一种极片及其制备方法与流程

本发明属于电池材料领域，具体地涉及一种极片及其制备方法。

背景技术：

1、极片设计及制造是锂电池生产过程中的关键工序，传统的极片制造过程涉及匀浆、涂布、冷压等过程，成型的极片包含铜铝箔基材和活性物质膜片层。传统的极片制造过程耗时长、能耗高，且极片成型会使用大量的铜铝箔基材。经计算，负极片中铜箔质量占比在20％-30％，正极片中铝箔质量占比在8％-15％。因此，精简极片制造过程，降低铜铝基材使用量是优化当前极片制造的主要方向。

2、传统的电极制造是将活性物质利用湿法均匀混合后再涂覆到集流体上制备成50-200μm厚的电极，随后还经过冷压及模切才能得到最终的电极。这种制备方式涉及的工序多、耗时久，同时在匀浆工序中需要消耗大量溶剂，涂布工序还需较高能耗将极片中的溶剂烘干挥发。

3、mit材料科学教授蒋业明创办的24m公司开发了一种厚电极技术，该技术通过工艺创新大幅提升电极厚度，相较现有技术的电极厚度提升5倍，摒弃了80％的集流体支撑，参见us 61/736,798。特斯拉干电极技术将活性物质、导电剂及粘结剂均匀混合后通过高温高压直接将电极膜片挤出，随后再与集流体复合。24m公司以集流体+活性物质膜片的方式制备厚电极会大幅恶化电极的电子传导和离子传导能力，用厚电极制作的电池极化阻抗会很大，无法以正常的电流密度进行充放电。干电极技术虽然取消了匀浆过程避免了溶剂消耗，但是在膜片挤出成型过程的高温高压依然需要消耗大量电能，后续还需要模切分条进行电极的最终成型。24m公司的厚电极技术及特斯拉的干电极技术都是沿用传统的极片结构，在极片制造过程会使用大量的铜铝箔基材，无法做到有效的减重及材料成本控制。此外，随着电极的厚度增加，电解液的浸润效果、吸液及保液能力会降低，造成极片动力学性能下降，电池的整体性能恶化、寿命降低。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种制作简便、生产成本降低、改善电解液浸润的极片及其制备方法。

2、本发明的第一方面，提供了一种极片的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)对活性物质粉末、粘结剂、导电剂和链状导电材料进行干混，得到固体物质混合物；

4、(2)在所述固体物质混合物中加入溶剂，搅拌得到粘稠状浆料；

5、(3)使用底部具有凸起的模具将所述粘稠状浆料和片状金属极耳进行冲压成型，得到一个或两个表面具有凹槽的湿极片；

6、(4)烘干所述湿极片中的溶剂，制得所述极片，极片的厚度为0.05-5mm，所述极片的一个或两个表面具有凹槽。

7、在一个或多个实施方案中，所述凹槽的深度为所述极片厚度的1/16-1/8；和/或，所述凹槽的形状选自条状、网格状和点状中的一种或多种。

8、在一个或多个实施方案中，所述方法具有以下一项或多项特征：

9、所述粘结剂选自聚偏二氟乙烯、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶中的一种或多种；

10、所述溶剂为n-甲基吡咯烷酮或水；

11、所述活性物质粉末为磷酸铁锂或石墨；

12、所述导电剂为导电炭黑；

13、所述链状导电材料为金属丝、单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的一种或多种，所述金属丝优选为铝丝和铜丝中的一种或两种。

14、在一个或多个实施方案中，所述方法具有以下一项或多项特征：

15、所述固体物质混合物中，所述链状导电材料的质量分数为3％-15％；

16、所述固体物质混合物中，所述活性物质粉末、所述粘结剂和所述导电剂的质量分数分别为80％-95％、0.5％-5％和0.5％-5％；

17、步骤(2)中，所述溶剂的质量分数＞0％且≤15％，以粘稠状浆料的总质量计；

18、步骤(3)包括：在模具中平铺两层或两层以上所述粘稠状浆料，在相邻两层所述粘稠状浆料中间放置片状金属极耳，保证相邻两层的粘稠状浆料的厚度相同。

19、在一个或多个实施方案中，步骤(1)中，将磷酸铁锂、聚偏二氟乙烯、导电炭黑和链状导电材料混合成固体物质混合物，所述固体物质混合物中，磷酸铁锂、聚偏二氟乙烯、导电炭黑和链状导电材料的质量分数分别为89％-93％、1％-3％、1％-3％和3％-9％。

