CN115692603A - 极片及其制备方法和锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种极片及其制备方法和锂离子电池，所述极片包括集流体和设置在所述集流体上的电极材料层，其中，所述电极材料层的外表面为波浪形结构，以使所述电极材料层在沿垂直于所述集流体的表面的方向上具有不同的厚度。本发明提供的极片在应用到锂离子电池时，能够降低电解液浸润难度、提高锂离子从极片表面扩散到极片内部的速度和电池的倍率性能。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种极片及其制备方法和锂离子电池。
背景技术
目前商业化的锂离子电池涂布工艺多种多样，如挤压涂布、转移涂布、斑马涂布等。以转移涂布为例，将正负极活性材料制备成一定粘度的浆料，用转移涂布机将浆料涂布在集流体上，得到涂布极片，正极集流体一般是铝箔，负极集流体一般是铜箔，通过控制涂布辊与刮刀的间隙，来控制涂布在集流体上的浆料厚度，集流体上的浆料厚度均匀一致，涂布极片经过烘干、辊压后得到锂离子电池极片(常规极片)，锂离子电池极片上活性材料层的厚度均匀一致。
现有的转移涂布方法，涂布的正负极材料层厚度一致，冷压后得到的极片在应用到锂离子电池时，电解液浸润难度大，锂离子从极片表面扩散到极片内部的速度慢，影响电池的大倍率充放电性能，例如申请号为201910849206.4的专利公开了一种锂离子电池极片浆料、极片及其制备方法和应用，该专利中涂布的活性材料层厚度一致，冷压后极片在在应用到锂离子电池时，电解液浸润难度大，锂离子从极片表面扩散到极片内部的速度慢，影响电池的大倍率充放电性能。因此，如何降低电解液浸润难度、提高锂离子从极片表面扩散到极片内部的速度和极片的倍率性能，是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供了一种极片及其制备方法和锂离子电池，与现有技术中常规极片相比，本发明提供的极片在应用到锂离子电池时，能够降低电解液浸润难度、提高锂离子从极片表面扩散到极片内部的速度和电池的倍率性能。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种极片，所述极片包括集流体和设置在所述集流体上的电极材料层，其中，所述电极材料层的外表面为波浪形结构，以使所述电极材料层在沿垂直于所述集流体的表面的方向上具有不同的厚度。
本发明提供的极片在应用到锂离子电池时，能够降低电解液浸润难度、提高锂离子从极片表面扩散到极片内部的速度和电池的倍率性能。
上述极片中，作为一种优选实施方式，所述电极材料层包括波峰部和波谷部，所述波谷部的厚度为相邻的波峰部的厚度的1％～90％，例如可以为1％、3％、5％、7％、10％、30％、50％或90％等，优选为1％～10％。
上述极片中，作为一种优选实施方式，所述波谷部的厚度为1～100μm，例如可以为1μm、10μm、30μm、50μm、70μm或100μm等。
上述极片中，作为一种优选实施方式，所述波峰部的厚度为50～200μm，例如可以为50μm、100μm、150μm或200μm等，如果波峰部的厚度过大，则在加工过程中容易出现掉粉问题。
不同波峰部厚度和波谷部厚度的极片的电化学性能也不同，波峰部的厚度越大，波谷部的厚度越小，得到的极片的动力学性能越好，循环性能改善更明显；反之波峰部的厚度越小，波谷部的厚度越大，得到的极片的动力学性能越差，循环性能改善程度越不明显，申请人推测原因可能在于波峰部的厚度越大，波谷部的厚度越小，波峰部和波谷部之间的空隙也越深，越利于电解液浸润到极片内部，缩短锂离子传输路径，因此，循环性能改善更明显。
上述极片中，作为一种优选实施方式，所述多个波峰部中任意两个波峰部的厚度相等。
上述极片中，作为一种优选实施方式，所述多个波谷部中任意两个波谷部的厚度相等。
上述极片中，作为一种优选实施方式，所述电极材料层中任意相邻的两波峰部之间的距离相等。
上述极片中，作为一种优选实施方式，所述电极材料层中任意相邻的两波峰部之间的距离为50～500μm，例如可以为50μm、100μm、150μm、200μm、300μm、400μm或500μm等。
上述极片中，作为一种优选实施方式，所述电极材料层中任意相邻的两波谷部之间的距离相等。
