电极片及其制备方法和应用与流程

本发明属于电池，具体涉及一种电极片及其制备方法和应用。

背景技术：

1、厚电极技术是通过在电极制备过程中增加材料的厚度实现的，可以提高电池的能量密度，但是，随着电极涂覆物质厚度的增大，电解液的浸润难度增加，并且锂离子传质路径显著增长，使得电极过程动力学迟滞，导致电池极化增大。

2、相关技术中有利用针刺工艺技术，在辊压过的厚电极活性物质层上进行排针穿刺，在活性物质层上形成微孔阵列，通过制备微孔阵列，提高电解液在厚电极内层的浸润速度，增大活性物质与电解液的反应接触面积，缩短锂离子传质路径，减小充放电过程的电池极化的方法。然而为了保证微孔阵列的有序排列，需要精确控制排针装置的垂直穿刺深度以防止扎破集流体，这就增加了制程难度。而且在极片辊压之后，又引入穿刺造孔工步，势必会影响产品良率和生产稼动率。

3、因此，如何以高效的生产效率构建有利于厚电极浸润的电极结构，从而充分发挥靠近集流体一侧活性物质层的电化学性能，仍是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电极片及其制备方法和应用，采用该电极片既能使较厚的活性物质层与集流体保持良好粘结支撑，改善浸润保液效果，也可为锂离子快速迁移提供更多有效通道，降低活性物质层锂离子扩散极化，从而将其应用于电池，可以提升电池的容量发挥和循环寿命，同时可以避免在电极片辊压之后引入穿刺造孔工步，从而有利于降低制程难度，提高产品良率和生产稼动率。

2、在本发明的第一个方面，本发明提出了一种电极片。根据本发明的实施例，所述电极片包括：

3、集流体；

4、复合胶层，所述复合胶层设置在所述集流体的至少一侧，所述复合胶层包括第一粘结剂和含氮多孔碳骨架材料，所述含氮多孔碳骨架材料具有孔隙；

5、活性物质层，所述活性物质层设置在所述复合胶层远离所述集流体的一侧，所述活性物质层包括活性物质、导电剂和第二粘结剂。

6、根据本发明上述实施例的电极片，通过在集流体的至少一侧设置复合胶层，在复合胶层远离集流体的一侧设置包括活性物质、导电剂和第二粘结剂的活性物质层，并且复合胶层包括第一粘结剂和具有孔隙的含氮多孔碳骨架材料，其中，第一粘结剂的分子链段具有丰富的官能团结构和化学键合位点，一方面可以通过“点-面”键合作用方式，将含氮多孔碳骨架材料、活性物质、导电剂与集流体连接，使得较厚的活性物质层能够稳定地粘附在集流体表面，从而提高厚电极的极片剥离强度，再一方面可以与含氮多孔碳骨架材料协同作用，使较厚的活性物质层与集流体保持良好粘结支撑，另一方面可以依附在含氮多孔碳骨架材料表面，并由含氮多孔碳骨架材料向四周延伸与其他第一粘结剂分子链段之间相互作用形成网状结构，可以为电解液离子提供扩散转移通道，从而有利于提高电解液的浸润和保液性能；含氮多孔碳骨架材料可以使得复合胶层具有丰富的微观孔隙和较大的比表面积，可以提供丰富的离子扩散通道，同时，含氮多孔碳骨架材料中的氮元素能够与碳元素形成键合结构，提升其对于li+脱嵌活性，有利于电解液中锂盐的浸润，由此，既能改善厚电极片的浸润保液效果，也可为锂离子快速迁移提供更多有效点位，降低活性物质层锂离子扩散极化，从而将其应用于电池，可以提升电池的容量发挥和循环寿命，减少高倍率快充下负极析锂的风险。由此，采用本发明的电极片既能使较厚的活性物质层与集流体保持良好粘结支撑，改善浸润保液效果，也可为锂离子快速迁移提供更多有效通道，降低活性物质层锂离子扩散极化，从而将其应用于电池，可以提升电池的容量发挥和循环寿命，减少高倍率快充下负极析锂的风险，同时可以避免在电极片辊压之后引入穿刺造孔工步，从而有利于降低制程难度，提高产品良率和生产稼动率。

7、另外，根据本发明上述实施例的电极片还可以具有如下附加的技术特征：

8、在本发明的一些实施例中，所述复合胶层在所述集流体一侧表面的覆盖率为15％～70％。由此，有利于提高厚电极的极片剥离强度和浸润保液效果。

9、在本发明的一些实施例中，所述复合胶层的厚度为6μm～30μm。

10、在本发明的一些实施例中，所述集流体包括铜箔和/或铝箔。

11、在本发明的一些实施例中，所述集流体的厚度为3μm～18μm。

12、在本发明的一些实施例中，所述第一粘结剂包括聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚苯胺、聚吡咯、羧甲基纤维素锂和丁苯橡胶中的至少之一。

13、在本发明的一些实施例中，基于所述复合胶层的总质量，所述第一粘结剂的含量为5％～55％。由此，有利于提高厚电极的极片剥离强度。

14、在本发明的一些实施例中，所述含氮多孔碳骨架材料呈空心球状，所述空心球的外壳包括相互交错支撑的有机钼酸盐纳米片。由此，有利于改善厚电极片的浸润保液效果。

15、在本发明的一些实施例中，基于所述复合胶层的总质量，所述含氮多孔碳骨架材料的含量为45％～95％。由此，有利于改善厚电极片的浸润保液效果。

16、在本发明的第二个方面，本发明提出了一种制备上述实施例的电极片的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：(1)提供集流体；(2)在所述集流体的至少一侧形成复合胶层，所述复合胶层包括第一粘结剂和含氮多孔碳骨架材料，所述含氮多孔碳骨架材料具有孔隙；(3)在所述复合胶层远离所述集流体的一侧形成活性物质层，所述活性物质层包括活性物质、导电剂和第二粘结剂。

