一种干法正极极片、锂离子电池及其制备方法与流程

本申请涉及电池，更具体地说，它涉及一种干法正极极片、锂离子电池及其制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池作为绿色环保储能器件，具有工作电压高、重量轻、循环寿命长和环境友好等优点，被广泛地应用于手机、电脑、电动汽车等产品中。锂离子电池主要有电池极片、电解质、隔膜等部分组成，其中，电池极片是锂离子电池的核心，直接决定电池的电化学性能及安全性。

2、传统的锂离子电池极片采用湿法涂布方法，该方法是将活性物质、导电剂和粘结剂等材料分散在有机溶剂中，通过搅拌分散成均匀的浆料后，用涂布机涂布于集流体上，再通过烘箱将浆料烘干从而得到电池极片。在浆料的制备过程中会使用大量的有机溶剂，一方面，有机溶剂具有一定的毒性，从而会对环境造成污染；另一方面，大量有机溶剂的使用也会显著地增加锂离子电池的生产成本。

3、与湿法涂布方法进行比较，干法制备电池极片可以基本避免有机溶剂的使用，不仅解决了电池制造过程中带来的环境污染问题，还能有效地降低锂离子电池的生产成本。

4、另一方面，为了提高锂离子电池的安全性能，通常会在活性物质层外设置固态电解质层，活性物质层和固态电解质层之间的连接通过粘结剂的粘结来实现。但是由于干法成膜法制备的活性物质层的力学性能较低，且固态电解质层厚度较薄，仅几十个微米左右，因此，干法成膜法制备的正极活性物质层与固态电解质层之间的结合力较弱；而如果为了提高两层之间的粘结强度而提高粘结剂含量，可能会造成所制备的锂离子电池能量密度低，进而影响了锂离子电池电学性能的发挥。

5、因此，如何利用干法制备出提高锂离子电池能量密度的正极极片成为本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现思路

1、本申请提供了一种干法正极极片、锂离子电池及其制备方法，节约了成本且制备工艺安全环保，避免了溶剂的使用。

2、为解决上述一个或多个技术问题，本申请采用的技术方案是：

3、第一方面，本申请提供了一种干法正极极片的制备方法，包括：

4、采用干法成膜法将第一正极材料制成第一正极活性物质层；

5、采用干法成膜法将第二正极材料制成第二正极活性物质层；

6、将所述第一正极活性物质层铺设在所述第二正极活性物质层上，经过辊压形成电极膜，所述第一正极活性物质层中粘结剂的含量大于所述第二正极活性物质层中粘结剂的含量；

7、将所述电极膜中所述第二正极活性物质层一侧与正极集流体进行复合得到待处理极片；

8、将第一固态电解质层平铺在第二固态电解质层上，经过辊压形成固态电解质层，所述第一固态电解质层中粘结剂含量大于所述第二固态电解质层中粘结剂含量；

9、将所述固态电解质层中所述第一固态电解质层的一侧与所述待处理极片的所述电极膜的一侧进行干法复合得到所述干法正极极片。

10、进一步地，所述第一正极活性物质层包含第一正极活性物质，所述第一正极活性物质为磷酸铁锂、磷酸锰铁锂中的一种或两种；所述第二正极活性物质层包括第二正极活性物质，所述第二正极活性物质的分子结构式为：

11、li（niacobxc）o2，其中a+b+c=1且a、b、c均大于0，x为mn或al。

12、进一步的，所述干法正极极片中，所述第一正极活性物质层的厚度为所述第一正极活性物质层和所述第二正极活性物质层厚度总和的3-8%。

13、进一步的，所述第一固态电解质层的厚度为所述第一固态电解质层和所述第二固态电解质层厚度总和的5-15%。

14、进一步的，所述第一正极活性物质层中粘结剂和所述第二正极活性物质层中粘结剂相同。

15、进一步的，所述第一固态电解质层中粘结剂和所述第二固态电解质层中粘结剂相同。

16、所述第一正极活性物质层中粘结剂的质量分数为5-10wt%，所述第二正极活性物质层中粘结剂的质量分数为2-4wt%；

17、和/或，

18、所述第一固态电解质层中粘结剂的质量分数为10-15wt%，所述第二固态电解质层中粘结剂的质量分数为5-8wt%。

19、进一步的，所述采用干法成膜法将第一正极材料制成第一正极活性物质层包括：

20、将第一正极活性物质、第一导电剂、第一粘结剂干法混合均匀得到第一混合料，将所述第一混合料进行纤维化处理得到第一混合物，对所述第一混合物进行加热压延处理得到第一正极活性物质层；

21、和/或，

22、采用干法成膜法将第二正极材料制成第二正极活性物质层包括：

23、将第二正极活性物质、第二导电剂、第二粘结剂干法混合均匀得到第二混合料，将所述第二混合料进行纤维化处理得到第二混合物，对所述第二混合物进行加热压延处理得到第二正极活性物质层。

24、第二方面，本申请还提供了一种干法正极极片，所述干法正极极片根据上述的干法正极极片的制备方法制得，所述干法正极极片包括正极集流体以及依次设置在所述正极集流体至少一面的第二正极活性物质层、第一正极活性物质层、第一固态电解质层、第二固态电解质层。

25、进一步的，所述正极集流体的两侧均依次设置有所述第二正极活性物质层、所述第一正极活性物质层、所述第一固态电解质层、所述第二固态电解质层。

26、第三方面，本申请还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括干法正极极片、负极极片、隔膜以及电解质，所述干法正极极片为上述的干法正极极片。

27、根据本申请提供的具体实施例，本申请公开了以下技术效果：

28、本申请提供了一种干法正极极片、锂离子电池及其制备方法，分别在第二正极活性物质层外设置一层第一正极活性物质层，第二固态电解质层外设置一层第一固态电解质层，通过第一正极活性物质层和第一固态电解质层的粘结来实现第二正极活性物质层与第二固态电解质层的粘结。由于第一正极活性物质层中粘结剂的含量大于第二正极活性物质层中粘结剂的含量，第一固态电解质层中粘结剂含量大于第二固态电解质层中粘结剂含量，所以第一正极活性物质层和第一固态电解质层之间可以实现较好的粘结效果，并且第二正极活性物质层、第二固态电解质层中粘结剂含量较少，从而可以显著地提高锂离子电池的能量密度。

29、当然，实施本申请的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种干法正极极片的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的干法正极极片的制备方法，其特征在于，所述干法正极极片中，所述第一正极活性物质层的厚度为所述第一正极活性物质层和所述第二正极活性物质层厚度总和的3-8%。

3.根据权利要求1所述的干法正极极片的制备方法，其特征在于，所述干法正极极片中，所述第一固态电解质层的厚度为所述第一固态电解质层和所述第二固态电解质层厚度总和的5-15%。

4.根据权利要求1所述的干法正极极片的制备方法，其特征在于，所述第一正极活性物质层中粘结剂和所述第二正极活性物质层中粘结剂相同。

5.根据权利要求1所述的干法正极极片的制备方法，其特征在于，所述第一固态电解质层中粘结剂和所述第二固态电解质层中粘结剂相同。

6.根据权利要求1所述的干法正极极片的制备方法，其特征在于，所述第一正极活性物质层中粘结剂的质量分数为5-10wt%，所述第二正极活性物质层中粘结剂的质量分数为2-4wt%；

7.根据权利要求1所述的干法正极极片的制备方法，其特征在于，所述采用干法成膜法将第一正极材料制成第一正极活性物质层包括：

8.一种干法正极极片，其特征在于，所述干法正极极片根据权利要求1至7任一项所述干法正极极片的制备方法制得，所述干法正极极片包括正极集流体以及依次设置在所述正极集流体至少一面的第二正极活性物质层、第一正极活性物质层、第一固态电解质层、第二固态电解质层。

9.根据权利要求8所述的干法正极极片，其特征在于，所述正极集流体的两侧均依次设置有所述第二正极活性物质层、所述第一正极活性物质层、所述第一固态电解质层、所述第二固态电解质层。

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括干法正极极片、负极极片、隔膜以及电解质，所述干法正极极片为权利要求8或9所述的干法正极极片。

技术总结
本申请公开了一种干法正极极片、锂离子电池及其制备方法，包括：将第一正极活性物质层铺设在第二正极活性物质层上，经过辊压形成电极膜，第一正极活性物质层中粘结剂的含量大于第二正极活性物质层中粘结剂的含量；将电极膜中第二正极活性物质层一侧与正极集流体进行复合得到待处理极片；将第一固态电解质层平铺在第二固态电解质层上，经过辊压形成固态电解质层，第一固态电解质层中粘结剂含量大于第二固态电解质层中粘结剂含量；将固态电解质层中第一固态电解质层的一侧与待处理极片的电极膜的一侧进行干法复合得到干法正极极片。本申请提供的干法正极极片、锂离子电池及其制备方法，节约了成本且制备工艺安全环保，避免了溶剂的使用。

技术研发人员：王明辉,宋赏,周柯
受保护的技术使用者：苏州清陶新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14