20、在一个或多个实施方案中，步骤(1)中，将石墨、羧甲基纤维素钠、导电炭黑、丁苯橡胶和链状导电材料混合成固体物质混合物，所述固体物质混合物中，石墨、羧甲基纤维素钠、导电炭黑、丁苯橡胶和链状导电材料的质量分数分别为82％-90％、0.5％-2％、0.5％-2％、0.5％-2％和5％-15％。

21、本发明的第二方面，提供了一种极片，所述极片的一个或两个表面具有凹槽。

22、在一个或多个实施方案中，所述凹槽的深度为极片厚度的1/16-1/8。

23、在一个或多个实施方案中，所述凹槽的形状选自条状、网状和点状中的一种或多种。

24、本发明的第三方面，提供了一种电化学装置，所述电化学装置包括本发明第二方面所述的极片。

25、本发明的第四方面，提供了一种模具，所述模具包括第一模具和第二模具，所述第一模具和所述第二模具用于通过相对挤压将所述模具内部的极片浆料压制为极片，所述第一模具的一端设置有极耳定位平台，所述极耳定位平台为用于放置极耳的槽，所述第一模具和/或所述第二模具的底部设置有凸起。

26、在一个或多个实施方案中，所述模具具有以下一项或多项特征：

27、凸起的形状选自条状、网格状和点状中的一种或多种；

28、所述第一模具和/或所述第二模具的内部四周设计有倒角；

29、所述极耳定位平台位于所述第一模具深度的1/3-2/3处；

30、所述第一模具底部设置有凸起，所述第一模具底部上的凸起的高度为第一模具深度的1/8-1/4；

31、所述第二模具底部设置有凸起，所述第二模具底部上的凸起的高度为第二模具深度的1/8-1/4；

32、所述极耳定位平台与所述极耳的形状相匹配。

33、本发明的第五方面，提供了一种本发明第四方面所述的模具在制备极片中的应用；优选地，所述极片为正极极片和/或负极极片。

技术特征：

1.一种极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凹槽的深度为所述极片厚度的1/16-1/8；和/或，所述凹槽的形状选自条状、网格状和点状中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述方法具有以下一项或多项特征：

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述方法具有以下一项或多项特征：

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将磷酸铁锂、聚偏二氟乙烯、导电炭黑和链状导电材料混合成固体物质混合物，所述固体物质混合物中，磷酸铁锂、聚偏二氟乙烯、导电炭黑和链状导电材料的质量分数分别为89％-93％、1％-3％、1％-3％和3％-9％；或者

6.一种极片，其特征在于，所述极片的一个或两个表面具有凹槽；

7.一种电化学装置，其特征在于，所述电化学装置包括权利要求6所述的极片。

8.一种模具，其特征在于，所述模具包括第一模具和第二模具，所述第一模具和所述第二模具用于通过相对挤压将所述模具内部的极片浆料压制为极片，所述第一模具的一端设置有极耳定位平台，所述极耳定位平台为用于放置极耳的槽，所述第一模具和/或所述第二模具的底部设置有凸起。

9.如权利要求8所述的模具，其特征在于，所述模具具有以下一项或多项特征：

10.权利要求8或9所述的模具在制备极片中的应用；优选地，所述极片为正极极片和/或负极极片。

技术总结本发明提供了一种极片及其制备方法，具体地，包括以下步骤：(1)对活性物质粉末、粘结剂、导电剂和链状导电材料进行干混，得到固体物质混合物；(2)在所述固体物质混合物中加入溶剂，搅拌得到粘稠状浆料；(3)使用底部具有凸起的模具将所述粘稠状浆料和片状金属极耳进行冲压成型，得到一个或两个表面具有凹槽的湿极片；(4)烘干所述湿极片中的溶剂，制得所述极片，极片的厚度为0.05‑5mm，所述极片的一个或两个表面具有凹槽。本发明方法使用特殊的冲压模具在极片表面制造凹槽，有利于改善电解液的浸润、循环过程中吸液及保液能力，可以降低锂离子扩散阻力，进而提高电芯的整体综合性能。技术研发人员：赵东东,占莎,李昌茂,霍涛涛,蒋治亿受保护的技术使用者：江苏天合储能有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9