上述极片中，作为一种优选实施方式，所述电极材料层中任意相邻的两波谷部之间的距离为50～500μm，例如可以为50μm、100μm、150μm、200μm、300μm、400μm或500μm等。
上述极片中，作为一种优选实施方式，所述电极材料层中任意相邻的波峰部和波谷部之间的距离相等。
上述极片中，作为一种优选实施方式，所述电极材料层中任意相邻的波峰部和波谷部之间的距离为25～250μm，例如可以为25μm、50μm、100μm、150μm或250μm等。
上述极片中，作为一种优选实施方式，当所述极片为正极极片时，所述集流体为正极集流体，所述电极材料层为正极材料层。
上述极片中，作为一种优选实施方式，当所述极片为负极极片时，所述集流体为负极集流体，所述电极材料层为负极材料层。
上述极片中，作为一种优选实施方式，所述正极集流体为铝箔，所述铝箔的厚度为2～25μm(例如可以为2μm、5μm、10μm、20μm或25μm等)。
上述极片中，作为一种优选实施方式，所述负极集流体为铜箔，所述铜箔的厚度为1～12μm(例如可以为1μm、3μm、6μm、9μm或12μm等)。
第二方面，本发明提供了一种根据第一方面所述的极片的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用转移涂布的方式，通过动态控制刮刀与涂布辊的角度，将电极浆料涂布在所述集流体上，以在所述集流体上形成外表面为波浪形结构的电极材料层，得到涂布极片；
S2、对所述涂布极片进行烘干、辊压，得到正极极片或负极极片。
本发明通过改进传统涂布方式，通过控制刮刀与涂布辊的角度，来控制涂布在集流体上的浆料厚度，使得制备的极片在应用到锂离子电池时，能够降低电解液浸润难度、提高锂离子从极片表面扩散到极片内部的速度和电池的倍率性能。
上述极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述电极浆料的粘度为1000～20000cP，例如可以为1000cP、5000cP、7000cP、10000cP、13000cP、16000cP或20000cP等。
上述极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，当得到所述正极极片时，所述电极浆料为正极浆料，所述正极浆料包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂。
上述极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂的质量比为(90-98)：(0.5-6)：(0.5-8)。
上述极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述正极活性物质包括钴酸锂、三元材料(镍钴锰酸锂)、富锂锰基材料、锰酸锂、铁酸锂、磷酸铁锂中的至少一种。
上述极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述正极导电剂包括乙炔黑、碳纳米管、石墨烯、碳纤维中的至少一种。
上述极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述正极粘结剂包括聚偏氟乙烯(PVDF)。
上述极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，当得到所述负极极片时，所述电极浆料为负极浆料，所述负极浆料包括负极活性物质、负极导电剂和负极粘结剂。
上述极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述负极活性物质、负极导电剂和负极粘结剂的质量比为(90-98)：(0.5-6)：(0.5-8)。
上述极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述负极活性物质包括石墨、硅基材料中的至少一种。
上述极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述负极导电剂包括乙炔黑、Super-P、碳纳米管、石墨烯、碳纤维中的至少一种。
