本發(fā)明涉及鋰離子電池，涉及一種多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片及其制備方法和鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、石墨負(fù)極材料是一種重要的商業(yè)化電池材料，主要用于鋰離子電池中；石墨負(fù)極材料在快充條件下存在傳輸動(dòng)力學(xué)差的情況，為了追求高電子傳輸速率，通常會(huì)增加石墨負(fù)極材料的涂層厚度，但這同時(shí)也帶來(lái)了離子傳輸速率的下降，而且由于石墨表面的疏鋰性質(zhì)，石墨厚電極會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致造成離子傳輸阻力擴(kuò)大，從而影響電池的性能，限制石墨負(fù)極材料在鋰離子電池領(lǐng)域的快充應(yīng)用。

2、針對(duì)上述問(wèn)題，目前業(yè)界通過(guò)在負(fù)極極片表面使用激光蝕刻出間距一致的凹槽，利用此凹槽擴(kuò)寬石墨層間距，并構(gòu)建出額外的離子傳輸通道來(lái)實(shí)現(xiàn)鋰電池的快充需求；然而在該方法中，激光蝕刻處理后遺留下的負(fù)極粉末無(wú)法得到有效清除；制作為成品電池后，負(fù)極粉末會(huì)在電池內(nèi)部帶來(lái)微小的自放電，不利于電池的長(zhǎng)期存儲(chǔ)，而且一旦自放電過(guò)快，還會(huì)導(dǎo)致電池鼓包帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片及其制備方法和鋰離子電池。

2、為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片，包括負(fù)極集流體以及依次層疊在所述負(fù)極集流體一側(cè)的第一活性層、復(fù)合層和第二活性層；所述復(fù)合層包括通過(guò)多條紋涂布方法得到的可溶解聚合物材料層，以及填充所述可溶解聚合物材料層間隙的第三活性層。

4、在一些實(shí)施例中，所述可溶解聚合物材料層使用的漿料包括水性聚氨酯、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯中的任意一種；所述可溶解聚合物材料層中采用的聚合物分子量為3000～50000，和/或熔點(diǎn)為50℃～80℃。

5、在一些實(shí)施例中，所述復(fù)合層設(shè)置有多層；每個(gè)所述復(fù)合層均覆蓋在所述第一活性層或所述第二活性層的外表面，且每個(gè)所述復(fù)合層的外表面均覆蓋有所述第二活性層；所述可溶解聚合物材料層的厚度為所述多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片的涂布層總厚度的1/10～3/10。

6、在一些實(shí)施例中，所述多條紋涂布方法中按照涂覆間距0.5mm～5mm，和/或0.01mm2～0.1mm2的涂覆截面積來(lái)涂布所述可溶解聚合物材料層。

7、在一些實(shí)施例中，所述可溶解聚合物材料層按照涂覆間距0.5mm～3mm來(lái)涂覆。

8、在一些實(shí)施例中，所述可溶解聚合物材料層的涂覆截面積記為s，所述可溶解聚合物材料層中采用的聚合物分子量記為m，4≤(s/m)*107≤67。

9、本發(fā)明進(jìn)一步提供一種多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片的制備方法，包括如下步驟：

10、s1、在負(fù)極集流體表面涂布負(fù)極漿料并固化形成第一活性層；

11、s2、在所述第一活性層表面涂覆負(fù)極漿料和聚合物漿料并固化得到復(fù)合層；所述復(fù)合層中，負(fù)極漿料和所述聚合物漿料均采用多條紋涂布的方式得到；所述聚合物漿料形成可溶解聚合物材料層，所述負(fù)極漿料形成第三活性層填充所述可溶解聚合物材料層的間隙；