17、根据本发明上述实施例的制备电极片的方法，通过提供集流体，在集流体的至少一侧形成复合胶层，在复合胶层远离集流体的一侧形成包括活性物质、导电剂和第二粘结剂的活性物质层，并且复合胶层包括第一粘结剂和具有孔隙的含氮多孔碳骨架材料，其中，第一粘结剂的分子链段具有丰富的官能团结构和化学键合位点，一方面可以通过“点-面”键合作用方式，将含氮多孔碳骨架材料、活性物质、导电剂与集流体连接，使得较厚的活性物质层能够稳定地粘附在集流体表面，从而提高厚电极的极片剥离强度，再一方面可以与含氮多孔碳骨架材料协同作用，使较厚的活性物质层与集流体保持良好粘结支撑，另一方面可以依附在含氮多孔碳骨架材料表面，并由含氮多孔碳骨架材料向四周延伸与其他第一粘结剂分子链段之间相互作用形成网状结构，可以为电解液离子提供扩散转移通道，从而有利于提高电解液的浸润和保液性能；含氮多孔碳骨架材料可以使得复合胶层具有丰富的微观孔隙和较大的比表面积，可以提供丰富的离子扩散通道，同时，含氮多孔碳骨架材料中的氮元素能够与碳元素形成键合结构，提升其对于li+脱嵌活性，有利于电解液中锂盐的浸润，由此，既能改善厚电极片的浸润保液效果，也可为锂离子快速迁移提供更多有效点位，降低活性物质层锂离子扩散极化，从而将其应用于电池，可以提升电池的容量发挥和循环寿命，减少高倍率快充下负极析锂的风险。由此，采用本发明的制备电极片的方法得到的电极片既能使较厚的活性物质层与集流体保持良好粘结支撑，改善浸润保液效果，也可为锂离子快速迁移提供更多有效通道，降低活性物质层锂离子扩散极化，从而将其应用于电池，可以提升电池的容量发挥和循环寿命，减少高倍率快充下负极析锂的风险，同时可以避免在电极片辊压之后引入穿刺造孔工步，从而有利于降低制程难度，提高产品良率和生产稼动率。

18、另外，根据本发明上述实施例的制备电极片的方法还可以具有如下附加的技术特征：

19、在本发明的一些实施例中，在所述集流体的至少一侧形成复合胶层采用下列步骤进行：(2-1)将所述第一粘结剂、所述含氮多孔碳骨架材料和溶剂混合，以便得到混合胶液；(2-2)将所述混合胶液涂覆在所述集流体的至少一侧，并干燥，以便形成所述复合胶层。

20、在本发明的一些实施例中，基于所述混合胶液的总质量，所述含氮多孔碳骨架材料的含量为40％～60％。

21、在本发明的一些实施例中，所述含氮多孔碳骨架材料按照下列步骤制备得到：将钼酸盐、金属乙酸盐、氨基酸和水混合，以便得到第一溶液；将富氮前体与水混合，以便得到第二溶液；将所述第一溶液与所述第二溶液进行混合和固液分离，以便得到含氮多孔碳骨架材料前驱体；将所述含氮多孔碳骨架材料前驱体在惰性气氛下进行煅烧，以便得到含氮多孔碳骨架材料。

22、在本发明的一些实施例中，所述钼酸盐包括十二钼磷酸、八钼酸铵、磷钼酸铵及其水合物中的至少之一。

23、在本发明的一些实施例中，所述金属乙酸盐包括乙酸铜和/或乙酸铁。

24、在本发明的一些实施例中，所述氨基酸包括l-谷氨酸和/或甘氨酸。

25、在本发明的一些实施例中，所述富氮前体包括三聚氰胺和/或氨基甲酰脲。

26、在本发明的一些实施例中，所述第一溶液中，所述钼酸盐、金属乙酸盐和氨基酸的摩尔比为(0.1～0.3):(1.2～1.9):(0.3～1.5)。由此，有利于形成具有孔隙的含氮多孔碳骨架材料。

27、在本发明的一些实施例中，在将所述第一溶液与所述第二溶液进行混合时，所述第一溶液中钼酸盐与所述第二溶液中富氮前体的摩尔比为(0.1～0.3):(3～10)。由此，有利于形成具有孔隙的含氮多孔碳骨架材料。

28、在本发明的一些实施例中，将所述第一溶液与所述第二溶液进行混合的温度为50℃～95℃，时间为18h～36h。

29、在本发明的一些实施例中，所述煅烧的温度为300℃～1800℃，时间为0.5h～3h。

30、在本发明的一些实施例中，在将所述含氮多孔碳骨架材料前驱体在惰性气氛下进行煅烧之后，将煅烧所得产物与铁盐溶液混合后进行固液分离，得到固体产物，并对所述固体产物进行洗涤和干燥。

31、在本发明的一些实施例中，所述铁盐包括fecl3和/或fe(no3)3。

32、在本发明的第三个方面，本发明提出了一种锂电池。根据本发明的实施例，所述锂电池包括上述实施例的电极片或采用上述实施例的制备电极片的方法得到的电极片。

33、在本发明的第四个方面，本发明提出了一种车辆。根据本发明的实施例，所述车辆具有上述实施例的锂电池。

34、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。