上述极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述负极粘结剂包括羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)中的至少一种。
第三方面，本发明提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括根据第一方面所述的极片。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括以下一项：
(1)本发明提供的极片在应用到锂离子电池时，能够降低电解液浸润难度、提高锂离子从极片表面扩散到极片内部的速度和电池的倍率性能。
(2)本发明通过调整涂布工艺，增加了电解液对极片的浸润速度，缩短了锂离子扩散路径，改善极片的固相扩散阻抗，能有效改善电池的倍率性能，减少电池循环中的固相扩散阻抗，提升电池整体动力学，改善循环稳定性。
(3)本发明的材料制备工艺较简单，成本低廉，环境友好，可大规模应用在商业化锂离子电池制备过程中。
附图说明
图1为本发明提供的极片的结构示意图；
图2为图1中A处的放大示意图。
图中各标号表示：1、波峰部；2、集流体；3、波谷部；4、波峰部的厚度；5、波谷部的厚度；6、电极材料层。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，本申请的保护范围包含但不限于下述各实施例。以下实施例仅用于对本申请技术方案的优点和效果进行说明，不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员基于本申请所做出的等同替换都属于本申请保护范围。
除另有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的实验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验试剂用量，如无特殊说明，均为常规实验操作中试剂用量；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
图1为本发明提供的极片的结构示意图，图2为图1中A处的放大示意图，如图1和图2所示，第一方面，本发明提供了一种极片，所述极片包括集流体2和设置在集流体2上的电极材料层6，其中，电极材料层6的外表面为波浪形结构，以使电极材料层6在沿垂直于集流体2的表面的方向上具有不同的厚度，电极材料层6包括波峰部1和波谷部3，波谷部的厚度5为相邻的波峰部的厚度4的1％～90％，多个波峰部1中任意两个波峰部的厚度4相等，多个波谷部3中任意两个波谷部的厚度5相等，电极材料层6中任意相邻的两波峰部1之间的距离相等，电极材料层6中任意相邻的两波谷部3之间的距离相等，电极材料层6中任意相邻的波峰部1和波谷部3之间的距离相等，当极片为正极极片时，所述集流体2为正极集流体，电极材料层6为正极材料层，当极片为负极极片时，集流体2为负极集流体，电极材料层6为负极材料层，正极集流体为铝箔，所述铝箔的厚度为2～25μm，负极集流体为铜箔，铜箔的厚度为1～12μm，波谷部的厚度5为1～100μm，波峰部的厚度4为50～200μm，电极材料层6中任意相邻的两波峰部1之间的距离为50～500μm，电极材料层6中任意相邻的两波谷部3之间的距离为50～500μm，电极材料层6中任意相邻的波峰部1和波谷部3之间的距离为25～250μm。
目前市场对锂离子电池的快充、长循环需求日益增长，制约锂离子电池快充的短板是其动力学性能，而阻抗与动力学具有强相关性，目前的锂离子电池中，充放电过程的阻抗大部分由锂离子扩散阻抗贡献，由于液相扩散系数比固相扩散系数大2～4个数量级，因此减小固相扩散是提高锂离子电池动力学的关键因素。
本发明提供的极片在应用到锂离子电池时，能够降低电解液浸润难度、降低锂离子固相扩散阻抗、提高电池的倍率性能和循环性能，申请人推测原因可能在于本发明提供的极片表面存在沿集流体宽度方向的线性空隙，这样有利于电解液浸润整个极片，充放电过程锂离子更易于进入到内部的活性材料，改善了电池整体的动力学性能。
