一種電化學(xué)電池電極、含有該電極的電化學(xué)電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電化學(xué)電池領(lǐng)域，特別設(shè)及一種電化學(xué)電池電極、含有該電極的電化 學(xué)電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 進(jìn)入21世紀(jì)W后，各種電子器件產(chǎn)品如手機(jī)、筆記本、可穿戴設(shè)備等層出不窮，極 大的豐富了廣大用戶的生活；同時(shí)，電動(dòng)汽車及各類儲(chǔ)能電站也如雨后春算般迅速萌芽、發(fā) 展、壯大。W上高科技產(chǎn)品，具有一個(gè)共同特征：需要高性能、低成本的電池充當(dāng)儲(chǔ)能部件。
[0003] 現(xiàn)有的電池主要有一次電池和二次電池兩大類；所謂一次電池，即無法反復(fù)充電 的電池，主要包括碳鋒電池、堿性電池、糊式鋒儘電池、紙板鋒儘電池、堿性鋒儘電池、扣式 電池（扣式鋒銀電池、扣式裡儘電池、扣式鋒儘電池）、鋒空氣電池、一次裡儘電池等、水銀 電池；所謂二次電池，即可充電電池，主要包括二次堿性鋒儘電池、儀儒充電電池、儀氨充電 電池、裡充電電池、鉛酸電池、太陽能電池。鉛酸蓄電池可分為：開口式鉛酸蓄電池、全密閉 鉛酸蓄電池。而從外包裝角度分析，現(xiàn)有電池主要分為軟包裝電池及硬殼包裝電池，由于軟 包裝電池包裝膜本身厚度小，可塑性大，被廣泛的運(yùn)用于各類高檔一次電池和二次電池中。
[0004] 然而隨著生活品味的提高，人們對移動(dòng)用電器提出了更高的體驗(yàn)需求：更輕、更 薄、更小、更持久、更安全便是運(yùn)些體驗(yàn)具有代表性的幾個(gè)方面，而更安全、更持久又是其中 最重要的體驗(yàn)之一，運(yùn)就對儲(chǔ)電器（電池）提出了更高的安全及能量密度需求；使用阻抗更 低的電極片、能量密度更高的電極材料是解決電忍安全性能、提高電忍能量密度的有效方 法。
[0005] 對于現(xiàn)有電極材料而言，往往是能量密度越高，其充放電體積膨脹率越大，因此充 放電過程中導(dǎo)致成品電忍電極涂層脫落的概率越高，從而導(dǎo)致電池循環(huán)性能變差。同時(shí)，為 了使得電池整體的能力密度高，電池中非活性物質(zhì)組份所占比例、厚度就必須壓縮到最低； 而石墨締（Graphene)片層材料厚度方向是現(xiàn)有材料中最薄的。
[0006] 有鑒于此，確有必要開發(fā)一種新的電化學(xué)電池電極，其不僅電阻率低、能夠改善電 池的循環(huán)性能，還具有盡量薄的非活性物質(zhì)層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供的一種電化學(xué)電池極片，包括集 流體和活性物質(zhì)層，所述集流體與所述活性物質(zhì)層之間設(shè)置有緩沖層，所述緩沖層的厚度 為0. 336nm~4ym;所述緩沖層含有粘接劑和導(dǎo)電劑，所述導(dǎo)電劑包括石墨締，所述石墨締 的片層平面與所述集流體的平面之間的夾角為0，且0 <45°的石墨締的質(zhì)量占石墨締總 量的比例大于或等于50%。此時(shí)，石墨締傾向于平行于集流體排布，其所占的厚度更小，因 此非活性物質(zhì)組份的緩沖層厚度更小，電池具有更高的能量密度。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0009] 一種電化學(xué)電池極片，包括集流體和活性物質(zhì)層，所述集流體與所述活性物質(zhì)層 之間設(shè)置有緩沖層，所述緩沖層的厚度為0. 336nm~4ym;所述緩沖層含有粘接劑和導(dǎo)電 劑，所述導(dǎo)電劑包括石墨締，所述石墨締的片層平面與所述集流體的平面之間的夾角為0， 且0 <45°的石墨締的質(zhì)量占石墨締總量的比例大于或等于50%。0 <45°即是石墨締片 層傾向于平行于集流體排布；而"0 <45°的石墨締的質(zhì)量占石墨締總量的比例大于或等 于50%"即是多數(shù)石墨締均傾向于平行于集流體排布；由于石墨締在各個(gè)維度上，厚度維 度最小，當(dāng)其平行于集流體排布是，該緩沖層厚度更低，因此非活性物質(zhì)組份的緩沖層厚度 更小，電池具有更高的能量密度。