12、s3、在所述復(fù)合層表面涂布所述負(fù)極漿料并固化形成第二活性層。

13、在一些實(shí)施例中，所述步驟s2包括：

14、采用多條紋涂布的方式在所述第一活性層表面涂覆所述聚合物漿料并固化形成所述可溶解聚合物材料層；

15、在所述可溶解聚合物材料層的間隙中涂覆負(fù)極漿料進(jìn)行填充并固化得到第三活性層，所述可溶解聚合物材料層與所述第三活性層形成所述復(fù)合層；

16、或；

17、采用多條紋涂布的方式在所述第一活性層表面涂覆負(fù)極漿料并固化得到所述第三活性層；

18、在所述第三活性層的間隙中涂覆所述聚合物漿料進(jìn)行填充并固化得到所述可溶解聚合物材料層，所述可溶解聚合物材料層與所述第三活性層形成所述復(fù)合層；

19、或；

20、采用雙模頭同時(shí)對(duì)所述聚合物漿料和負(fù)極漿料進(jìn)行多條紋涂布并固化得到所述復(fù)合層。

21、在一些實(shí)施例中，所述聚合物漿料為水性聚氨酯、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯中的任意一種；所述聚合物漿料中采用的聚合物分子量為3000～50000，和/或熔點(diǎn)為50℃～80℃。

22、在一些實(shí)施例中，所述步驟s2還包括：

23、采用多條紋涂布的方式在所述極片表面按照0.5mm～5mm的涂覆間距來(lái)間歇涂覆橫截面積為0.01mm2～0.1mm2的可溶解聚合物材料層。

24、在一些實(shí)施例中，所述聚合物漿料的質(zhì)量濃度為10mg/ml～50mg/ml。

25、在一些實(shí)施例中，還包括：

26、s4、重復(fù)所述步驟s2和s3中的操作，得到所述多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片；

27、所述多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片中，所述可溶解聚合物材料層的厚度為所述多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片的涂布層總厚度的1/10～3/10。

28、在一些實(shí)施例中，所述固化為紫外光照固化或烘干固化；

29、所述紫外光照固化中，所述紫外光的強(qiáng)度為900mw/cm2～1100mw/cm2，和/或固化功率為30％～50％，和/或固化時(shí)間為5s～15s；

30、所述烘干固化中，將所述負(fù)極集流體在40℃～50℃下烤箱烘干。

31、本發(fā)明進(jìn)一步提供一種鋰離子電池，包含上述的多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片，還包括正極極片、隔膜和電解液；

32、所述電解液包括鋰鹽和有機(jī)溶劑；其中，所述有機(jī)溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的至少一種。

33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

34、首先，本發(fā)明在負(fù)極極片的涂布層內(nèi)引入可溶解聚合物材料層，負(fù)極極片制為成品電池時(shí)會(huì)浸入電解液內(nèi)，電解液中具有用于溶解鋰鹽的大量有機(jī)溶劑，選取與這些溶劑化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，且能溶于這些溶劑的聚合物來(lái)作為可溶解聚合物材料層，可以使得可溶解聚合物材料層溶于電解液，從而在涂布層中構(gòu)建出通道；本發(fā)明利用電解液中有機(jī)溶劑與聚合物漿料之間的物理互溶性，在負(fù)極極片制為成品電池時(shí)，能夠在負(fù)極極片的涂布層內(nèi)溶解出多條凹槽，構(gòu)建離子通道來(lái)加快離子傳輸性能；本發(fā)明制得的電池能夠省去極片組裝前構(gòu)建凹槽的工序，縮短生產(chǎn)周期；