第二方面，本发明提供了一种根据第一方面所述的极片的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用转移涂布的方式，通过动态控制刮刀与涂布辊的角度，将电极浆料涂布在所述集流体上，以在所述集流体上形成外表面为波浪形结构的电极材料层，得到涂布极片，其中，所述电极浆料的粘度为1000～20000cP。
S2、对所述涂布极片进行烘干、辊压，得到正极极片或负极极片，其中，当得到所述正极极片时，所述电极浆料为正极浆料，所述正极浆料包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂，所述正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂的质量比为(90-98)：(0.5-6)：(0.5-8)，所述正极活性物质包括钴酸锂、三元材料(镍钴锰酸锂)、富锂锰基材料、锰酸锂、铁酸锂、磷酸铁锂中的至少一种，所述正极导电剂包括乙炔黑、碳纳米管、石墨烯、碳纤维中的至少一种，所述正极粘结剂包括聚偏氟乙烯(PVDF)，当得到所述负极极片时，所述电极浆料为负极浆料，所述负极浆料包括负极活性物质、负极导电剂和负极粘结剂，所述负极活性物质、负极导电剂和负极粘结剂的质量比为(90-98)：(0.5-6)：(0.5-8)，所述负极活性物质包括石墨、硅基材料中的至少一种，所述负极导电剂包括乙炔黑、Super-P、碳纳米管、石墨烯、碳纤维中的至少一种，所述负极粘结剂包括羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)中的至少一种。
第三方面，本发明提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括根据第一方面所述的极片。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种极片及其制备方法和锂离子电池进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
本实施例提供的正极极片的制备方法，包括以下步骤：
S1、将NCM811，粘结剂(PVDF)和导电剂(乙炔黑)按照质量比96.5：2：1.5进行合浆。具体如下：在双行星搅拌罐中加入NCM811和导电剂，以公转30rpm，自转1500rpm搅拌10min，之后向体系中加入PVDF和N-甲基吡咯烷酮(NMP)，搅拌2h，调节浆料粘度为5000cP，抽真空搅拌30min后，用200目筛网进行过滤，得到正极浆料。
S2、采用转移涂布的方式，通过动态控制刮刀与涂布辊的角度，动态调整涂布厚度，将正极浆料涂布在厚度为9μm的铝箔两侧表面，以在铝箔上形成外表面为波浪形结构的正极材料层，得到涂布极片。
S3、对步骤S2制备的涂布极片进行烘干、辊压，得到正极极片。
本实施例制备的正极极片包括铝箔和设置在铝箔两侧表面的正极材料层，其中，正极材料层的外表面为波浪形结构，在沿垂直于铝箔的表面的方向上具有不同的厚度，正极材料层包括多个波峰部和多个波谷部，波峰部的厚度(单侧)均为140μm，波谷部的厚度(单侧)均为47μm，任意相邻的两波峰部之间的距离均为300μm，任意相邻的波峰部和波谷部之间的距离均为150μm，任意相邻的两波谷部之间的距离均为300μm。
本实施例提供的负极极片的制备方法，包括以下步骤：
S1、将负极活性物质(15％Si+85％石墨混合负极)，粘结剂A(SBR)，粘结剂B(CMC)和导电剂(Super-P)按照质量比96.8：1.3：1.4:0.5进行合浆。具体如下：在双行星搅拌罐中加入负极活性物质和导电剂，以公转30rpm，自转800rpm搅拌30min，之后向体系中加入入SBR、CMC和去离子水，搅拌2h，调节浆料粘度为4000cP，抽真空搅拌30min后，用150目筛网进行过滤，得到负极浆料。
S2、采用转移涂布的方式，通过动态控制刮刀与涂布辊的角度，动态调整涂布厚度，将负极浆料涂布在厚度为6μm的铜箔两侧表面，以在铜箔上形成外表面为波浪形结构的负极材料层，得到涂布极片。
S3、对步骤S2制备的涂布极片进行烘干、辊压，得到负极极片。
