一种极片及电池的制作方法

1.本技术涉及电池技术领域，尤其涉及一种极片及电池。


背景技术：

2.锂离子电池由于其能量密度高，循环性能好，污染小等优点而广泛应用在消费电子，新能源汽车及储能等领域，故而对其安全性的要求也越来越高，尤其面对异物挤入的情况，电池很容易在短时间内温度急剧升高，最终发生燃烧爆炸。
3.目前，通过在集流体表面设置保护层可提高锂离子电池的安全性，但是由于保护层中无机物和粘结剂的粘结性较差，在循环使用过程中，保护层与集流体表面的粘结性会不断下降，此时，电池有表面析锂的风险，容易造成电池循环跳水，进一步地，导致电池的安全性能低。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种极片及电池，以解决现有保护层的无机物和粘结剂的粘结性能差，使得电池表面析锂，造成电池循环跳水，从而导致电池的安全性能低的问题。
5.为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：
6.第一方面，本技术实施例提供了一种极片，包括集流体，所述集流体的至少一侧表面设置有保护层，所述保护层由包括无机物、第一粘结剂、第一导电剂和偶联剂的组合物形成；
7.所述集流体上还设置有活性物质层，且所述活性物质层设置在所述保护层的远离所述集流体的表面。
8.可选地，所述无机物占所述组合物总质量的50～98％，所述第一导电剂占所述组合物总质量的1～10％，所述第一粘结剂占所述组合物总质量的1～35％，所述偶联剂占所述组合物总质量的0.1～5％。
9.可选地，所述第一粘结剂的物质为有机物，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
10.可选地，所述偶联剂的分子通式为rnsix
(4-n)
，其中，0《n《4，r为亲无机物的官能团，x为亲有机物的官能团。
11.可选地，所述无机物包括氧化物、碳化物、氮化物、无机盐中的至少一种；
12.所述第一粘结剂包括聚偏氟乙烯，聚丙烯腈，聚丙烯酸及其衍生物，聚乙二醇，天然橡胶乳液，丁苯乳液，丁腈乳液，聚氨酯中的至少一种。
13.可选地，所述第一导电剂包括导电炭黑、乙炔黑、石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维中的至少一种。
14.可选地，所述保护层在所述集流体上的垂直投影区域位于所述活性物质层在所述集流体的垂直投影区域内；
15.或，
16.所述活性物质层在所述集流体上的垂直投影区域位于所述保护层在所述集流体
的垂直投影区域内。
17.可选地，所述保护层的厚度为0.5-10μm。
18.可选地，所述活性物质层由活性材料、第二导电剂和第二粘结剂组合形成，所述第二粘结剂用于提高所述活性物质层的粘结性。
19.第二方面，本技术实施例还提供一种电池，包括如第一方面所述的极片。
20.本技术实施例中，极片包括集流体，所述集流体的至少一侧表面设置有保护层，所述保护层由包括无机物、第一粘结剂、第一导电剂和偶联剂的组合物形成；所述集流体上还设置有活性物质层，且所述活性物质层设置在所述保护层的远离所述集流体的表面。通过在形成保护层的组合物中增加可提高无机物与第一粘接剂之间的粘接强度的偶联剂，可提高保护层与被涂覆保护层的集流体表面的粘接性，从而提高电池的安全性能。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。
22.图1为本技术实施例提供的极片的结构示意图一；
23.图2为本技术实施例提供的极片的结构示意图二；
24.图3为本技术实施例提供的用于电池极片保护层的组合物的结构示意图。
具体实施方式
25.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
26.除非另有定义，本技术中使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所述领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性。而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
