电极极片、制备方法、锂离子电池和电子装置与流程

本公开涉及锂离子电池材料，尤其涉及一种电极极片、电极极片的制备方法、包含电极极片的锂离子电池和电子装置。

背景技术：

1、能量密度是电池的一项重要性能指标，因此备受研究人员关注。提高电极厚度是提高电池能量密度的有效手段之一，然而增加电极厚度的同时，也会使得极片浸润性差、掉料等问题。

2、从电芯设计的角度考虑，为了提高单体电芯能量密度，可以在保证电芯安全的情况下，尽可能提高电极片中活性物质的占比，即增大电极片涂层厚度。然而厚电极会带来新的问题，当电极中涂层厚度增大时，电解液的渗透性也会随之降低。这样的电极在较高倍率下，锂离子扩散动力学受限，电极活性物质利用率随之下降，电池能量密度受损，还会带来安全隐患。

3、为了解决以上问题，多孔极片的设计已被证实是一种有效的改善方法。多孔极片由于具有丰富的孔道能够吸收和存储电解液，极大缩短锂离子扩散路径，因此能够提升电极在高倍率下的容量发挥。目前多孔电极的制备主要有以下三种方案：(1)第一种方案为在电极浆料中引入造孔剂，造孔剂在涂布过程中挥发，从而在极片中产生气孔，此方案能够提升电池电化学性能，但是该方案中造孔剂的引入一方面会减少活性物质比例，牺牲能量密度，另一方面，残留的造孔剂可能会影响电池其它性能，此外造孔剂在分解过程中的产气不可控，生成的孔为无序的孔结构，孔径差异较大，不利于电极的后续加工；(2)第二种方案为使用多层涂布，多层湿浆料同时涂布制备电极；该方案对电极孔隙率提升有限，且加工难度大；(3)第三种方案是在极片碾压工序结束后，通过增加一道机械或激光打孔工序，获得多孔极片，该方案能得到的极片孔径统一，孔深度可调，孔隙率高，但是该方案存在工艺繁琐、生产效率低，浪费时间和能量，生产成本高的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本公开提供了一种电极极片，其特征在于，所述电极极片包括集流体、设置于集流体表面的第一活性材料层以及设置于所述第一活性材料层远离所述集流体一侧的第二活性材料层；所述第二活性材料层包含电解质盐；所述电解质盐的粒径为1～250μm，并且基于所述第二活性材料层的总重量，所述电解质盐的重量百分比为0.5％～20％。

2、在本公开内容的一个方面，其中，所述电解质盐的粒径为40～240μm，并且，基于所述第二活性材料层的总重量，所述电解质盐的重量百分比为2％～10％。

3、在本公开内容的一个方面，其中，所述电解质盐的粒径为45～230μm。

4、在本公开内容的一个方面，其中，基于所述第二活性材料层的总重量，所述电解质盐的重量百分比为4％～7％。

5、在本公开内容的一个方面，其中，基于所述第二活性材料层的总重量，所述电解质盐的重量百分比为5.5％。

6、在本公开内容的一个方面，其中，所述第一活性材料层具有50～250μm的厚度，所述第二活性材料层具有50～250μm的厚度。

7、在本公开内容的一个方面，其中，所述第一活性材料层不包含所述电解质盐。

8、在本公开内容的一个方面，其中，所述电解质盐选自二草酸硼酸锂、高氯酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂、六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂中的一种或多种。

9、在本公开内容的一个方面，其中，所述第一活性材料层和所述第二活性材料层还包含具有相同的组分的活性材料。

10、本公开还提供了一种制备上述电极极片的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

11、步骤1：通过在集流体上进行湿法涂布得到所述第一材料层；或者通过干法制备的方式得到所述第一材料层，然后再将所述第一材料层复合在所述集流体的表面；

12、步骤2：通过干法制备的方式得到所述第二材料层；

13、步骤3：将所述第二材料层复合在所述第一材料层的表面。

14、本公开还提供了一种锂离子电池，其中，所述锂离子电池包括上述电极极片。

15、本公开还提供了一种电子装置，其中，所述电子装置包括上述锂离子电池。

16、在本公开内容的一个方面，优选地，所述电解质盐选自六氟磷酸锂。

17、在本公开内容的一个方面，本公开所提供的电极极片可以为正极极片，也可以为负极极片。优选地，当电极极片为正极极片时，所述集流体的材料选自铝；当电极极片为负极极片时，所述集流体的材料选自铜。

18、在本公开内容的一个方面，优选地，当电极极片为正极极片时，本公开所涉及的第一活性材料和第二活性材料可以选自钴酸锂、锂镍锰钴三元材料、磷酸铁锂、锰酸锂中的至少一种，但不限于此。

19、在本公开内容的一个方面，优选地，当电极极片为负极极片时，本公开所涉及的第一活性材料和第二活性材料可以选自石墨、人造石墨、中间相微碳球、硅基负极材料中的至少一种，但不限于此。

20、在本公开内容的一个方面，优选地，所述第一活性材料层和第二活性材料层还包含粘合剂和导电剂。更优选地，粘结剂中至少包括一种可纤维化粘结剂和一种热塑性粘结剂。

21、在本公开内容的一个方面，在制备方法中，在步骤1中，优选使用干法制备的方式得到复合第一电极材料层的集流体。

22、在本公开内容的一个方面，本公开提供了一种制备所述电极极片的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：

23、步骤1：通过在集流体上涂覆电极浆料，经干燥、辊压后得到复合第一电极材料层的集流体；或者，通过干法制备的方法得到独立支撑的第一电极材料层，然后将该独立支撑的第一电极材料层通过热压复合的方式复合在集流体表面，得到复合第一电极材料层的集流体；

24、步骤2：将活性材料、粘结剂、导电剂和电解质盐，经过混合、纤维化、捏合和热压的过程，得到独立支撑的第二电极材料层；

25、步骤3：将第二电极材料层复合在第一电极材料层的表面，得到本公开所提供的电极极片。

26、本公开内容具有至少以下有益效果：

27、(1)相比于现有技术，本公开所提供的电极极片在保证高的能量密度的同时，其孔隙率又能易于调控。

28、(2)相比于现有技术，本公开所提供的电极极片的制备方法解决了现有技术中造孔工艺复杂、效率低、不利于大规模生产的问题。

29、具体实施方式

30、为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本公开的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。在此所描述的有关实施例为说明性质的且用于提供对本公开的基本理解。本公开的实施例不应该被解释为对本公开的限制。

31、术语：

32、为了简明，本文仅具体地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，每个单独公开的点或单个数值自身可以作为下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。

33、在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

34、在本文中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

35、在本文的描述中，除非另有说明，“以上”、“以下”包含本数。

36、除非另有说明，本公开中使用的术语具有本领域技术人员通常所理解的公知含义。除非另有说明，本公开中提到的各参数的数值可以用本领域常用的各种测量方法进行测量(例如，可以按照在本公开的实施例中给出的方法进行测试)。

37、术语“约”用以描述及说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指代其中事件或情形精确发生的例子以及其中事件或情形极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。另外，有时在本文中以范围格式呈现量、比率和其它数值。此类范围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。

38、术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目a及b，那么短语“a及b中的至少一者”意味着仅a；仅b；或a及b。在另一实例中，如果列出项目a、b及c，那么短语“a、b及c中的至少一者”意味着仅a；或仅b；仅c；a及b(排除c)；a及c(排除b)；b及c(排除a)；或a、b及c的全部。项目a可包含单个组分或多个组分。项目b可包含单个组分或多个组分。项目c可包含单个组分或多个组分。

39、在本文中，术语“干法制备”是指将活性材料，导电剂，粘结剂等进行混合，制备混合粉料，然后辊压成连续的自支撑膜，最后与集流体进行贴合以形成完整的电极极片。干法电极的制备不使用有机溶剂，可以节省成本还可以制备出厚度更高的极片。

40、下面结合具体实施方式，进一步阐述本公开。应理解，这些具体实施方式仅用于说明本公开而不用于限制本公开的范围。

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、设置于集流体表面的第一活性材料层以及设置于所述第一活性材料层远离所述集流体一侧的第二活性材料层；所述第二活性材料层包含电解质盐；所述电解质盐的粒径为1～250μm，并且

2.根据权利要求1所述的电极极片，其中，所述电解质盐的粒径为40～240μm，并且，基于所述第二活性材料层的总重量，所述电解质盐的重量百分比为2％～10％。

3.根据权利要求1所述的电极极片，其中，基于所述第二活性材料层的总重量，所述电解质盐的重量百分比为4％～7％。

4.根据权利要求1所述的电极极片，其中，所述第一活性材料层具有50～250μm的厚度，所述第二活性材料层具有50～250μm的厚度。

5.根据权利要求1所述的电极极片，其中，所述第一活性材料层不包含所述电解质盐。

6.根据权利要求1所述的电极极片，其中，所述电解质盐选自二草酸硼酸锂、高氯酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂、六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的电极极片，其中，所述第一活性材料层和所述第二活性材料层还包含具有相同的组分的活性材料。

8.一种制备权利要求1-6中任一项所述的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：

9.一种锂离子电池，其中，所述锂离子电池包括根据权利要求1-6任一项所述的电极极片。

10.一种电子装置，其中，所述电子装置包括根据权利要求8所述的锂离子电池。

技术总结
本公开提供了一种电极极片，该电极极片包括集流体、设置于集流体表面的第一活性材料层、以及设置于所述第一活性材料层远离所述集流体一侧的第二活性材料层；第二活性材料层包含电解质盐；电解质盐的粒径为1～250μm，基于所述第二活性材料层的总重量，电解质盐的重量百分比为0.5％～20％。

技术研发人员：翟文礼
受保护的技术使用者：蔚来电池科技（安徽）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23