本实施例制备的负极极片包括铜箔和设置在铜箔两侧表面的负极材料层，其中，负极材料层的外表面为波浪形结构，在沿垂直于铜箔的表面的方向上具有不同的厚度，负极材料层包括多个波峰部和多个波谷部，波峰部的厚度(单侧)均为65μm，波谷部的厚度(单侧)均为33μm，任意相邻的两波峰部之间的距离均为300μm，相邻的波峰部和波谷部之间的距离均为150μm，任意相邻的两波谷部之间的距离均为300μm。
制作锂离子电池：将上述工艺制备得到正极极片，负极极片，与PE隔离膜组装成电芯。将电芯置于电池外壳中，真空干燥处理后进行焊接封装，并注入电解液，上述电解液为1.0mol/L的六氟磷酸锂电解液，以六氟磷酸锂(LiPF6)为锂盐，碳酸乙烯酯(EC)，碳酸丙烯酯(PC)，碳酸二甲酯(DMC)为溶剂，各溶剂质量比为1:1:1。
实施例2
本实施例提供的正极极片的制备方法，包括以下步骤：
S1、将NCM811，粘结剂(PVDF)和导电剂(乙炔黑)按照质量比96.5：2：1.5进行合浆。具体如下：在双行星搅拌罐中加入NCM811和导电剂，以公转30rpm，自转1500rpm搅拌10min，之后向体系中加入PVDF和N-甲基吡咯烷酮(NMP)，搅拌2h，调节浆料粘度为5000cP，抽真空搅拌30min后，用200目筛网进行过滤，得到正极浆料。
S2、采用转移涂布的方式，通过动态控制刮刀与涂布辊的角度，动态调整涂布厚度，将正极浆料涂布在厚度为9μm的铝箔两侧表面，以在铝箔上形成外表面为波浪形结构的正极材料层，得到涂布极片，涂布的面密度与实施例1中正极极片的制备过程中步骤S2的涂布面密度相同，以保证本实施例制备的正极极片上活性物质的含量与实施例1相同。
S3、对步骤S2制备的涂布极片进行烘干、辊压(与实施例1中正极极片的制备过程中步骤S3的辊压操作相同)，得到正极极片。
本实施例制备的正极极片包括铝箔和设置在铝箔两侧表面的正极材料层，其中，正极材料层的外表面为波浪形结构，在沿垂直于铝箔的表面的方向上具有不同的厚度，正极材料层包括多个波峰部和多个波谷部，波峰部的厚度(单侧)均为178μm，波谷部的厚度(单侧)均为9μm，任意相邻的两波峰部之间的距离均为300μm，相邻的波峰部和波谷部之间的距离均为150μm，任意相邻的两波谷部之间的距离均为300μm。
本实施例提供的负极极片的制备方法，包括以下步骤：
S1、将负极活性物质(15％Si+85％石墨混合负极)，粘结剂A(SBR)，粘结剂B(CMC)和导电剂(Super-P)按照质量比96.8：1.3：1.4:0.5进行合浆。具体如下：在双行星搅拌罐中加入负极活性物质和导电剂，以公转30rpm，自转800rpm搅拌30min，之后向体系中加入入SBR、CMC和去离子水，搅拌2h，调节浆料粘度为4000cP，抽真空搅拌30min后，用150目筛网进行过滤，得到负极浆料。
S2、采用转移涂布的方式，通过动态控制刮刀与涂布辊的角度，动态调整涂布厚度，将负极浆料涂布在厚度为6μm的铜箔两侧表面，以在铜箔上形成外表面为波浪形结构的负极材料层，得到涂布极片，涂布的面密度与实施例1中负极极片的制备过程中步骤S2的涂布面密度相同，以保证本实施例制备的负极极片上活性物质的含量与实施例1相同。
S3、对步骤S2制备的涂布极片进行烘干、辊压(与实施例1中负极极片的制备过程中步骤S3的辊压操作相同)，得到负极极片。
本实施例制备的负极极片包括铜箔和设置在铜箔两侧表面的负极材料层，其中，负极材料层的外表面为波浪形结构，在沿垂直于铜箔的表面的方向上具有不同的厚度，负极材料层包括多个波峰部和多个波谷部，波峰部的厚度(单侧)均为94μm，波谷部的厚度(单侧)均为4μm，任意相邻的两波峰部之间的距离均为300μm，相邻的波峰部和波谷部之间的距离均为150μm，任意相邻的两波谷部之间的距离均为300μm。
制作锂离子电池：将上述工艺制备得到正极极片，负极极片，与PE隔离膜组装成电芯。将电芯置于电池外壳中，真空干燥处理后进行焊接封装，并注入电解液，上述电解液为1.0mol/L的六氟磷酸锂电解液，以六氟磷酸锂(LiPF6)为锂盐，碳酸乙烯酯(EC)，碳酸丙烯酯(PC)，碳酸二甲酯(DMC)为溶剂，各溶剂质量比为1:1:1。
对比例1
本对比例提供的正极极片的的制备方法，包括以下步骤：
S1、将NCM811，粘结剂(PVDF)和导电剂(乙炔黑)按照质量比96.5：2：1.5进行合浆。具体如下：在双行星搅拌罐中加入NCM811和导电剂，以公转30rpm，自转1500rpm搅拌10min，之后向体系中加入PVDF和N-甲基吡咯烷酮(NMP)，搅拌2h，调节浆料粘度为5000cP，抽真空搅拌30min后，用200目筛网进行过滤，得到正极浆料。