35、其次，本發(fā)明的復(fù)合層中，條紋涂布得到的多條可溶解聚合物材料層之間均留有間隙，此間隙內(nèi)填充負(fù)極材料活性物質(zhì)，使得活性物質(zhì)與聚合物漿料交錯(cuò)排布；復(fù)合層位于兩活性層之間，形成活性層-復(fù)合層-活性層的多層結(jié)構(gòu)；相較于在極片表面激光蝕刻凹槽的傳統(tǒng)方法，漿料層內(nèi)部的多層凹槽可以更大程度地提高負(fù)極極片的利用率，不僅為鋰離子提供了極片長(zhǎng)度方向上的快速通道，還可以縮短上下兩活性層的離子遷移路徑；本發(fā)明制得的鋰離子電池內(nèi)部不會(huì)有負(fù)極粉末殘留，聚合物材料溶于電解液形成穩(wěn)定溶液，對(duì)電池工作性能無(wú)不良影響，有效降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片，其特征在于，包括負(fù)極集流體以及依次層疊在所述負(fù)極集流體一側(cè)的第一活性層、復(fù)合層和第二活性層；所述復(fù)合層包括通過(guò)多條紋涂布方法得到的可溶解聚合物材料層，以及填充所述可溶解聚合物材料層間隙的第三活性層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片，其特征在于，所述可溶解聚合物材料層使用的漿料包括水性聚氨酯、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯中的任意一種；所述可溶解聚合物材料層中采用的聚合物分子量為3000～50000，和/或熔點(diǎn)為50℃～80℃。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片，其特征在于，所述復(fù)合層設(shè)置有多層；每個(gè)所述復(fù)合層均覆蓋在所述第一活性層或所述第二活性層的外表面，且每個(gè)所述復(fù)合層的外表面均覆蓋有所述第二活性層；所述可溶解聚合物材料層的厚度為所述多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片的涂布層總厚度的1/10～3/10。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片，其特征在于，所述多條紋涂布方法中按照涂覆間距0.5mm～5mm，和/或0.01mm2～0.1mm2的涂覆截面積來(lái)涂布所述可溶解聚合物材料層。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片，其特征在于，所述可溶解聚合物材料層按照涂覆間距0.5mm～3mm來(lái)涂覆。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片，其特征在于，所述可溶解聚合物材料層的涂覆截面積記為s，所述可溶解聚合物材料層中采用的聚合物分子量記為m，4≤(s/m)*107≤67。

7.一種多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片的制備方法，其特征在于，所述步驟s2包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片的制備方法，其特征在于，所述聚合物漿料為水性聚氨酯、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯中的任意一種；所述聚合物漿料中采用的聚合物分子量為3000～50000，和/或熔點(diǎn)為50℃～80℃。

10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片的制備方法，其特征在于，所述步驟s2還包括：

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片的制備方法，其特征在于，所述聚合物漿料的質(zhì)量濃度為10mg/ml～50mg/ml。

12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項(xiàng)所述的多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片的制備方法，其特征在于，還包括：

13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片的制備方法，其特征在于，所述固化為紫外光照固化或烘干固化；

14.一種鋰離子電池，其特征在于，包含權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片，還包括正極極片、隔膜和電解液；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片及其制備方法和鋰離子電池，其中，多層結(jié)構(gòu)負(fù)極極片包括負(fù)極集流體以及依次層疊在所述負(fù)極集流體一側(cè)的第一活性層、復(fù)合層和第二活性層；復(fù)合層包括通過(guò)多條紋涂布方法得到的可溶解聚合物材料層，以及填充可溶解聚合物材料層間隙的第三活性層；本發(fā)明利用電解液中有機(jī)溶劑與聚合物漿料之間的物理互溶性，在負(fù)極極片制為成品電池時(shí)，在負(fù)極極片的涂布層內(nèi)溶解出多條凹槽，構(gòu)建離子通道來(lái)加快離子傳輸性能，省去了極片組裝前構(gòu)建凹槽的工序，縮短生產(chǎn)周期；本發(fā)明制得的鋰離子電池內(nèi)部無(wú)負(fù)極粉末殘留，聚合物材料溶于電解液形成穩(wěn)定溶液，對(duì)電池工作性能無(wú)不良影響，減少了安全隱患。

技術(shù)研發(fā)人員：余津福,甘婷,陳杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江鋰威能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6