27.锂离子电池由于其能量密度高，循环性能好，污染小等优点而广泛应用在消费电子、新能源汽车及储能等领域，在手持设备和笔记本电脑的广泛应用也对锂离子电池的安全性提出了严苛的要求，尤其面对异物挤入的情况，电池很容易在短时间内温度急剧升高，最终发生燃烧爆炸。目前，通过在集流体表面设置保护层可提高针刺、重物冲击等测试的通过率，但是保护层中无机物和粘结剂的粘结较差，在循环使用过程中，保护层与被涂覆保护层的集流体表面的粘结性会不断下降，最终导致循环跳水，进一步地，导致电池的安全性能低。
28.为解决上述问题，下面结合附图，通过具体的实施例对本技术提供的一种极片及电池进行详细地说明。
29.请参阅图1和图2，图示为本技术实施例提供的极片的结构示意图，该极片包括集流体10，在集流体10的至少一侧表面设置的保护层20，如图3所示，所述保护层20由包括无机物21、第一粘结剂22、第一导电剂23和偶联剂24的组合物形成；
30.所述集流体上还设置有活性物质层30，且活性物质层30设置在保护层20上远离集流体10的表面。
31.本技术实施例中，通过在形成保护层20的组合物中增加可提高无机物21与第一粘接剂之间的粘接强度的偶联剂24，可提高保护层20与被涂覆保护层20的集流体10表面的粘接性。作为示例，集流体10可以是铝箔，也就是说，保护层20与铝箔表面的粘接性可得到提高。由于保护层20与集流体10表面的粘接性得到提高，以减小由于电池表面析锂造成电池循环跳水的风险，进一步地，从而提高电池的安全性能。
32.在一可选的实施例中，无机物21占该组合物总质量的50～98％，第一导电剂23占组合物总质量的1～10％，第一粘结剂22占组合物总质量的1～35％，偶联剂24占组合物总质量的0.1～5％。
33.在具体实现时，通过将无机物21、第一粘接剂、第一导电剂23和偶联剂24按照预设范围比例进行配置并混合，加入nmp(n-甲基吡咯烷酮)，搅拌配置成浆料，将该浆料涂覆在集流体10表面上，经过烘干得到该保护层20。
34.可选地，该保护层20的厚度为0.5-10μm。
35.本实施例中，通过引入偶联剂24，第一方面，可提高保护层20中无机物21与第一粘结剂22的相容性，使第一导电剂23分布更均匀，提升循环稳定性；另一方面，还可以增加无机物21与第一粘结剂22的粘结性，提高保护层20与集流体10表面铝箔的粘接性，从而提高循环性能和安全性能。
36.在一可选的实施例中，第一粘结剂22的物质为有机物，偶联剂24为硅烷偶联剂24。
37.其中，该第一粘结剂22包括聚偏氟乙烯，聚丙烯腈，聚丙烯酸及其衍生物，聚乙二醇，天然橡胶乳液，丁苯乳液，丁腈乳液，聚氨酯中的至少一种。硅烷偶联剂作为一种化学剂，除了可用于表面处理、填充塑料外，还可用作密封剂、粘结剂和涂料的增粘剂使用。
38.具体地，在硅烷偶联剂介于无机物21和有机物(即第一粘结剂22)之间的情况下，可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层，以提高无机物21与第一粘结剂22之间的粘接强度。
39.可选地，该偶联剂24的分子通式为rnsix
(4-n)
，其中，0《n《4，r为亲无机物21的官能团，x为亲有机物的官能团。
40.其中，r为氨基、巯基、乙烯基、甲基丙烯酰氧基、环氧基等非水解的有机官能团中的任一种；x为甲氧基、乙氧基、氯基、乙酰氧基等可水解、缩合的基团中的任一种。
41.在具体实施时，偶联剂可以是乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、正丙基三甲氧基硅、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(甲氧基乙氧基)硅烷、γ-(环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。可选地，该无机物21包括氧化物、碳化物、氮化物、无机盐中的至少一种。
