一种电极及其制备方法和锂离子电容电池技术

本发明专利技术公开了一种电极及其制备方法和锂离子电容电池。所述电极包括集流体和涂布在集流体上的电极材料层，所述电极材料层包括位于集流体上的A层和位于A层上的B层，所述A层的孔隙率比B层的孔隙率低，所述A层的厚度小于B层的厚度。所述制备方法包括：1)制备A层电极浆料和B层电极浆料；2)先将A层电极浆料涂布在集流体上，再将B层电极浆料涂布在A层电极浆料上，得到所述电极。本发明专利技术提供的电极兼具高功率和高能量的双重特性，并且内阻较低，此外还具有良好的倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种电极及其制备方法和锂离子电容电池
本专利技术属于能源存储
，涉及一种电池元件，尤其涉及一种电极及其制备方法和锂离子电容电池。
技术介绍
目前市面的锂离子电容电池朝着能量密度不断提升的方向在发展，提升能量密度，一方面，单一材料可以通过增加电极厚度来增加活性物质的含量，但是厚度增加往往导致电解液渗透困难，特别是越靠近集流体部分，从而在大电流下影响倍率。另一方面，多种材料的复配，利用材料之间的协同效应可以在一定程度上改善综合性能,但是材料复配往往需要从选材到配方等各个环节进行严格评估才能最大限度的发挥复配材料的性能，耗时耗力。CN107946547A公开了一种高能量密度氢氧化钴薄膜电极的原位制备方法，其主要步骤包括：(1)将金属集流体清洗除尘、除油以获得清洁的表面；(2)通过电镀技术在集流体表面电沉积金属钴层，控制钴镀层厚度在1-20微米；(3)配置原位制备所用的电解质溶液，溶剂为去离子水，溶质主要成分为金属碱；(4)将清洗干净的镀钴的电极浸入到所配置的电解质溶液中，通过电化学氧化-还原技术对电极表面进行持续活化，即可获得具有高能量密度的氢氧化钴薄膜电极。CN104766943B公开了一种高能量密度的锂硫电池电极的制备方法及应用，该方案首先制备三维导电碳纤维网络，然后将碳纳米管、导电炭黑与单质硫混合形成均匀的单质硫浆料，以三维导电碳纤维网络作为集流体，直接将三维导电碳纤维网络浸入单质硫浆料中，注入单质硫浆料后烘干，形成硫在三维导电碳纤维网络内均匀分布的碳/硫复合锂硫电池电极，进一步组装电池制备出高能量密度的锂硫电池。CN108010741A公开了一种高能量密度的电极材料，包括金属基体和形成于所述金属基体表面的复合金属氧化物涂层，复合氧化物涂层包括SnO2、Co3O4和RuO2，其中，Sn、Co和Ru的摩尔比为1～4:2～5:4。其制备方法为：对金属基体进行刻蚀，并配置得到Sn、Co和Ru的复合金属盐溶液，将复合金属盐溶液涂在金属基体上，在280-300℃条件下热氧化处理20～50min。但是上述方法虽然都能得到电化学性能较好的电极，但是制备方法都比较繁琐，流程长，难以满足产业化大生产的需要。因此，开发一种制备方法简单，电性能好，倍率性能好的电极对于本领域有重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种电极及其制备方法和锂离子电容电池。本专利技术提供的电极通过简单的多层电极工艺，使得电极具有良好的电性能以及优良的倍率性能。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种电极，所述电极包括集流体和涂布在集流体上的电极材料层，所述电极材料层包括位于集流体上的A层和位于A层上的B层，所述A层的孔隙率比B层的孔隙率低，所述A层的厚度小于B层的厚度。本专利技术提供的电极为多层电极，涂布在集流体上的电极材料层包括A层和B层，B层位于电极的最外侧，A层位于B层和集流体之间，A层的孔隙率比B层的孔隙率低，这种孔隙率从电极表面向集流体方向减小孔隙率梯度结构使得电极制成电容电池后，可以保持良好电解液的渗透能力，使得电解液能够很好渗透到靠近集流体的区域。本专利技术提供的电极中，A层的厚度小于B层的厚度，这样的结构有助于提高电极的倍率性能。本专利技术提供的电极内阻小，能量密度和功率密度都较高，且倍率性能好。本专利技术中，集流体的种类可根据现有技术进行选择，这里不再赘述。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，所述电极为正极或负极。优选地，所述电极材料层涂布在集流体的两面。优选地，所述A层和B层的厚度比为1:2-1:9，例如1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8或1:9等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，如果A层和B层的厚度比过大，会导致电解液进入A层的阻力较大，降低电极性能；如果A层和B层的厚度比过小，同样不利于电解液离子的有效扩散，影响性能发挥。作为本专利技术优选的技术方案，所述A层包括A层活性材料，导电剂和粘结剂。优选地，所述A层活性材料的平均粒径为1-10μm，例如1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，如果A层活性材料的平均粒径过大，会导致材料与电解液接触面积减少，锂离子扩散路径变长，不利于大电流密度下锂离子在材料中的脱嵌，影响倍率性能；如果A层活性材料的平均粒径过小，会导致小粒径颗粒与颗粒之间接触点数量增加，电阻有可能增加，影响性能发挥。优选地，所述B层包括B层活性物质，导电剂和粘结剂。优选地，所述B层活性材料的平均粒径为1-10μm，例如1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，如果B层活性材料的平均粒径过大，会导致活性比表面积减少，不利于电化学反应活性增强；如果B层活性材料的平均粒径过小，会导致可能会降低极片的强度，从而影响大电流充放电性能。优选地，所述A层活性材料具有高能量密度。优选地，所述B层活性材料具有高功率密度。作为本专利技术优选的技术方案，当所述电极为正极时，A层的孔隙率为20-40％，例如20％、25％、30％、35％或40％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，当所述电极为正极时，A层活性材料包括具有尖晶石结构的锂锰金属氧化物和/或具有层状结构的三元金属氧化物。上述优选的A层活性材料具有高能量密度，有利于电极整体性能的提高。优选地，所述三元金属氧化物包括锂镍钴锰金属氧化物和/或锂镍钴铝金属氧化物。优选地，当所述电极为正极时，B层的孔隙率为50-80％，例如50％、55％、60％、65％、70％、75％或80％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，当所述电极为正极时，B层活性材料包括活性炭、活性炭纤维或石墨烯中的任意一种或至少两者的组合。上述优选的B层活性材料具有高功率密度，有利于电极整体性能的提高。优选地，当所述电极为正极时，B层活性材料的比表面积在500m2/g以上，例如500m2/g、550m2/g、600m2/g、650m2/g或700m2/g等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，当所述电极为正极时，B层的孔隙率与A层的孔隙率的差值≥10％，例如差值为10％、15％、20％或25％等。这里所述的差值，是指集流体同一面上的B层的孔隙率与A层的孔隙率相减得到的数值。如果B层孔隙率与A层孔隙率的差值过小，则A层与B层的孔隙率梯度变化很小，这会使得本专利技术提供的电极的性能相对于没有孔隙率梯度的单层电极改善较小。作为本专利技术优选的技术方案，当所述电极为负极时，A层的孔隙率为20-40％，例如20％、25％、30％、35％或40％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，当所述电极为负极时，A层活性材料包括天然石墨、人造石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极，其特征在于，所述电极包括集流体和涂布在集流体上的电极材料层，所述电极材料层包括位于集流体上的A层和位于A层上的B层，所述A层的孔隙率比B层的孔隙率低，所述A层的厚度小于B层的厚度。

【技术特征摘要】
1.一种电极，其特征在于，所述电极包括集流体和涂布在集流体上的电极材料层，所述电极材料层包括位于集流体上的A层和位于A层上的B层，所述A层的孔隙率比B层的孔隙率低，所述A层的厚度小于B层的厚度。2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述电极为正极或负极；优选地，所述电极材料层涂布在集流体的两面；优选地，所述A层和B层的厚度比为1:2-1:9。3.根据权利要求1或2所述的电极，所述A层包括A层活性材料，导电剂和粘结剂；优选地，所述A层活性材料的平均粒径为1-10μm；优选地，所述B层包括B层活性物质，导电剂和粘结剂；优选地，所述B层活性材料的平均粒径为1-10μm。4.根据权利要求1-3任一项所述的电极，其特征在于，当所述电极为正极时，A层的孔隙率为20-40％；优选地，当所述电极为正极时，A层活性材料包括具有尖晶石结构的锂锰金属氧化物和/或具有层状结构的三元金属氧化物；优选地，所述三元金属氧化物包括锂镍钴锰金属氧化物和/或锂镍钴铝金属氧化物；优选地，当所述电极为正极时，B层的孔隙率为50-80％；优选地，当所述电极为正极时，B层活性材料包括活性炭、活性炭纤维或石墨烯中的任意一种或至少两者的组合；优选地，当所述电极为正极时，B层活性材料的比表面积在500m2/g以上；优选地，当所述电极为正极时，B层的孔隙率与A层的孔隙率的差值≥10％。5.根据权利要求1-4任一项所述的电极，其特征在于，当所述电极为负极时，A层的孔隙率为20-40％；优选地，当所述电极为负极时，A层活性材料包括天然石墨、人造石墨或中间相炭微球中的任意一种或至少两种的组合；优选地，A层活性材料的d002层间距为0.335nm-0.37nm，优选为0.336nm；优选地，当所述电极为负极时，A层活性材料的比表面积在3m2/g以下；优选地，当所述电极为负极时，B层的孔隙率为30-50％；优选地，当所述电极为负极时，B层活性材料包括软碳和/或硬碳；优选地，B层活性物质的d002层间距大于0.335nm；优选地，当所述电极为负极时，B层的孔隙率与A层的孔隙率的差值≥10％。6.根据权利要求3-5任一项所述的电极，其特征在于，A层的导电剂包括石墨粉、炭黑、乙炔黑、碳管或炭纤维中的任意一种或...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思，章庆林，周义荣，颜亮亮，黄廷立，龚正大，虞嘉菲，
申请(专利权)人：上海奥威科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31