一种电池极片及其制备方法与应用

1.本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种电池极片及其制备方法与应用。


背景技术：

2.为提高电池极片的导电率，现有技术大多通过在电池电极浆料配制时提高导电剂在浆料配方中的比例，以此达到提高导电率、改善电池功率的目的。浆料配制完成后，将其涂布在集流体金属箔片上并进行辊压，最后进行分切与制片。
3.在浆料配制过程中，提高导电剂的比例，虽然可以提高极片的导电性，但也会挤占活性物质的空间，使得电池的能量密度降低，而在某些领域，既需要高功率，也需要高度能量密度，如新能源汽车等领域。增加导电剂的比例也无法满足上述要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种电池极片及其制备方法与应用，所述电池极片具有良好的导电率，并且具有较高的容量。
5.为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种电池极片的制备方法，包括如下步骤：（1）将活性物质、导电剂、粘合剂、溶剂混合均匀，得到混合浆料；（2）将所述混合浆料涂覆到基片上，烘干、辊压，得到极片a；（3）对极片a进行恒流通电处理，得到所述电池极片。
6.辊压的目的是增强活性物质与箔片的粘接强度，压缩电芯体积，提高电池极片材料密度和电芯能量密度，降低极片内部活性物质、导电剂、粘结剂之间的孔隙率；但辊压过程会使极片产生一些微裂纹，引入晶体缺陷，降低极片在服役中的性能。本发明通过对极片进行恒电流通电处理，可以使活性成分颗粒之间发生烧结，颗粒之间的电子传导方式由原先的点接触转变为面接触，从而降低了阻值，提高了导电性。采用上述方法可以极大地降低对于导电剂的依赖性，在不牺牲能量密度的情况下，提高极片的导电率。
7.优选地，步骤（3）中，所述恒流通电处理的条件为：电流密度50~3000a/mm2，时间0.0001~0.2s；进一步优选地，所述恒流通电处理的条件为：电流密度500~2000a/mm2，时间0.001~0.1s。电流密度过高或通电时间过长都会导致极片发热，对活性物质的理化性能产生影响，降低极片的电性能；电流密度过小或通电时间过短无法修复辊压过程中产生的缺陷，活性成分颗粒间的接触方式也会发生改变。以上述条件进行通电处理可以显著提升极片的导电性。
8.本发明还公开了一种采用上述方法制备的正极片，所述活性物质为磷酸铁锂，所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管、石墨烯中的至少一种，所述粘合剂为聚偏二氟乙烯（pvdf），所述溶剂为n-甲基吡咯烷酮（nmp）；所述活性物质、导电剂、粘合剂、溶剂的质量比为（94~95）：（0.3~1.5）：（4~6）：（48~52）。
9.优选地，所述导电剂为石墨烯和碳纳米管的复配物，所述石墨烯和碳纳米管的质
量比为（1~3）：1。当导电剂中石墨烯和碳纳米管的配比符合上述限定时，经过上述通电处理可以大幅改善极片的导电性和容量。
10.优选地，所述基片为10~12μm的铝箔，所述混合浆料在基片上的涂覆面密度为200~400g/m2，辊压后的压实密度为2~2.2g/m2。进一步优选的，所述混合浆料在基片上的涂覆面密度为250~350g/m2。当极片的尺寸、涂覆面密度和压实密度满足上述条件时，通电处理可以快速修复辊压产生的缺陷，提高极片的导电性。
11.同时，本发明还公开了一种采用上述方法制备的负极片，所述活性物质为石墨，所述导电剂为导电炭黑，所述粘合剂为羧甲基纤维素（cmc）和丁苯胶乳（sbr）的复配物，所述溶剂为水；所述活性物质、导电剂、粘合剂、溶剂的质量比为（95~96）：（0.5~1.5）：（2.5~4.5）：（95~97）。所述负极片的基片为6~8μm的铜箔，所述混合浆料在基片上的涂覆面密度为120~180g/m2，辊压后的压实密度为1.3~1.5g/m2。
12.此外，本发明还公开了一种电池，所述电池的正极片和/或负极片采用上述方法制备而成。
13.相比于现有技术，本发明的有益效果为：本发明通过对极片进行恒流通电处理，对处理条件进行选择，可以弥补辊压过程中产生的缺陷，改变活性物质颗粒之间的接触方式，提高极片的导电率。此外，本发明通过对极片的成分进行选择，在上述制备条件下对极片进行处理，大幅改善了极片的容量及导电率。以上述极片制备的电池具有良好的电性能。
附图说明
14.图1为实施例1所述正极片通电处理后的表面形貌图；图2为实施例1所述正极片通电处理前的表面形貌图。
具体实施方式
15.为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