42.具体地，所述氧化物选自氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化锆、硫氧锑矿、氧化钡、氧化锰、氧化硅中的至少一种；所述碳化物包括属碳化物和/或非金属碳化物，其中，所述金属碳化物包括碳化钛、碳化钙、碳化铬、碳化钽、碳化钒、碳化锆、碳化钨中的至少一种，所述非金属碳化物包括碳化硼和/或碳化硅；所述氮化物包括金属氮化物和/或非金属氮化物，其中，所述金属氮化物包括氮化锂、氮化镁、氮化铝、氮化钛、氮化钽中的至少一种，所述非金属氮化物包括氮化硼、五氮化三磷、四氮化三硅中的至少一种；所述无机盐包括碳酸盐和/或硫酸盐。
43.可选地，第一导电剂23包括导电炭黑、乙炔黑、石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维中的至少一种。
44.在一可选的实施例中，如图1和图2所示，保护层20在集流体10上的垂直投影区域位于活性物质层30在集流体10的垂直投影区域内；
45.或，
46.活性物质层30在集流体10上的垂直投影区域位于保护层20在集流体10的垂直投影区域内。
47.可选地，活性物质层30由活性材料、第二导电剂和第二粘结剂组合形成。
48.在具体实现时，通过将活性物质、第二粘接剂和第二导电剂按照第二预设范围比例进行配置并混合，加入nmp(n-甲基吡咯烷酮)，搅拌配置成浆料，将该浆料涂覆在保护层20表面上，经过烘干得到该活性物质层30。
49.可选地，第二导电剂包括导电炭黑、乙炔黑、石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维中的至少一种；第二粘结剂包括聚偏氟乙烯，聚丙烯腈，聚丙烯酸及其衍生物，聚乙二醇，天然橡胶乳液，丁苯乳液，丁腈乳液，聚氨酯中的至少一种。
50.其中，第二粘结剂用于提高活性物质层的粘结性。
51.本技术还提供一种电池，包括如上所述的极片。由于本实施例的技术方案包含了上述实施例的全部技术方案，因此至少能实现上述实施例的全部技术效果，此处不再一一赘述。
52.另外，为了对本技术更好地理解，通过以下多个实施例对本技术提供的极片及具有该极片的电池进行详细说明，并提供两个对比例来与以下多个实施例进行对比。其中，预设形成保护层20的组合物总质量为100，同样地，预设形成活性物质层的组合物总质量为100。
53.实施例1：
54.将80质量份的三氧化二铝，10质量份的聚偏氟乙烯，4质量份的炭黑，4质量份的碳管及2质量份硅烷偶联剂的混合，加入nmp，搅拌配置成浆料，将浆料涂覆在铝箔上，经烘干得到保护层20后，将96质量份的正极活性物质钴酸锂、2质量份的聚偏氟乙烯以及2质量份的导电剂炭黑混合，加入nmp，搅拌配置成浆料，将浆料涂覆在保护层20上，经烘干后得到活性物质层后，辊压得到正极片。其中，保护层20的厚度可为5μm，正极活性物质层的厚度为30μm。
55.实施例2：
56.将80质量份的三氧化二铝，11质量份的聚偏氟乙烯，4质量份的炭黑，4质量份的碳管及1质量份硅烷偶联剂的混合，加入nmp，搅拌配置成浆料，将浆料涂覆在铝箔上，经烘干
得到保护层20后，将96质量份的正极活性物质钴酸锂、2质量份的聚偏氟乙烯以及2质量份的导电剂炭黑混合，加入nmp，搅拌配置成浆料，将浆料涂覆在保护层20上，经烘干后得到活性物质层后，辊压得到正极片。其中，保护层20的厚度可为5μm，正极活性物质层的厚度为30μm。
57.实施例3：
58.将80质量份的三氧化二铝，11.5质量份的聚偏氟乙烯，4质量份的炭黑，4质量份的碳管及0.5质量份硅烷偶联剂的混合，加入nmp，搅拌配置成浆料，将浆料涂覆在铝箔上，经烘干得到保护层20后，将96质量份的正极活性物质钴酸锂、2质量份的聚偏氟乙烯以及2质量份的导电剂炭黑混合，加入nmp，搅拌配置成浆料，将浆料涂覆在保护层20上，经烘干后得到活性物质层后，辊压得到正极片。其中，保护层20的厚度可为5μm，正极活性物质层的厚度为30μm。
59.实施例4：
60.将90质量份的三氧化二铝，5质量份的聚偏氟乙烯，2质量份的炭黑，2质量份的碳管及1质量份硅烷偶联剂的混合，加入nmp，搅拌配置成浆料，将浆料涂覆在铝箔上，经烘干得到保护层20后，将96质量份的正极活性物质钴酸锂、2质量份的聚偏氟乙烯以及2质量份的导电剂炭黑混合，加入nmp，搅拌配置成浆料，将浆料涂覆在保护层20上，经烘干后得到活性物质层后，辊压得到正极片。其中，保护层20的厚度可为5μm，正极活性物质层的厚度为30μm。
61.实施例5：
62.将60质量份的三氧化二铝，27质量份的聚偏氟乙烯，5质量份的炭黑，5质量份的碳管及3质量份硅烷偶联剂的混合，加入nmp，搅拌配置成浆料，将浆料涂覆在铝箔上，经烘干得到保护层20后，将96质量份的正极活性物质钴酸锂、2质量份的聚偏氟乙烯以及2质量份的导电剂炭黑混合，加入nmp，搅拌配置成浆料，将浆料涂覆在保护层20上，经烘干后得到活性物质层后，辊压得到正极片。其中，保护层20的厚度可为5μm，正极活性物质层的厚度为30μm。
63.对比例1：
64.将96质量份的正极活性物质钴酸锂、2质量份的聚偏氟乙烯以及2质量份的导电剂炭黑，混合，加入nmp，搅拌配置成浆料，将浆料涂覆在铝箔上，经烘干后形成活性物质层，辊压得到正极片。其中，正极活性物质层的厚度为30μm。
65.对比例2：
66.将80质量份的三氧化二铝，12质量份的聚偏氟乙烯，4质量份的炭黑，4质量份的碳管混合，加入nmp，搅拌配置成浆料，将浆料涂覆在铝箔上，经烘干得到保护层20后，将96质量份的正极活性物质钴酸锂、2质量份的聚偏氟乙烯以及2质量份的导电剂炭黑混合，加入nmp，搅拌配置成浆料，将浆料涂覆在保护层20上，经烘干后得到活性物质层后，辊压得到正极片。其中，保护层20的厚度可为5μm，正极活性物质层的厚度为30μm。
67.需要说明的是，实施例1至实施例5为采用本技术提供的极片制备的锂离子电池，对比例1和对比例2为相关技术中常用的极片制备的锂离子电池。通过以上实施例1至实施例5，以及对比例1和对比例2制备的极片，其上下两面均按常规的方法涂布、烘干、辊压、分切、制片，然后将制得的极片、隔膜和电解液按照常规的锂电池制作工艺制作成多个锂离子
电池，其中，多个锂离子电池的电池容量均约4500mah。并将所有锂离子电池进行常温循环测试、高温循环测试、穿钉测试以及重物冲击测试。
68.其中，常温循环测试是指在25℃下以1.5c的电流对锂离子电池充电至4.45v，转为恒压充电至充电电流为0.05c，以1c的电流放电至3v，重复充放电800次；循环过程中记录锂离子电池的放电容量，以第800次的放电容量与第一次放电容量百分比作为容量保持率。
69.高温循环测试是指在45℃下以1.5c的电流对锂离子电池充电至4.45v，转为恒压充电至充电电流为0.05c，以0.5c的电流放电至3v，重复充放电200次，；循环过程中记录锂离子电池的放电容量，以第500次的放电容量与第一次放电容量百分比作为容量保持率。
70.穿钉测试是指将电池充满电，将满电电池置于穿钉测试设备上，启动设备，使钉子(直径3mm)以130mm/s的速度垂直于电池平面刺入电池的中心位置，停留10min后退出，电池不起火视为通过。
71.重物冲击测试是指将锂离子电池置于常温环境下，将锂离子电池以0.2c恒流充电至电压为4.45v，然后恒压充电至电流降为0.025c，停止充电，接着以0.5c恒流放电，放到3.0v，如此循环5t，最后一次电芯充满电后24小时内进行重物冲击试验：将电芯放置于一平面，将一个直径15.8
±
0.2mm的钢柱置于电芯中心，钢柱的纵轴平行于平面，让质量为9.1
±
0.1kg的重物从610
±
25mm的高度自由落到电池中心上方的钢柱上，测试完毕观察6小时，锂离子电池不起火不爆炸记为通过。每例测试10只锂离子电池，以重物冲击测试通过率作为评价锂离子电池安全性的指标。
72.最终获取的各个实施例结果如下表所示：
[0073][0074]
将实施例1至5与对比例1和对比例2进行对比可以看出，其中，实施例1至5为本技术实施例的提供的锂离子电池，电池能在保证电池常温及高温循环性能的前提下，提高电池穿钉与重物冲击的通过率，从而提高电芯安全性能。其中，电池包括本技术实施例提供的配置范围比例形成保护层20的组合物制备的极片。
[0075]
而采用对比例1制备的极片，由于极片未涂覆保护层20，因此，采用该极片制备的锂离子电池安全性能很差，无法通过穿钉与重物冲击测试。
[0076]
采用对比例2制备的极片，由于保护层20中未添加偶联剂24，使得保护层中无机物和粘结剂的粘结性较差，因此，采用该极片制备的锂离子电池其循环性能较差，尤其是高温
循环性能明显恶化。
[0077]
以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。