本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及到一種鋰離子電池極片及其制備方法和鋰離子電池。
背景技術(shù)：
隨著消費類電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代以及動力交通工具的快速發(fā)展，儲能設(shè)備正在朝著更高能量密度、更長的使用壽命、更高的安全性方向發(fā)展。在所有二次電池中，鋰離子電池具備比能量高、高比功率、長循環(huán)壽命和高溫性能好等特點，已經(jīng)在各種領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
二次鋰離子電池經(jīng)過了近25年的發(fā)展，能量密度已經(jīng)可以做到700Wh/L甚至更高，但是收到材料本身性質(zhì)以及工藝方法的限制。當(dāng)鋰離子電池能量密度提高后，它的倍率新能、循環(huán)壽命、高溫性能以及安全性等性能受到了不同程度的抑制。就目前技術(shù)來說，鈷酸鋰是公認(rèn)的能量密度最高的正極材料，電壓可以做到4.45V，無論是材料還是工藝技術(shù)都已經(jīng)接近極限。因此提高鋰離子電池能量密度主要采取的手段有提高負(fù)極活性物質(zhì)的比能量、采用更薄的隔膜、采用更極限的結(jié)構(gòu)設(shè)計等。無論是以上的那種途徑，都是以犧牲鋰離子電池某一方面性能來實現(xiàn)的，因此研發(fā)新型材料、新的制造加工工藝的工作勢在必行。
而現(xiàn)有提高鋰離子電池能量密度的技術(shù)主要來自以下兩個方面：(1)高能量密度材料的開發(fā)應(yīng)用。(2)對有限空間的挖掘和應(yīng)用(如對電極厚涂布，大壓實)；在鋰離子電池充放電過程中，在極片的z向(垂直于集流體的方向)，靠近就流體一側(cè)電極材料所承受的電子密度最大，易發(fā)生電子極化；在遠(yuǎn)離集流體一側(cè)的電極材料所承受的離子電荷密度最大，易發(fā)生離子極化。隨著電池能量密度的提高，各大電池制造廠家和科研機構(gòu)都已關(guān)注到了以上存在的極化問題，但大家目前的做法是在集流體上涂敷導(dǎo)電材料來改善極片的電子極化問題，而對于極片外側(cè)由高壓光密度造成的電荷離子極化卻無人問津。
在極片受輥壓后，壓光的極片外表面具有更高的壓實密度，在最外測的壓實密度是極片內(nèi)部壓實的1.5～3倍，而最外側(cè)恰恰是電荷交換最集中的區(qū)域，因此在大電流放電時極易發(fā)生離子極化造成析鋰問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種能夠解決高壓實極片高光狀態(tài)下的極化問題的鋰離子電池極片及其制備方法和鋰離子電池。
本發(fā)明是通過如下方式實現(xiàn)的：
一種鋰離子電池極片，其特征在于：包括集流體11，所述集流體11的上下兩面分別涂覆有電極活性物質(zhì)層12；所述電極活性物質(zhì)層12的外表面在經(jīng)過輥壓后形成有一層微孔結(jié)構(gòu)13。
所述電極活性物質(zhì)層12經(jīng)過造孔處理，得到了電極活性物質(zhì)層12內(nèi)部具有多通道微孔的結(jié)構(gòu)；微孔結(jié)構(gòu)13的孔隙率不低于電極活性物質(zhì)層12內(nèi)部多通道微孔的結(jié)構(gòu)的孔隙率。
一種鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
a.稱取質(zhì)量份數(shù)為1～60的碳酰胺，加入到質(zhì)量份數(shù)為40～99的去離子水中，配制成濃度為1％～60％的碳酰胺水溶液，備用；
b.稱取質(zhì)量份數(shù)為0.6～1.0的增稠劑CMC與質(zhì)量份數(shù)為25～35的去離子水加入雙行星攪拌罐中，以公轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌10小時；然后將質(zhì)量份數(shù)為38的人造石墨與質(zhì)量份數(shù)為0.2～0.6的導(dǎo)電劑Super-P加入其中，以公轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)/分鐘，分散轉(zhuǎn)子為800轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌30分鐘，制備得到預(yù)混漿料；然后向其中加入質(zhì)量份數(shù)為24～32的去離子水，以公轉(zhuǎn)40轉(zhuǎn)/分鐘，分散轉(zhuǎn)子為1500轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌120分鐘，然后向其中加入質(zhì)量份數(shù)為1～3的固含量40％的SBR粘結(jié)劑乳液，關(guān)閉攪拌罐分散轉(zhuǎn)子，公轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌30分鐘，得到電極漿料，備用；
c.使用擠壓涂布機將步驟b中制備得到的電極漿料均勻涂敷在集流體11的銅箔上，然后使用噴霧器將步驟a中制備得到的碳酰胺水溶液均勻噴灑在上述電極漿料的表面，噴涂量為0.2～2.0g/平方米；將以上濕潤的電極極片一起通過烤箱進(jìn)行烘烤，烤箱溫度90～110℃；重復(fù)以上步驟，得到雙面的原始極片；
d.將步驟c中制備得到的原始極片使用輥壓機壓實，輥壓機壓力范圍200～400噸，輥壓速度10～30米/分鐘，壓實后的體積密度為1.40～1.90g/cm3，得到壓實的半成品極片；
e.將以上壓實后的半成品極片放入真空烤箱中烘烤，烘烤溫度180～200℃，真空度≤-0.095Mpa，烘烤時間4～8小時，即可得到表面多孔極片。
一種鋰離子電池，包括正極片、負(fù)極片、隔離膜和電解液，其特征在于：正極片或負(fù)極片采用所述的鋰離子電池極片制成。
本發(fā)明優(yōu)點在于：首先，極片在輥壓的過程中，可以消除由于輥壓過程中的波動對極片帶來的干擾，因此可以提高輥壓速度，提升生產(chǎn)效率；
其次，制備得到的極片外表面形成了一層稀疏的微孔結(jié)構(gòu)，有效解決了輥壓后極片表面由輥壓帶來的亮條等問題；
再次，使用該極片制備的電池由離子極化帶來的風(fēng)險得到了有效控制，有效降低了充放電過程中的析鋰風(fēng)險；
最后，高能量密度電池的倍率放電性能、長循環(huán)性能得到了明顯的改善。
附圖說明
圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖，詳述本發(fā)明具體實施方式：
如圖1所示，一種鋰離子電池極片，其特征在于：包括集流體11，所述集流體11的上下兩面分別涂覆有電極活性物質(zhì)層12；所述電極活性物質(zhì)層12的外表面在經(jīng)過輥壓后形成有一層微孔結(jié)構(gòu)13。
本發(fā)明電極活性物質(zhì)層12經(jīng)過造孔處理，得到了電極活性物質(zhì)層12內(nèi)部具有多通道微孔的結(jié)構(gòu)；微孔結(jié)構(gòu)13的孔隙率不低于電極活性物質(zhì)層12內(nèi)部多通道微孔的結(jié)構(gòu)的孔隙率。
一種鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
a.稱取質(zhì)量份數(shù)為1～60的碳酰胺，加入到質(zhì)量份數(shù)為40～99的去離子水中，配制成濃度為1％～60％的碳酰胺水溶液，備用；
b.稱取質(zhì)量份數(shù)為0.6～1.0的增稠劑CMC與質(zhì)量份數(shù)為25～35的去離子水加入雙行星攪拌罐中，以公轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌10小時；然后將質(zhì)量份數(shù)為38的人造石墨與質(zhì)量份數(shù)為0.2～0.6的導(dǎo)電劑Super-P加入其中，以公轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)/分鐘，分散轉(zhuǎn)子為800轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌30分鐘，制備得到預(yù)混漿料；然后向其中加入質(zhì)量份數(shù)為24～32的去離子水，以公轉(zhuǎn)40轉(zhuǎn)/分鐘，分散轉(zhuǎn)子為1500轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌120分鐘，然后向其中加入質(zhì)量份數(shù)為1～3的固含量40％的SBR粘結(jié)劑乳液，關(guān)閉攪拌罐分散轉(zhuǎn)子，公轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌30分鐘，得到電極漿料，備用；
c.使用擠壓涂布機將步驟b中制備得到的電極漿料均勻涂敷在集流體11的銅箔上，然后使用噴霧器將步驟a中制備得到的碳酰胺水溶液均勻噴灑在上述電極漿料的表面，噴涂量為0.2～2.0g/平方米；將以上濕潤的電極極片一起通過烤箱進(jìn)行烘烤，烤箱溫度90～110℃；重復(fù)以上步驟，得到雙面的原始極片；
d.將步驟c中制備得到的原始極片使用輥壓機壓實，輥壓機壓力范圍200～400噸，輥壓速度10～30米/分鐘，壓實后的體積密度為1.40～1.90g/cm3，得到壓實的半成品極片；
e.將以上壓實后的半成品極片放入真空烤箱中烘烤，烘烤溫度180～200℃，真空度≤-0.095Mpa，烘烤時間4～8小時，即可得到表面多孔極片。
本發(fā)明的碳酰胺可以采用其他揮發(fā)劑替換，揮發(fā)劑所指的是低溫下為固態(tài)，高溫下分解揮發(fā)或直接揮發(fā)的物質(zhì)，可以是無機鹽，例如：碳酰胺、碳酸銨、碳酸氫銨、氯化銨等其中的一種或者幾種的混合物。
一種鋰離子電池，包括正極片、負(fù)極片、隔離膜和電解液，其特征在于：正極片或負(fù)極片采用所述的鋰離子電池極片制成。
實施例1：
a.稱取20kg的碳酰胺，加入80kg的去離子水中，配制成濃度為20％的水溶液，備用。
b.將0.8kg增稠劑CMC與30kg去離子水加入雙行星攪拌罐中攪拌均勻，以公轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌10小時；然后將38kg人造石墨與0.4kg導(dǎo)電劑Super-P加入其中，以公轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)/分鐘，分散轉(zhuǎn)子為800轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌30分鐘，制備得到預(yù)混漿料；然后向其中加入28.8kg去離子水，以公轉(zhuǎn)40轉(zhuǎn)/分鐘，分散轉(zhuǎn)子為1500轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌120分鐘，然后向其中加入2kg固含量40％的SBR粘結(jié)劑乳液，關(guān)閉攪拌罐分散轉(zhuǎn)子，公轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌30分鐘，得到電極漿料，備用；
c.使用擠壓涂布機將步驟b中制備得到的電極漿料均勻涂敷在集流體11銅箔上，然后使用噴霧器將步驟a中制備得到的碳酰胺水溶液均勻噴灑在上述電極漿料的表面；將以上濕潤的電極極片一起通過烤箱進(jìn)行烘烤，烤箱溫度90～110℃；重復(fù)以上步驟，得到雙面的原始極片；
d.將步驟c中制備得到的原始極片使用輥壓機壓實，壓實后的體積密度為1.40～1.90g/cm3，得到壓實的半成品極片；
e.將以上壓實后的半成品極片放入真空烤箱中烘烤，烘烤溫度180～200℃，真空度≤-0.095Mpa，烘烤時間4～8小時；即可得到表面多孔極片。
將以上制備得到的負(fù)極片進(jìn)行分切、焊接極耳，然后和正極片、鋁塑包裝膜等進(jìn)行裝配，注入電解液，進(jìn)行化成制作得到鋰離子電池。然后對以上制備得到的電池進(jìn)行倍率和循環(huán)測試。
實施例2
a.稱取5kg的碳酰胺，加入95kg的去離子水中，配制成濃度為5％的碳酰胺水溶液，備用。
b.將0.8kg的增稠劑CMC與30kg的去離子水加入雙行星攪拌罐中，以公轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌10小時；然后將38k的人造石墨與0.4kg的導(dǎo)電劑Super-P，以公轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)/分鐘，分散轉(zhuǎn)子為800轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌30分鐘，制備得到預(yù)混漿料；然后向其中加入28.8kg去離子水，以公轉(zhuǎn)40轉(zhuǎn)/分鐘，分散轉(zhuǎn)子為1500轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌120分鐘，然后向其中加入2kg固含量40％的SBR粘結(jié)劑乳液，關(guān)閉攪拌罐分散轉(zhuǎn)子，公轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌30分鐘，得到電極漿料，備用；
c.使用擠壓涂布及將步驟b中制備得到的漿料均勻涂敷在集流體11銅箔上然后使用噴霧器將步驟a中制備得到的碳酰胺水溶液均勻噴灑在上述電極漿料的表面；將以上濕潤的電極極片一起通過烤箱進(jìn)行烘烤，烤箱溫度90～110℃；重復(fù)以上步驟，得到雙面的原始極片；
d.將步驟c中制備得到的原始極片使用輥壓機壓實，壓實后的體積密度為1.40～1.90g/cm3，得到壓實的半成品極片；
e.將以上壓實后的半成品極片放入真空烤箱中烘烤，烘烤溫度180～200℃，真空度≤-0.095Mpa，烘烤時間4～8小時；即可得到高壓實的多孔極片。
將以上制備得到的負(fù)極片進(jìn)行分切、焊接極耳，然后和正極片、鋁塑包裝膜等進(jìn)行裝配，注入電解液，進(jìn)行化成制作得到鋰離子電池。然后對以上制備得到的電池進(jìn)行倍率和循環(huán)測試。
對比例1：
a.將0.8kg增稠劑CMC與30kg去離子水加入雙行星攪拌罐中攪拌均勻，然后將38kg人造石墨與0.4kg導(dǎo)電劑Super-P加入其中，以公轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)/分鐘，分散轉(zhuǎn)子為800轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌30分鐘，制備得到預(yù)混漿料；然后向其中加入28.8kg去離子水，以公轉(zhuǎn)40轉(zhuǎn)/分鐘，分散轉(zhuǎn)子1500轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌120分鐘，然后向其中加入2kg固含量40％的SBR粘結(jié)劑乳液，關(guān)閉分散轉(zhuǎn)子，公轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌30分鐘，得到電極漿料，備用。
b.使用擠壓涂布及將步驟a中制備得到的漿料均勻涂敷在集流體11銅箔上，然后將上述涂敷后的濕潤極片過烘箱干燥，烘烤溫度90～110℃；重復(fù)上述步驟，得到雙面原始極片。
c.將步驟b中制備得到的原始極片使用輥壓機壓實，壓實后的體積密度為1.40～1.90g/cm3，得到壓實的半成品極片。
d.將以上壓實后的半成品極片放入真空烤箱中烘烤，烘烤溫度100～200℃，真空度≤-0.095Mpa，烘烤時間2～12小時；得到極片。
將以上制備得到的負(fù)極片進(jìn)行分切、焊接極耳，然后和正極片、鋁塑包裝膜等進(jìn)行裝配，注入電解液，進(jìn)行化成制作得到鋰離子電池。然后對以上制備得到的電池進(jìn)行倍率和循環(huán)測試。
電池性能測試：
對以上實施例1、實施例2以及對比例1制作的電池進(jìn)行電性能測試，其中正極片的集流體材料采用Umicore鈷酸鋰材料，壓實密度為4.15g/cm3；負(fù)極片的集流體11材料采用江西紫宸的石墨材料，壓實密度為1.70g/cm3；
分別對以上三組電池進(jìn)行倍率放電測試和常溫循環(huán)測試，測試條件如下：
倍率放電：0.2C充電，然后分別在0.2C/0.5C/1.0C/2.0C電流密度下放電，觀測放電容量百分比；
常溫循環(huán)：25℃1C/1C循環(huán)100次和800次然后解剖，觀測負(fù)極片是否析鋰。
綜上所述，本發(fā)明論述的鋰離子電池極片能夠有效解決在輥壓壓光過程中極片外表面的離子極化問題，同時該極片在高壓實密度的情況下具備更好的吸收電解液的能力；從而解決了高能量密度鋰離子電池的倍率放電性能差、常溫循環(huán)析鋰、長循環(huán)跳水等問題，同時也提高了電池的安全性。因此，本發(fā)明有效解決了目前高能量密度電池所面臨的技術(shù)難題，而具有高度的產(chǎn)業(yè)實用價值。
上述實施例只用來說明本發(fā)明的具體實施原理和功效，而非用來限制本發(fā)明。任何熟悉本行業(yè)技術(shù)的人士都可以在本發(fā)明闡述的方法的基礎(chǔ)上加以修改或修飾，因此凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。