16.实施例1~11本发明所述电池极片的制备方法的实施例，实施例1~11所述处理方法包括如下步骤：（1）将磷酸铁锂（德方纳米）、碳纳米管、pvdf和nmp以94:1:5:50的质量比混合均匀，得到混合浆料；（2）将混合浆料涂覆在12μm的铝箔上，涂覆面密度为300g/m2，在120℃烘干，辊压，压实密度为2.1g/m2，裁成58mm*690mm的极片，得到正极片a；（3）将电源正负极分别夹住所述正极片a的两端，对正极片a进行通电处理，得到电池极片，处理条件如表1所示。
17.表1 通电处理条件表项目电流密度（a/mm2）时间（s）实施例1500.01实施例21000.01实施例35000.01
实施例410000.01实施例520000.01实施例630000.01实施例710000.001实施例810000.1实施例910000.0001实施例1010000.2实施例1110000.5实施例12~20本发明所述电池极片的制备方法的实施例，实施例12~20所述制备方法与实施例4的区别仅在于，混合浆料的成分不同，具体如表2所示。
18.表2 混合浆料成分表（重量份）项目磷酸铁锂碳纳米管石墨烯导电炭黑pvdfnmp实施例12941550实施例13941550实施例14940.50.5550实施例15940.250.75550实施例16940.40.6550实施例17940.10.9550实施例18940.60.4550实施例1994.50.3448实施例20951.5652实施例21~24本发明所述电池极片的制备方法的实施例，实施例21~24与实施例4的区别仅在于，混合浆料在铝箔上的涂覆量不同，涂覆面密度分别为200g/m2、250g/m2、350g/m2、400g/m2。
19.实施例25本发明所述电池极片的制备方法的实施例，本实施例所述制备方法包括如下步骤：（1）将石墨（深圳贝特瑞）、导电炭黑、cmc、sbr、水以95.5:1:1.5:2:96的质量比混合均匀，得到混合浆料；（2）将混合浆料涂覆在8μm的铜箔上，涂覆面密度为150g/m2，在120℃下烘干，辊压，压实密度为1.4g/m2，裁成58mm*700mm的极片，得到负极片a；（3）将电源正负极分别夹住所述负极片a的两端，进行通电处理，电流密度为1000a/mm2，通电时间为0.01s。
20.对比例1一种电池极片的制备方法，所述制备方法与实施例4的区别仅在于，未对极片进行通电处理。
21.对比例2
一种电池极片的制备方法，所述制备方法与实施例25的区别仅在于，未对极片进行通电处理。
22.采用电导率测试仪分别对实施例和对比例所述极片进行性能测试，测试结果如表3所示。
23.表3 性能测试结果表项目电导率（s/m）实施例155实施例258实施例373实施例475实施例575实施例657实施例775实施例875实施例961实施例1060实施例1159实施例1274实施例1353实施例1475实施例1576实施例1676实施例1758实施例1859实施例1958实施例2060实施例2154实施例2275实施例2374实施例2454实施例25120对比例135对比例2100测试实施例1~24和对比例1的1c放电容量和20c放电容量。将实施例1~24和对比例1制得的正极片分别与石墨负极、pp隔膜卷绕，放入电池壳中，注入电解液，封口，烘烤24h，以0.05c小倍率充电20h，得到待测电池（每组电池使用的石墨负极、pp隔膜、电解液均为同种材料）。测试结果如表4所示。
24.表4 性能测试结果表项目1c放电容量（mah）20c放电容量（mah）
实施例11000800实施例21020805实施例31050830实施例41080831实施例51080829实施例61009809实施例71080831实施例81080830实施例91010807实施例101008810实施例111009811实施例121010810实施例131008807实施例141080830实施例151081831实施例161080831实施例171011810实施例181009809实施例191008808实施例20995810实施例211001801实施例221060835实施例231065837实施例24990787对比例1950750由表3~4可知，电极片经通电处理后其电性能明显优于未经通电处理的电极片。
25.此外，对比实施例1~9的测试结果可以发现，实施例3~5和实施例7~8的性能明显优于实施例1~2、实施例6、实施例9，该结果表明，通电处理的条件优选为电流密度为500~2000a/mm2，时间为0.001~0.1s。
26.对比实施例12~18的测试结果可以发现，当制备正极片使用的导电剂为碳纳米管和石墨烯两种材料，并且其质量比为1：（1~3）时，正极片的电性能明显更优。
27.对比实施例21~24的测试结果可以发现，涂覆面密度也会对性能产生极大的影响，当正极片的涂覆面密度为250~350g/m2时，制备出的电池具有较高的放电容量。
28.最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但并不脱离本发明技术方案的实质和范围。