[0010] 作為本發(fā)明一種電化學(xué)電池極片的一種改進(jìn)，所述緩沖層的厚度為〇.336nm~ 2ym，優(yōu)選Inm~1ym，緩沖層厚度越小，非活性物質(zhì)組分所占厚度越低，電池能量密度越 高；所述粘接劑的質(zhì)量占所述緩沖層的質(zhì)量的比例為0. 5%~10%，粘接劑比例過低時(shí)，緩 沖層容易脫落，且緩沖效果不佳；粘接劑比例過高時(shí)，將影響該層的導(dǎo)電性能；所述導(dǎo)電劑 的質(zhì)量占所述緩沖層的質(zhì)量的比例為90%~99. 5%，導(dǎo)電劑比例過低，緩沖層電阻高，阻 抗大；導(dǎo)電劑比例過高，容易脫落，影響緩沖效果。
[0011] 作為本發(fā)明一種電化學(xué)電池極片的一種改進(jìn)，所述粘接劑為聚偏氣乙締（PVD巧、 簇甲基纖維素鋼（CMC)和下苯橡膠（SBR)中的至少一種；所述導(dǎo)電劑還包括導(dǎo)電炭黑、超級 導(dǎo)電碳、碳納米管、導(dǎo)電炭纖維和科琴黑中的至少一種；所述石墨締的質(zhì)量占所述導(dǎo)電劑的 總質(zhì)量的比例為10 %~100%。
[0012] 作為本發(fā)明一種電化學(xué)電池極片的一種改進(jìn)，所述石墨締的厚度為0.336nm~ lOOnm，所述石墨締的片層的平面尺寸（即石墨締片層平面的等效直徑，"等效直徑"即為與 平面面積相等的圓的直徑）大于或等于IOnm,石墨締片層較小時(shí)，難W控制其平行于集流 體排布，因此更大片層的石墨締效果更佳；所述石墨締為氧化石墨締、石墨締和改性石墨締 (為了增加石墨締片層對磁場的響應(yīng)，改性石墨締可W為在石墨締片層上復(fù)合/接枝有易 磁化元素，如鐵、鋼、鉆、儀等元素）中的至少一種。
[0013] 作為本發(fā)明一種電化學(xué)電池極片的一種改進(jìn)，夾角0《30° (0越小，說明石 墨締片層更傾向于平行于集流體排布）的石墨締的質(zhì)量占石墨締總量的比例大于或等于 50%或/和夾角0《45°的石墨締的質(zhì)量占石墨締總量的比例大于或等于70% (0越小、 比例越高，在相同石墨締的情況下，得到的緩沖層可W做得越?。?。
[0014] 作為本發(fā)明一種電化學(xué)電池極片的一種改進(jìn)，所述電化學(xué)電池包括儀氨電池、儀 儒電池、鉛酸電池、裡離子電池、電容器、鋒離子電池、裡硫電池或鋼離子電池；所述極片包 括正極片或/和負(fù)極片。
[0015] 本發(fā)明還包括一種電化學(xué)電池，包括正極片、負(fù)極片、隔離膜、電解質(zhì)和外包裝，所 述正極片或/和所述負(fù)極片選自本發(fā)明所述的電極片。
[0016] 本發(fā)明還包括一種電化學(xué)電池的制備方法，主要包括如下步驟：
[0017] 步驟1 :電極片制備：將含有石墨締的導(dǎo)電劑、粘接劑W及溶劑混合，配制成固含 量小于或等于40%的漿料，之后涂敷在集流體上，并施加外力，使得石墨締的片層平面與集 流體平面之間的夾角0《45°，干燥后即得到含有底層處理層的集流體；之后將含有活 性物質(zhì)的漿料布置于底層處理層的表面，烘干后即得到電極片待用；漿料固含量低時(shí)，同等 膠量下，粘度較小，更有利于石墨締片層的移動(dòng)，而片狀的石墨締平鋪于集流體上時(shí)勢能最 低，本身即處于最穩(wěn)定狀態(tài)，容易保持平鋪狀態(tài)；
[001引步驟2 :成品電化學(xué)電池制備：將步驟1得到的極片冷壓、分條、焊接后，與對電極、 隔離膜組裝得到裸電忍，之后入殼/入袋、干燥、注液、化成、整形得到成品電化學(xué)電池。
[0019]作為本發(fā)明電化學(xué)電池制備方法的一種改進(jìn)，步驟1所述的漿料的固含量小于或 等于6% (固含量較低時(shí)，漿料粘度較小，石墨締更容易平鋪于集流體上），施加外力為施加 與集流體之間的夾角大于或等于45°的磁場，施加時(shí)間為漿料干燥前；所述干燥為冷凍干 燥或加熱干燥。
[0020] 作為本發(fā)明電化學(xué)電池制備方法的一種改進(jìn)，步驟1制備含有底層處理層的集流 體時(shí)，還采用CVD法于集流體上生長一層石墨締作為緩沖層。
[0021] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0022] 首先，石墨締本身具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，作為導(dǎo)電緩沖層的導(dǎo)電劑能夠顯著降低 電池阻抗；
[0023] 其次，石墨締傾向于平行于集流體排布，其所占的厚度更小，因此非活性物質(zhì)組分 的緩沖層厚度更小，電池具有更高的能量密度；
[0024] 最后，制備過程中，選擇了固含量低、粘度低的漿料，更有利于石墨締片層的移動(dòng)， 而片狀的石墨締平鋪于集流體上時(shí)勢能最低，本身即處于最穩(wěn)定狀態(tài)，容易保持平鋪狀態(tài)。
【具體實(shí)施方式】
[00巧]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明及其有益效果進(jìn)行詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方 式不限于此。
[0026] 比較例，負(fù)極集流體緩沖層制備：選擇導(dǎo)電炭黑為導(dǎo)電劑，PVDF為粘接劑（質(zhì)量比 為95:5)，配制得到固含量為40 %的漿料，之后涂敷于銅集流體上，得到含有厚度為2ym緩 沖層的集流體；
[0027]負(fù)極片制備：選擇質(zhì)量比為1:9的娃、石墨混合材料作為活性物質(zhì)，配制得到負(fù)極 漿料，之后涂敷于上述集流體表面，得到負(fù)極電極片待用；
[0028] 成品電化學(xué)電池制備：將上述負(fù)極冷壓、分條、焊接后，與正極、隔離膜卷繞得到裸 電忍，之后選擇侶塑膜為包裝袋，進(jìn)行頂封、側(cè)封、干燥、注液、化成、整形得到成品電化學(xué)電 池。
[0029] 實(shí)施例1，與比較例不同的是，本實(shí)施例包括如下步驟：
[0030] 負(fù)極集流體緩沖層制備：選擇片層厚度為Inm、平面尺寸為1 ym的石墨締作為導(dǎo) 電劑，PVDF為粘接劑（質(zhì)量比為95:5)，配制得到固含量為3%的漿料，之后涂敷于銅集流 體上，待漿料涂敷于集流體上后，施加磁場直至膜片上漿料固化為止，控制磁場角度、強(qiáng)弱 及涂敷時(shí)的走帶速度，使得約80%的石墨締片層與集流體的夾角為30°左右，從而得到含 有厚度為1ym緩沖層的集流體；
[0031] 其余與比較例相同，運(yùn)里不在寶述。
[0032] 實(shí)施例2,與實(shí)施例1不同的是，本實(shí)施例包括如下步驟：
[0033]負(fù)極集流體緩沖層制備：選擇片層厚度為Inm、平面尺寸為1Jim的石墨締作為導(dǎo) 電劑，PVDF為粘接劑（質(zhì)量比為95:5)，配制得到固含量為3%的漿料，之后涂敷于銅集流 體上，待漿料涂敷于集流體上后，施加磁場直至膜片上漿料固化為止，控制磁場角度、強(qiáng)弱 及涂敷時(shí)的走帶速度，使得約50%的石墨締片層與集流體的夾角為44°左右，從而得到含 有厚度為1ym緩沖層的集流體；
[0034] 其余與實(shí)施例1相同，運(yùn)里不在寶述。
[0035] 實(shí)施例3,與實(shí)施例1不同的是，本實(shí)施例包括如下步驟：
[0036] 負(fù)極集流體緩沖層制備：選擇片層厚度為Inm、平面尺寸為1Jim、的石墨締作為導(dǎo) 電劑，PVDF為粘接劑（質(zhì)量比為95:5)，配制得到固含量為3%的漿料，之后涂敷于銅集流 體上，待漿料涂敷于集流體上后，施加磁場直至膜片上漿料固化為止，控制磁場角度、強(qiáng)弱 及涂敷時(shí)的走帶速度，使得約70%的石墨締片層與集流體的夾角為20°左右，從而得到含 有厚度為1ym緩沖層的集流體；
[0037] 其余與實(shí)施例1相同，運(yùn)里不在寶述。
[0038] 實(shí)施例4,與實(shí)施例1不同的是，本實(shí)施例包括如下步驟：
[0039] 負(fù)極集流體緩沖層制備：選擇片層厚度為1皿、平面尺寸為0.4ym、的石墨締作為 導(dǎo)電劑，PVDF為粘接劑（質(zhì)量比為95:5)，配制得到固含量為3%的漿料，之后涂敷于銅集 流體上，待漿料涂敷于集流體上后，施加磁場直至膜片上漿料固化為止，控制磁場角度、強(qiáng) 弱及涂敷時(shí)的走帶速度，使得約90%的石墨締片層