极极片包括正极极片或负极极片。

15、优选地，所述正极极片的活性物质包括锂正极材料、钠正极材料或镁正极材料中的任意一种。

16、优选地，所述负极极片的活性物质包括石墨系材料、硅系材料、锡系材料、钛酸锂或二维材料石墨烯材料中的任意一种或至少两种的组合。

17、第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述电极极片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

18、(1)将聚丙烯腈、粘结剂、纳米陶瓷材料和溶剂混合，得到胶液；

19、(2)将活性物质和导电剂与步骤(1)得到的胶液混合得到电极浆料；

20、(3)将步骤(2)得到的电极浆料涂覆在集流体表面，辊压、烘干得到所述电极极片。

21、优选地，步骤(1)所述的溶剂包括n-甲基吡咯烷酮。

22、优选地，所述聚丙烯腈、粘结剂、纳米陶瓷材料和溶剂的质量比为(0.01～2):(3～5):(0.01～2):(35～50)，例如：0.01:3:0.05:40、0.05:4:1:45、0.8:4:1.5:48、1.4:4:1.5:45或1.5:5:2:50等。

23、优选地，步骤(2)所述活性物质和导电剂的质量比为(90～97):(2～4)，例如：90:2、92:3、96:3、96:4或95:2等。

24、优选地，步骤(3)所述电极极片的压实密度为2～3mg/cm3，例如：2mg/cm3、2.2mg/cm3、2.4mg/cm3、2.6mg/cm3、2.8mg/cm3或3mg/cm3等。

25、第三方面，本发明提供了一种电池，所述电池包含如第一方面所述的电极极片。

26、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

27、(1)本发明通过在电极材料中添加pan和纳米级陶瓷颗粒以形成大量聚合物/聚合物界面，这些界面可以作为快速的离子传输通道，同时大量非均匀分布的陶瓷填料可以提供更多的聚合物/陶瓷界面并且有效解离锂盐，因此可以进一步提高离子电导率，进而在同等压实的情况下，以增大离子电导，保证电池的电性能。

技术特征：

1.一种电极极片，其特征在于，所述电极极片包括集流体和设置于所述集流体至少一侧表面的电极混合料，所述电极混合料包括活性物质、聚丙烯腈和纳米陶瓷材料。

2.如权利要求1所述的电极极片，其特征在于，以所述电极混合料的质量为100％计，所述活性物质的质量分数为90～97％；

3.如权利要求1或2所述的电极极片，其特征在于，所述纳米陶瓷材料包括纳米三氧化二铝、勃姆石或二氧化锆中的任意一种或至少两种的组合；

4.如权利要求1-3任一项所述的电极极片，其特征在于，以所述电极混合料的质量为100％计，所述导电剂的质量分数为2～4％；

5.如权利要求1-4任一项所述的电极极片，其特征在于，所述电极极片包括正极极片或负极极片；

6.一种如权利要求1-5任一项所述电极极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的溶剂包括n-甲基吡咯烷酮；

8.如权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述活性物质和导电剂的质量比为(90～97):(2～4)。

9.如权利要求6-8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述电极极片的压实密度为2～3mg/cm3。

10.一种电池，其特征在于，所述电池包含如权利要求1-5任一项所述的电极极片。

技术总结
本发明提供了一种电极极片及其制备方法和应用，所述电极极片包括集流体和设置于所述集流体至少一侧表面的电极混合料，所述电极混合料包括活性物质、聚丙烯腈和纳米陶瓷材料，本发明通过在电极极片中添加PAN和纳米级陶瓷颗粒，使得材料在同等压实密度的情况下具有更高的离子导电率，进而在保证电池性能的情况下，提高极片压实密度。

技术研发人员：李庆玲,王秋实,卢林,魏思伟,杨帆
受保护的技术使用者：天合光能股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13