S2、采用转移涂布的方式，控制刮刀与涂布辊的角度，将正极浆料涂布在厚度为9μm的铝箔两侧表面，以在铝箔上形成厚度均匀一致的正极材料层，得到涂布极片，涂布的面密度与实施例1中正极极片的制备过程中步骤S2的涂布面密度相同，以保证本对比例制备的正极极片上活性物质的含量与实施例1相同。
S3、对步骤S2制备的涂布极片进行烘干、辊压(与实施例1中正极极片的制备过程中步骤S3的辊压操作相同)，得到正极极片。
本对比例提供的负极极片的制备方法，包括以下步骤：
S1、将负极活性物质(15％Si+85％石墨混合负极)，粘结剂A(SBR)，粘结剂B(CMC)和导电剂(Super-P)按照质量比96.8：1.3：1.4:0.5进行合浆。具体如下：在双行星搅拌罐中加入负极活性物质和导电剂，以公转30rpm，自转800rpm搅拌30min，之后向体系中加入入SBR、CMC和去离子水，搅拌2h，调节浆料粘度为4000cP，抽真空搅拌30min后，用150目筛网进行过滤，得到负极浆料。
S2、采用转移涂布的方式，控制刮刀与涂布辊的角度，将负极浆料涂布在厚度为6μm的铜箔两侧表面，以在铜箔上形成厚度均匀一致的负极材料层，得到涂布极片，涂布的面密度与实施例1中负极极片的制备过程中步骤S2的涂布面密度相同，以保证本对比例制备的负极极片上活性物质的含量与实施例1相同。
S3、对步骤S2制备的涂布极片进行烘干、辊压(与实施例1中正极极片的制备过程中步骤S3的辊压操作相同)，得到负极极片。
制作锂离子电池：将上述工艺制备得到正极极片，负极极片，与PE隔离膜组装成电芯。将电芯置于电池外壳中，真空干燥处理后进行焊接封装，并注入电解液，上述电解液为1.0mol/L的六氟磷酸锂电解液，以六氟磷酸锂(LiPF6)为锂盐，碳酸乙烯酯(EC)，碳酸丙烯酯(PC)，碳酸二甲酯(DMC)为溶剂，各溶剂质量比为1:1:1。
性能测试
电解液浸润性能测试：在手套箱中，在实施例和对比例制备的极片表面滴一滴电解液，记录电解液完全浸润的时间，判断电解液浸润难度，结果如表1所示。
EIS阻抗测试：在25℃下，以0.5C的电流将实施例和对比例制备的锂离子电池充电至截止电压4.0V，之后于4.0V的电压下进行恒压充电至0.05C的电流停止。静置120min后测试EIS；DCR测试：将电池以0.5C满充至4.2V，恒压至0.05C，然后以0.1C放电8h，静置2h，计算DCR；结合DCR和EIS的数据，计算得出Rcp的值，结果如表2所示。
负极析锂测试：将实施例和对比例所得的锂离子电池分别在25℃下，以1C/2C/3C倍率恒流充电到4.2V，然后在4.2V下恒压充电，截止电流为0.05C，之后再以1C倍率恒流放电，截止电压是2.75V，此为一个充放电循环过程，重复10次该充放电循环过程。结束后将电池满充，在干燥房环境中，拆解电芯，观察负极表面的析锂情况。判断电芯的极限析锂倍率，得到电芯的析锂窗口，测试结果如表2所示。
表1
表2
| 项目 | Rcp | 析锂窗口 |
| 实施例1 | 38mΩ | 2C |
| 实施例2 | 12mΩ | 3C |
| 对比例1 | 56mΩ | 1C |
由表1可知，电解液完全浸润实施例1和2制备的极片的时间显著地小于对比例1，表明本发明通过设置电极材料层的外表面为波浪形结构，可以使得极片在应用到锂离子电池时，能够降低电解液浸润难度；电解液完全浸润实施例2制备的极片的时间最短，表明当所述波谷部的厚度为相邻的波峰部的厚度的1％～10％时，可以显著地降低电解液浸润难度。
由表2可知，Rcp可以理解为锂离子从极片表面(电极材料层表面)扩散到极片内部(电极材料层内部)的阻值，Rcp越小，锂离子扩散速度越快，极片动力学性能越好，负极极限析锂电流越大，实施例1和2的Rcp值小于对比例1，表明本发明通过设置电极材料层的外表面为波浪形结构，可以提高锂离子从极片表面扩散到极片内部的速度；实施例2的Rcp值最小，表明当所述波谷部的厚度为相邻的波峰部的厚度的1％～10％时，可以显著地提高锂离子从极片表面扩散到极片内部的速度。
由表2可知，实施例1和2的析锂窗口均高于对比例1，析锂窗口的提升表明本发明提高了锂离子在负极材料内部的嵌入速率，提高了锂离子电池(极片)的倍率性能。
