电池极片、电池极片制作方法和锂离子电池与流程

1.本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种电池极片、电池极片制作方法和锂离子电池。


背景技术：

2.现有锂离子电池的极片(正极极片或负极极片)，通过在集流体层上涂布一层敷料(单层涂布)形成活性物质层。在极片的面密度大于一定值时(通常正极面密度超过480g/m2，负极面密度超过290g/m2)，极片容易因为敷料和集流体层之间粘结力差而出现掉粉的情况，致使极片合格率严重下降，且对后期成品电池的容量、循环、快速充电等产生较大的影响。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种电池极片、电池极片制作方法和锂离子电池，其旨在解决现有电池极片容易掉粉的问题。
4.为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
5.第一方面，提供一种电池极片，包括集流体层和活性物质层，活性物质层包括多个极片层，各极片层顺次涂覆于集流体层上，各极片层均包括活性材料、导电剂和粘合剂，其中，各极片层满足：
6.n≥2；
7.x1＞x2＞
…
＞x
n-1
＞xn；
8.y1＜y2＜
…yn-1
＜yn；
9.其中，n为极片层的层数，xi(i＝1，2，3，4，
…
n)为第i层极片层的导电剂含量，yi(i＝1，2，3，4，
…
n)为第i层极片层的粘合剂含量。
10.通过采用上述技术方案，越靠近集流体层的极片层，所含的导电剂越多而粘合剂越少。该设置有利于提高电池极片的粘附力，采用该电池极片的锂离子电池的快充能力、容量和循环性能也有所提高。
11.可选的，各极片层还满足：
12.x
i-2
/x
i-1
＝x
i-1
/xi；
13.y
i-2
/y
i-1
＝y
i-1
/yi；
14.其中，2≤i≤n。
15.通过采用上述技术方案，进一步提高电池极片的粘附力、降低电池极片的电阻，同时提高采用该电池极片的锂离子电池的能量密度、功率密度，提高锂离子电池的快速充电性能和循环性能。
16.可选的，以活性物质层的总重量为100份计，导电剂的重量份组分a为0-10份，粘合剂的重量份组分b为0-10分；
17.各极片层还满足：
18.x1+x2+
…
+x
n-1
+xn＝a；
19.y1+y2+
…
+y
n-1
+yn＝b。
20.通过采用上述技术方案，在活性物质层中粘合剂和导电剂的份数与现有活性物质层相同的情况下，通过调节粘合剂和导电剂沿垂直于集流体层方向上的分布，能够提高电池极片的粘附力、降低电池极片的电阻，同时提高采用该电池极片的锂离子电池的能量密度、功率密度，提高锂离子电池的快速充电性能、循环性能。
21.可选的，各极片层还满足：
22.d1+d2+d3+
…
+d
n-1
+dn＝d；
23.100μm≤d≤500μm；
24.其中，di(i＝1，2，3，4，
…
n)为第i层极片层的厚度，d为所述活性物质层的总厚度。
25.通过采用上述技术方案，在控制生产成本的同时保障电池极片的性能。
26.可选的，各极片层的厚度相同。
27.通过采用上述技术方案，便于生产控制，降低生产成本。此外，活性物质层所含粘合剂/导电剂沿垂直于集流体层方向由近及远呈线性递减/递减设置，导电剂和粘结剂整体梯度分布对电池极片的导电效率和粘结效率有正向的提高。
28.可选的，集流体层的两侧均设有一个活性物质层。
29.通过采用上述技术方案，有利于提高生产制作效率，降低生产成本。
30.可选的，活性材料为ncm材料或石墨。
31.通过采用上述技术方案，活性物质层可以为正极层或负极层。
32.第二方面，提供一种锂离子电池，包括如上述的电池极片。
33.通过采用上述技术方案，提高电池极片的粘附力，采用该电池极片的锂离子电池的快充能力、容量和循环性能也有所提高。
34.第三方面，提供一种电池极片制作方法，用于制备如上述的电池极片，包括下列步骤：
35.步骤1：在集流体层上涂布第一极片层，形成第一中间件；
36.步骤2：在第一中间件上涂布第二极片层，形成第二中间件；
37.步骤3：在第二极片层上涂布第三极片层，形成第三中间件；
38.…
39.步骤(n-1):在第(n-1)极片层上涂布第n极片层，形成第n中间件，辊压第n中间件；
40.第一极片层、第二极片层、第三极片层、
…
第(n-1)极片层和第n极片层构成活性物质层。
41.通过采用上述技术方案，提高电池极片的粘附力(活性物质层背离集流体层的表面的粘附力)，此外，采用该电池极片的锂离子电池的快充能力、容量和循环性能也有所提高。
42.可选的，在步骤1和步骤2之间，还包括：辊压第一中间件；在步骤2和步骤3之间，还包括：辊压第二中间件；在步骤3和步骤4之间，还包括：辊压第三中间件；
…
在步骤(n-2)和步骤(n-1)之间，还包括：辊压第(n-1)中间件。
43.通过采用上述技术方案，同一厚度的活性物质层的情况下，构成活性物质层的极片层的数量越多、碾压次数越多，则电池极片的粘附性能越好，采用该电池极片的锂离子电
池的快充能力、循环能力越好。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
45.图1为本发明实施例提供的电芯结构的示意图；
46.图2为本发明实施例提供的电池极片的示意图一；
47.图3为本发明实施例提供的电池极片的示意图二；
48.图4为本发明实施例提供的电池极片的示意图三；
49.图5为本发明实施例提供的电池极片制作方法的示意图。
50.其中，图中各附图标记：
51.10、电芯结构；11、正集流体层；12、负集流体层；13、正极层；14、负极层；15、隔膜层；20、电池极片；21、集流体层；22、活性物质层；221、第一极片层；222、第二极片层；223、第三极片层；224、第n极片层。
具体实施方式
52.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
53.需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
54.请参照图1至图5，现对本发明提供的电池极片20、电池极片20制作方法和锂离子电池进行示例性说明。
55.请参照图1，锂离子电池包括电芯结构10，电芯结构10包括正集流体层11、负集流体层12、正极层13、负极层14和隔膜层15。正极层13、隔膜层15和负极层14为一个电芯单元，正极层13通过正集流体层11与正极极耳连接，负极层14通过负集流体层12与负极极耳连接，实现充放电功能。图1所示为多个电芯结构示意图，位于中间的正集流体层11的两侧均设有正极层13，负集流体层12的两侧均设有负极层14。多个电芯单元叠放后，将各正极极耳通过超声波焊接在一起，将所有负极极耳通过超声波焊接在一起，实现电芯结构10的扩容。
56.请一并参照图1和图4，本发明实施例提供的一种电池极片20，包括集流体层21和活性物质层22。本实施例中，活性物质层22可以为正极层13或负极层14，对应的，集流体层21可以为正集流体层11或负集流体层12。
57.当活性物质层22为正极层13时，活性材料可为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。活性材料优选为高镍含量镍钴锰氧化物层状材料(lini
1-x-y
co
x
mnyo2，ncm)。ncm材料具有比容量高、成本较低和安全性优良等优势。
58.当活性物质层22为负极层14时，活性材料优选为石墨。
59.结合前述，集流体层21的两侧均设有一活性物质层22，或仅一侧设有一活性物质层22。电芯结构10中，位于首尾的两个集流体层21仅一侧设活性物质层22，而位于中间的集流体层21在其两侧均设有一活性物质层22。该设置有利于提高生产制作效率，降低生产成本。各活性物质层22和集流体层21根据需要设为正极层13/正极集流体层21、负极层14/负极集流体层21。
60.集流体层21为铜箔或铝箔。
61.请参照图2至图4，所述活性物质层22包括多个极片层，各极片层顺次涂覆于所述集流体层21上，各所述极片层均包括活性材料、导电剂和粘合剂，其中，各所述极片层满足：
62.n≥2；
63.x1＞x2＞
…
＞x
n-1
＞xn；
64.y1＜y2＜
…yn-1
＜yn；
65.其中，n为所述极片层的层数，为自然数，xi(i＝1，2，3，4，
…
n)为第i层极片层的导电剂含量，yi(i＝1，2，3，4，
…
n)为第i层极片层的粘合剂含量。
66.活性物质层22由多个极片层层叠构成，各极片层从集流体层21向外排列，并依次命名为第一极片层221、第二极片层222、第三极片层223、
…
第(n-1)极片层、第n极片层224。各极片层对应的导电剂含量越小，而粘合剂含量越大，换言之，越靠近集流体层21的极片层，所含的导电剂越多而粘合剂越少。该设置相比于活性物质层22中导电剂和粘合剂不规则分布或均匀混合，有利于提高电池极片20的粘附力(活性物质层22背离集流体层21的表面的粘附力)，此外，采用该电池极片20的锂离子电池的快充能力、容量和循环性能也有所提高。
67.请参照图5，活性物质层22由多个极片层层叠粘接形成，实际制作时，在集流体层21上顺次涂布第一极片层221、第二极片层222、第三极片层223
…
第n极片层224，再将涂布后的集流体层21和活性物质层22进行辊压，集流体层和第一极片层221，以及相邻两个极片层相互粘接固定。
68.优选的，在一个极片层涂布后对该极片层进行辊压，再涂布下一个极片层。
69.经多次实验测得，同一厚度的活性物质层22的情况下，构成活性物质层22的极片层的数量越多、碾压次数越多，则电池极片20的粘附性能越好，采用该电池极片20的锂离子电池的快充能力、循环能力越好。
70.在本发明另一实施例中，以所述活性物质层22的总重量为100份计，所述导电剂的重量份组分a为0-10份，所述粘合剂的重量份组分b为0-10分；
71.各所述极片层还满足：
72.x1+x2+
…
+xn-1+xn＝a；
73.y1+y2+
…
+yn-1+yn＝b。
74.实际操作中，先确定活性物质层22中粘合剂和导电剂的配比，根据活性物质层22中粘合剂总含量，结合极片层的数量对各极片层所对应的粘合剂的含量进行区分设定。根据活性物质层22中导电剂的总含量，结合极片层的数量对各极片层所对应的导电剂的含量进行区分设定。
75.经实验可知，在活性物质层22中粘合剂和导电剂的份数与现有活性物质层22相同
的情况下，通过调节粘合剂和导电剂沿垂直于集流体层21方向上的分布，具体的，粘合剂从近及远逐层渐增，导电剂从近及远逐层渐减，能够提高电池极片20的粘附力、降低电池极片20的电阻，同时提高采用该电池极片20的锂离子电池的能量密度、功率密度，提高锂离子电池的快速充电性能、循环性能。
76.在本发明另一实施例中，各所述极片层还满足：
77.x
i-2
/x
i-1
＝x
i-1
/xi；
78.y
i-2
/y
i-1
＝y
i-1
/yi；
79.其中，2≤i≤n。
80.各极片层所含的粘合剂沿垂直于集流体层21方向由近及远呈线性(等比例)递增设置，各极片层的导电剂沿垂直于集流体层21方向由近及远呈线性(等比例)递减设置。该设置能够进一步提高电池极片20的粘附力、降低电池极片20的电阻，同时提高采用该电池极片20的锂离子电池的能量密度、功率密度，提高锂离子电池的快速充电性能和循环性能。
81.在本发明另一实施例中，各所述极片层还满足：
82.d1+d2+d3+
…
+d
n-1
+dn＝d；
83.100μm≤d≤500μm；
84.其中，di(i＝1，2，3，4，
…
n)为第i层极片层的厚度，d为所述活性物质层22的总厚度。
85.活性物质层22的厚度在100μm-500μm之间。随着活性物质层22的厚度的增加，面密度增大，但电性性能渐差。而活性物质层22厚度的减小受制于设备、工艺和生产成本。优选的，活性物质层22的厚度为150μm-200μm。在控制生产成本的同时保障电池极片20的性能。本领域技术人员可以将活性物质层22设为150μm、160μm、165μm、170μm、180μm、190μm、200μm等，在此不作唯一限定。
86.优选的，各极片层的厚度相等。di＝d/n。各极片层的厚度di等于活性物质层22的厚度d除以极片层的数量n。
87.各极片层的厚度相等，便于生产控制，降低生产成本。此外，结合各极片层所含的粘合剂/导电剂线性递增/递减的设置，各极片层厚度相等，使得活性物质层22所含粘合剂/导电剂沿垂直于集流体层21方向由近及远呈线性递减/递减设置，导电剂和粘结剂整体梯度分布对电池极片20的导电效率和粘结效率有正向的提高。
88.实施例一：两层涂布一次辊压
89.请参照图2，集流体层21的两侧均设有活性物质层22。活性物质层22包括两个极片层。活性物质层22的导电剂总含量为x，粘合剂总含量为y。第一极片层221的导电剂含量为x1，粘合剂含量为y1，x1＞x/2，y1＜y/2。第二极片层222的导电剂含量为x2，粘合剂含量为y2。x2＜x/2，y2＞y/2。第一极片层221的厚度与第二极片层222相等。
90.将总量为x的导电剂分成两份，分别为x1、x2，x1＞x2；将总量为y的粘合剂分成两份，分别为y1、y2，y1＜y2；将总量为z的活性材料分成两份，分别为z1、z2，z1＝z2。而后，将x1、y1、z1混合，形成第一敷料；将x2、y2、z2混合，形成第二敷料。
91.将第一敷料涂布在集流体层21的两侧，形成两个第一极片层221，集流体层21和两个第一极片层221构成第一中间件，再在第一中间件的两侧涂布第二敷料，形成两个第二极片层222。最后对集流体层21、第一极片层221和第二极片层222形成的整体按照设计的压实
密度进行辊压成型，测试极片粘附力及统计极片合格率。
92.实施例二：两层涂布二次辊压
93.请参照图2，与实施例一的区别在于，在集流体层21的两侧涂布第一敷料后，对第一中间件按照设计好的压实密度进行辊压，再在第一中间件的两侧涂布第二敷料，最后再对集流体层21、第一极片层221和第二极片层222形成的整体按照设计的压实密度进行辊压成型，测试极片粘附力及统计极片合格率。
94.实施例三：三层涂布一次辊压
95.请参照图3，集流体层21的两侧均设有活性物质层22。活性物质层22包括三个极片层。活性物质层22的导电剂总含量为x，粘合剂总含量为y。第一极片层221的导电剂含量为x1，粘合剂含量为y1；第二极片层222的导电剂含量为x2，粘合剂含量为y2；第三极片层223的导电剂含量为x3，粘合剂含量为y3；x1》x2》x3，y1《y2《y3。第一极片层221、第二极片层222和第三极片层223的厚度相等。
96.将总量为x的导电剂分成三份，分别为x1、x2、x3，x1＞x2》x3；将总量为y的粘合剂分成三份，分别为y1、y2，y1＜y2《y3；将总量为z的活性材料分成三份，分别为z1、z2，z1＝z2＝z3。而后，将x1、y1、z1混合，形成第一敷料；将x2、y2、z2混合，形成第二敷料；将x3、y3、z3混合，形成第三敷料。
97.将第一敷料涂布在集流体层21的两侧，形成两个第一极片层221，集流体层21和两个第一极片层221构成第一中间件；在第一中间件的两侧涂布第二敷料，形成两个第二极片层222，第一中间件和两个第二极片层222构成第二中间件；再在第二中间件的两侧涂布第三敷料，形成两个第三极片层223；最后将集流体层21和各极片层构成的整体按照设计的压实密度进行辊压成型，测试极片粘附力及统计极片合格率。
98.实施例四：三层涂布三次辊压
99.与实施例三的区别在于，在第一敷料涂布在集流体层21的两侧，形成第一中间件后，对第一中间件按照设计好的压实密度进行第一次辊压；第一此辊压后，在第一中间件的两侧涂布第二敷料，形成第二中间件，对第二中间件按照设计好的压实密度进行第二次辊压；在第二次辊压之后再在第二中间件的两侧涂布第三敷料；最后对集流体层21和各极片层构成的整体按照设计的压实密度进行第三次辊压，测试极片粘附力及统计极片合格率。
100.将上述四种实施例与对比例制作的电池极片20经过分切、模切、层叠、封装、注液、化成等工序做成包锂离子电池，统计各个实施例及对比例制作的电池极片20的粘附力以及锂离子电池的快充能力，结果如下：
[0101][0102]
说明：
[0103]
对比例为采用现有单层涂布制作的正极层13、负极层14；
[0104]
对比例和四种实施例中：集流体层21相同；活性物质层22厚度相同，正极层13采用ncm三元材料制作，面密度480～490g/m2，负极层14采用石墨制作，面密度度290～310g/m2；
[0105]
测试条件：统计充电从0％soc到80％soc的充电时间、测试室温下1/3c充放电循环1000周容量保持率及dcr的增长情况(电压范围2.5～4.2v)。
[0106]
从上表数据可知，与对比例利用现有单层涂布制作的电池极片20的粘附力，明显小于本方案4个实施例利用多层涂布制作的电池极片20粘附力，而且由本方案实施例制作的电池极片20组装成的锂离子电池在快充能力、循环保持率、dcr增长率等方面明显优于对比例。由上述数据可以说明，本发明实施例提供的电池极片20能够改善现有单层涂布制作的电池极片20中粘附力差、快充能力差、循环差等问题。
[0107]
另外结合四个实施例的对比数据可知，极片层的层数越多，辊压次数越多，对电池极片20的粘附性，成品电池的快充、循环性能等越好。随着涂布设备的进步，涂布精度越来越高，极片层的层数可以进一步的增加，电池极片20的质量及电池的性能也会进一步的得到提升。
[0108]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。