一种锂离子电池阴极的制备方法和锂离子电池与流程

本发明属于锂离子电池，具体涉及一种锂离子电池阴极的制备方法和锂离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池因为具有比能量高，续行能力强，循环寿命长，工作范围宽，充电时间短，可以大电流放电等优点，被广泛的应用于电动汽车等动力领域以及手机、手表、平板、笔记本等消费领域。

2、随着锂离子电池安全需求的不断提高，采用阴极底涂磷酸钛铝锂(latp)成了比较常规的一种手段，依次为铝箔、latp层和活性物质层。目前，阴极底涂latp和活性物质是分开涂覆的，其界面较为分明，在电池充放电循环中容易造成活性物质脱落，从而导致电芯容量衰减加快，同时也削弱了其安全性能。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种锂离子电池阴极的制备方法，本发明还提供了一种锂离子电池。

2、本发明的第一方面提供了一种锂离子电池阴极的制备方法，包括在集流体表面同时涂覆固态电解质层浆料和活性物质层浆料，形成固态电解质层和活性物质层的步骤，所述固态电解质层浆料的组分包括磷酸钛铝锂。

3、本发明关于锂离子电池阴极的制备方法中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：

4、本发明锂离子电池阴极的制备方法，同时涂覆固态电解质层浆料和活性物质层浆料，缩短了涂覆工艺时长，可在固态电解质层和活性物质层之间形成弥散界面，从而有效增加固态电解质层和活性物质层之间的粘结力，防止活性物质脱落，进而提高电芯的充放电循环性能和安全性能。

5、如果先涂覆固态电解质层，干燥后再涂覆活性物质层的方法，容易在界面形成残余应力，从而造成粘结力不足，活性物质脱落。而本发明同时涂布的方法可以使两种物质同时进行干燥，该方法可使两层界面弥散性更好，有效消除界面残留应力，使粘结力更大，从而改善电池在充放电过程中的循环性能和安全性能。

6、固态电解质层的作用包括三个方面。具体而言，第一方面的作用是导电，利用固态电解质层的高导电性和导离子特性可以改善正极极片中活性物质层在循环过程中由于电子导电性能和离子电导性能差导致的界面问题，从而在保证高能量密度锂离子电池安全的同时还能进一步改善锂离子电池的循环性能以及循环过程中的dcir增长变化率大的问题。第二方面的作用是提高安全性，由于固态电解质层与集流体表面的粘结性强，提高了固态电解质层与集流体如铝箔的附着，防止集流体暴露的风险。第三方面的作用是改善低温性能，由于固态电解质层受温度影响小，低温下也具有相同的导电性。

7、本发明的制备方法，无需昂贵的设备和复杂的过程控制，反应条件不苛刻，原料易得，生产成本低，容易工业化生产。

8、本发明锂离子电池阴极的制备方法，制得的阴极结构包括依次设置的集流体、固态电解质层和活性物质层。

9、本发明锂离子电池阴极的制备方法，制得的阴极结构单位面积膜片电阻一般控制在0.1ω～4ω。

10、根据本发明的一些实施方式，集流体包括铝箔。

11、根据本发明的一些实施方式，固态电解质层的厚度为0.5～10um。

12、根据本发明的一些实施方式，活性物质层的厚度为20～150um。

13、根据本发明的一些实施方式，所述固态电解质层浆料的组分还包括第一导电剂和第一粘结剂。

14、根据本发明的一些实施方式，所述第一导电剂包括导电石墨、导电炭黑、碳纳米管和碳纳米纤维中的至少一种；和/或，所述第一粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸钠、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠和丙烯酸酯中的至少一种。

15、根据本发明的一些实施方式，以重量份计，所述固态电解质层浆料的组分包括：

16、磷酸钛铝锂：100份，

17、第一导电剂：0.5～5份，

18、第一粘结剂：0.5～10份。

19、根据本发明的一些实施方式，固态电解质层浆料的组分包括磷酸钛铝锂(latp)，磷酸钛铝锂可以替换为其他固态电解质，如锂镧锆氧(llzo)、锂镧锆钽氧(llzto)、磷酸锗铝锂(lagp)等。

20、根据本发明的一些实施方式，所述活性物质层浆料的组分包括活性物质，所述活性物质包括钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂和锰酸锂中的至少一种。

21、根据本发明的一些实施方式，所述活性物质层浆料的组分还包括第二导电剂和第二粘结剂。

22、根据本发明的一些实施方式，所述第二导电剂包括导电石墨、导电炭黑、碳纳米管和碳纳米纤维中的至少一种。

23、根据本发明的一些实施方式，所述第二粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸钠、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠和丙烯酸酯中的至少一种。

24、根据本发明的一些实施方式，以重量份计，所述活性物质层浆料的组分包括：

25、活性物质：100份，

26、第二导电剂：0.5～5份，

27、第二粘结剂：0.5～10份。

28、根据本发明的一些实施方式，包括以下步骤：

29、s1：分别配制固态电解质层浆料和活性物质层浆料；

30、s1：将所述固态电解质层浆料和活性物质层浆料分别通过独立的第一通道和第二通道输入涂布模头中，所述涂布模头同时输出所述固态电解质层浆料和活性物质层浆料，对集流体表面进行涂布，形成所述固态电解质层和活性物质层。

31、根据本发明的一些实施方式，步骤s1中，配制固态电解质层浆料和活性物质层浆料的方法包括：根据组分和配比，将组分混合后搅拌。

32、根据本发明的一些实施方式，所述第一通道和第二通道之间的夹角为15°～45°。

33、根据本发明的一些实施方式，所述固态电解质层浆料的涂布量为(3～18)mg/1540mm2。

34、根据本发明的一些实施方式，所述固态电解质层浆料的涂布量为(5～10)mg/1540mm2。

35、根据本发明的一些实施方式，所述固态电解质层浆料的涂布量为(5～7)mg/1540mm2。

36、根据本发明的一些实施方式，所述固态电解质层浆料的涂布量约为7mg/1540mm2。

37、根据本发明的一些实施方式，所述固态电解质层浆料的粒径d50满足关系式：1≤3*d50/cw≤1.5。

38、其中，d50的单位是um。

39、cw的单位是mg/1540mm2，cw代表固态电解质层浆料的涂布量。

40、固态电解质层浆料的粒径d50可以通过搅拌时长来控制。

41、根据本发明的一些实施方式，所述固态电解质层浆料的涂布量与所述活性物质层浆料的涂布量之比为1:(20～45)。

42、本发明的第二方面提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括由本发明的制备方法制备得到的锂离子电池阴极。

43、本发明关于锂离子电池的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：

44、本发明的锂离子电池，通过改善阴极的制备方法，增加阴极材料与电解质层之间的粘结力，有助于提高电池的循环稳定性，延长电池的寿命。

45、通过强化阴极与电解质层的粘结，可以减少电池在使用过程中出现的材料脱落和结构破坏，提高电池的安全性。

46、通过同时涂覆固态电解质层浆料和活性物质层浆料，可以提高电池的生产效率，降低生产成本。

47、由于固态电解质层受温度影响较小，有助于提高电池在低温环境下的性能，增强其适用范围。

48、综合而言，包括由本发明的制备方法制备得到的锂离子电池阴极的锂离子电池，循环性能、安全性、生产效率和低温性能更好。