一种锂离子电池单颗粒层电极及其制备方法与流程

本发明属于锂离子电池，尤其涉及一种锂离子电池单颗粒层电极及其制备方法。

背景技术：

1、随着动力电池能量密度的需求越来越高，充电时间的需求越来越短，石墨负极374mah/g的理论容量逐渐限制了电池往高能量密度领域的发展。因此高克容量负极材料—硅材料凭借4200mah/g的理论容量走向了应用，例如硅基，硅氧基，硅碳等高克容量材料。由于上述材料克容量较高，因此对硅基负极的涂布就需要涂布较薄的极片，生产对薄电极要求非常高。过厚的电极会影响电池的导电性与锂离子扩散能力，非常不利于上述电池的研究和开发，因此如何将电池电极做薄成为了目前科研与工艺上需突破的关键。

2、目前，涂布工艺中可实现的厚度至少是在几层颗粒以上，因此，在活性材料与集流体的电子接触和电极内部的离子扩散上会存在一定的限制，进而降低了电池的倍率性能和循环稳定性。在这个方面，极片的厚度问题在固态锂离子电池比液态锂离子表现的更为严重。因此，超薄电极，甚至是单颗粒层电极的制备是提高锂离子电池的倍率性能和循环稳定性能的关键。

3、一般将电池电极做薄的方法大多是选择将浆料的固含量降低和降低涂布工艺中的涂布设备间隙，虽然可以使涂布电极厚度变薄，但同时会出现漏箔的现象，漏箔的现象会随着电极厚度变薄显现的越来越严重。并且随着电极的变薄，电极表面颗粒会越来越明显。漏箔的现象会在锂离子电池使用过程中出现析锂，甚至出现安全问题。因此如何获得一个表面均匀不漏箔的薄电极成为一个极具挑战性的任务。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种锂离子电池单颗粒层电极及其制备方法，本发明中的方法能够实现在大的涂布间隙内进行单颗粒层薄电极的涂布，且没有漏箔的情况。

2、本发明提供一种锂离子电池单颗粒层电极的制备方法，使用低固含浆料在集流体上涂布；

3、所述低固含浆料的固含量为1～10％，粘度为2500～8000mpa·s，密度为0.5～1g/cm3。

4、优选的，所述低固含浆料包括活性材料、增稠剂、粘结剂和导电剂。

5、优选的，所述活性材料为负极活性材料或正极活性材料；

6、所述负极活性材料包括硅材料、硅碳材料、硅氧材料和石墨中的一种或几种；

7、所述正极活性材料包括三元镍钴锰材料、锰酸锂材料、富锂锰材料、钴酸锂材料和磷酸铁锂材料中的一种或几种。

8、优选的，所述负极活性材料的粒径为0.5～20μm；正极活性材料二次颗粒的粒径为0.5～20μm。

9、优选的，所述增稠剂包括淀粉、阿拉伯胶、果胶、琼脂、明胶、海藻胶、角叉胶、糊精、羧甲基纤维素、丙二醇藻蛋白酸酯、甲基纤维素、淀粉磷酸钠、羧甲基纤维素钠、藻蛋白酸钠、酪蛋白、聚丙烯酸钠、聚偏氟乙烯、聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。

10、优选的，所述导电剂包括导电炭黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯、银纳米线和碳纳米纤维中的一种或几种。

11、优选的，所述涂布的风频为40～100hz，涂布走速为0.8～1.5m/min，涂布机辊速比为0.5～2。

12、优选的，涂布后干燥形成单颗粒层电极，所述干燥的温度为70～120℃。

13、本发明提供如上文所述的制备方法制备得到的单颗粒层电极。

14、优选的，所述单颗粒层电极的厚度为1～30μm。

15、本发明提供了一种锂离子电池单颗粒层电极的制备方法，使用低固含浆料在集流体上涂布；所述低固含浆料的固含量为1～10％，粘度为2500～8000mpa·s，密度为0.5～1g/cm3。通过调整浆料的固含量、粘度和密度，以及涂布过程参数的限制，来实现在大的涂布间隙内进行薄电极涂布，形成单颗粒层电极，且没有漏箔的情况出现，且本发明中低固含的浆料可以长期处于稳定状态。

16、与现有技术相比，本发明中的单颗粒层薄电极会有较大的优势：

17、1)横向颗粒与颗粒之间存在的缝隙能够为颗粒膨胀预留空间，且没有纵向上下层颗粒给与的膨胀压力；

18、2)由于颗粒与金属基底是直接接触，导电性非常好，不会受到颗粒和颗粒间传导的影响；

19、3)锂离子扩散性能极佳，因为整个活性层仅存在一个颗粒，不会出现锂离子在活性材料和活性材料颗粒不同纬度间的扩散。是一种较为理想的薄电极。可以用在高能量密度电池，高倍率锂离子电池等领域。

技术特征：

1.一种锂离子电池单颗粒层电极的制备方法，其特征在于，使用低固含浆料在集流体上涂布；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低固含浆料包括活性材料、增稠剂、粘结剂和导电剂。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述活性材料为负极活性材料或正极活性材料；

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述负极活性材料的粒径为0.5～20μm；正极活性材料二次颗粒的粒径为0.5～20μm。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述增稠剂包括淀粉、阿拉伯胶、果胶、琼脂、明胶、海藻胶、角叉胶、糊精、羧甲基纤维素、丙二醇藻蛋白酸酯、甲基纤维素、淀粉磷酸钠、羧甲基纤维素钠、藻蛋白酸钠、酪蛋白、聚丙烯酸钠、聚偏氟乙烯、聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述导电剂包括导电炭黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯、银纳米线和碳纳米纤维中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述涂布的风频为40～100hz，涂布走速为0.8～1.5m/min，涂布机辊速比为0.5～2。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，涂布后干燥形成单颗粒层电极，所述干燥的温度为70～120℃。

9.如权利要求1～8任意一项所述的制备方法制备得到的单颗粒层电极。

10.根据权利要求9所述的单颗粒层电极，其特征在于，所述单颗粒层电极的厚度为1～30μm。

技术总结
本发明提供了一种锂离子电池单颗粒层电极的制备方法，使用低固含浆料在集流体上涂布；所述低固含浆料的固含量为1～10％，粘度为2500～8000mPa·s，密度为0.5～1g/cm<supgt;3</supgt;。通过调整浆料的固含量、粘度和密度，以及涂布过程参数的限制，来实现在大的涂布间隙内进行薄电极涂布，形成单颗粒层电极，且没有漏箔的情况出现，且本发明中低固含的浆料可以长期处于稳定状态。本发明还提供了一种锂离子电池单颗粒层电极。

技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：江苏卫蓝新能源电池有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12