综上所述，本发明提供的极片在应用到锂离子电池时，能够降低电解液浸润难度、提高锂离子从极片表面扩散到极片内部的速度和电池(极片)的倍率性能，提升电池整体动力学，改善循环性能，申请人推测原因可能在于：锂离子传输过程：正极材料内部(固相扩散)→正极材料表面→电解液中传输→负极材料表面→负极材料内部(固相扩散，)，如果电极材料表面有伸向电极材料内部的空隙，那么电解液直接进入到电极材料靠近集流体的偏内部部分，相当于是修了一条高速公路通往电极材料内部，这样相当于锂离子坐上了高速列车进入到电极材料内部，缩短了固相扩散路程，加快了锂离子的传输速度，能够改善倍率性能，并且能够改善循环性能。
以上对本发明所提供的一种极片及其制备方法和锂离子电池，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种极片，其特征在于，所述极片包括集流体和设置在所述集流体上的电极材料层，其中，所述电极材料层的外表面为波浪形结构，以使所述电极材料层在沿垂直于所述集流体的表面的方向上具有不同的厚度。
2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述电极材料层包括波峰部和波谷部，所述波谷部的厚度为相邻的波峰部的厚度的1％～90％。
3.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，所述波谷部的厚度为相邻的波峰部的厚度的1％～10％；
和/或，所述波谷部的厚度为1～100μm；
和/或，所述波峰部的厚度为50～200μm。
4.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，所述多个波峰部中任意两个波峰部的厚度相等；
和/或，所述多个波谷部中任意两个波谷部的厚度相等；
和/或，所述电极材料层中任意相邻的两波峰部之间的距离相等；
和/或，所述电极材料层中任意相邻的两波峰部之间的距离为50～500μm；
和/或，所述电极材料层中任意相邻的两波谷部之间的距离相等；
和/或，所述电极材料层中任意相邻的两波谷部之间的距离为50～500μm；
和/或，所述电极材料层中任意相邻的波峰部和波谷部之间的距离相等；
和/或，所述电极材料层中任意相邻的波峰部和波谷部之间的距离为25～250μm。
5.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，当所述极片为正极极片时，所述集流体为正极集流体，所述电极材料层为正极材料层；
和/或，当所述极片为负极极片时，所述集流体为负极集流体，所述电极材料层为负极材料层。
6.根据权利要求5所述的极片，其特征在于，所述正极集流体为铝箔，所述铝箔的厚度为2～25μm；
和/或，所述负极集流体为铜箔，所述铜箔的厚度为1～12μm。
7.一种根据权利要求1～6中任一项所述的极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用转移涂布的方式，通过动态控制刮刀与涂布辊的角度，将电极浆料涂布在所述集流体上，以在所述集流体上形成外表面为波浪形结构的电极材料层，得到涂布极片；
S2、对所述涂布极片进行烘干、辊压，得到正极极片或负极极片。
8.根据权利要求7所述的极片的制备方法，其特征在于，所述电极浆料的粘度为1000～20000cP。
9.根据权利要求7所述的极片的制备方法，其特征在于，当得到所述正极极片时，所述电极浆料为正极浆料，所述正极浆料包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂；
和/或，当得到所述负极极片时，所述电极浆料为负极浆料，所述负极浆料包括负极活性物质、负极导电剂和负极粘结剂。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括根据权利要求1～6中任一项所述的极片。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20230203 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |