一种电极极片及其制备方法和锂电池技术

本申请提供了一种电极极片及其制备方法和锂电池，该电极极片包括电极活性材料层，所述电极活性材料层包括三维导电网络基体及负载在所述三维导电网络基体上的电极活性材料和粘结剂，所述三维导电网络基体与所述电极活性材料之间满足以下关系式：其中，V为所述三维导电网络基体的实际体积，单位为cm3；m是所述电极活性材料的质量，单位为g；D为所述电极活性材料的D50粒径，单位为μm，ρ为所述电极活性材料的真密度，单位为g/cm3；d为单层碳原子层厚度，d的值为0.334nm。上述三维导电网络基体可以优化电极极片中的导电网络，从而提高克容量的发挥，进而有利于电池能量密度的发挥，并提高电池的容量保持率。并提高电池的容量保持率。并提高电池的容量保持率。

【技术实现步骤摘要】
一种电极极片及其制备方法和锂电池


[0001]本申请涉及锂电池
，具体涉及一种电极极片及其制备方法和锂电池。

技术介绍

[0002]随着新能源产业的发展，市场锂电池的能量与功率的要求也日益增加，有文献报道业界通过提高电极活性材料的面密度、压实密度及其质量占比来提高锂电池的能量密度与功率。但在传统电极极片的生产过程中，业界一般通过添加过量的导电剂来保证电池充放电过程中电极极片的电子导电率，过量的导电剂势必会导致极片中活性材料含量过小，进而抑制电池能量密度的发挥。此外，过量的导电剂在极片中的分布及形态均难以控制。

技术实现思路

[0003]鉴于此，本申请提供了一种电极极片及其制备方法、锂电池。该电极极片带有三维导电网络基体，且控制三维导电网络基体的实际体积与电极活性材料之间满足特定的关系，可以优化电极极片中的导电网络，从而提高克容量的发挥，进而有利于电池能量密度的发挥，并提高电池的容量保持率。
[0004]本申请第一方面提供了一种电极极片，所述电极极片为正极极片或负极极片，所述电极极片包括电极活性材料层，所述电极活性材料层包括三维导电网络基体及负载在所述三维导电网络基体上的电极活性材料和粘结剂，所述三维导电网络基体与所述电极活性材料之间满足以下关系式：
[0005][0006]其中，V为所述三维导电网络基体的实际体积，单位为cm3；m是所述电极活性材料的质量，单位为g；D为所述电极活性材料的D50粒径，单位为μm，ρ为所述电极活性材料的真密度，单位为g/cm3；d为单层碳原子层厚度，d的值为0.334nm。
[0007]可选地，所述D在0.1μm
‑
20μm的范围内。
[0008]可选地，所述电极极片中，每100g所述电极活性材料对应的所述V在0.01cm3‑
20cm3的范围内。
[0009]可选地，钴酸锂的真密度为5.1g/cm3；所述三元材料的真密度为4.8g/cm3；锰酸锂的真密度为4.2g/cm3；磷酸铁锂的真密度为3.6g/cm3；石墨的真密度为2.26g/cm3。
[0010]可选地，所述三维导电网络基体为具有三维网络结构的集流体。
[0011]可选地，所述电极极片还包括集流体，所述三维导电网络基体位于所述集流体的至少一侧表面。
[0012]可选地，所述三维导电网络基体的形状包括笼状。
[0013]可选地，所述三维导电网络基体的至少部分材料包括导电聚合物、金属材料、导电碳材料中的至少一种。
[0014]可选地，所述电极活性材料包括正极活性材料或负极活性材料；所述正极活性材
料包括磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钴锂、钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、锂镍钴锰氧层状三元材料、锂镍钴铝氧层状三元材料、镍锰钴铝四元材料中的至少一种；所述负极活性材料包括石墨、天然石墨、中间相碳微球、硅碳负极材料中的至少一种。
[0015]相应地，本申请第二方面提供了一种电极极片的制备方法，包括以下步骤：
[0016](1)构建三维导电网络基体；
[0017](2)将含电极活性材料与粘结剂的混合物料形成在所述三维导电网络基体上，以使所述电极活性材料负载在三维导电网络基体上，得到电极极片前驱体。
[0018](3)将所述电极极片前驱体进行辊压、分切，得到本申请第一方面提供的电极极片。
[0019]可选地，步骤(3)中还包括将所述电极极片前驱体置于集流体上，再进行所述辊压。
[0020]可选地，所述构建三维导电网络基体的方法包括三维打印、粉末冶金、电沉积或对集流体进行蚀刻。
[0021]本申请第三方面提供了一种锂电池，所述锂电池带有本申请第一方面提供的电极极片。
附图说明
[0022]图1A和图1B为本申请实施例提供的电极极片截面的结构示意简图；
[0023]图2为实施例1制得的三维导电网络基体的结构示意图。
[0024]附图标记说明：100
‑
电极极片；10
‑
集流体；11
‑
三维导电网络基体；12
‑
三维导电网络基体。
具体实施方式
[0025]本申请实施例提供了一种电极极片，该电极极片为正极极片或负极极片，电极极片包括电极活性材料层，电极活性材料层包括三维导电网络基体及负载在三维导电网络基体上的电极活性材料和粘结剂，三维导电网络基体与电极活性材料之间满足以下关系式：
[0026][0027]其中，V为三维导电网络基体的实际体积，单位为cm3；m是电极活性材料的质量，单位为g；D为电极活性材料的D50粒径，单位为μm，ρ为电极活性材料的真密度，单位为g/cm3；d为单层碳原子层厚度，d的值为0.334nm。
[0028]本申请中，首先为该三维导电网络基体的实际体积设定数学计算模型：从三维导电网络基体的功能出发，该基体为电极活性材料之间的导电网络，需要将所有的电极活性材料连接在一起，并使之定型。因此，将电极活性材料预设成直径均为D的球体，众多球体相互紧密排列，可以理解，此时将用于形成三维导电网络基体的材料填充在紧密排列的球体的缝隙之间，则三维导电网络基体材料将形成相互连接的三维导电网络(即，该3D网络可以理解成球体中空或其他形状中空的类棱柱相互交错连接而成)。或首先形成预设的三维网络结构，随后可将电极活性材料(预设成直径均为D的球体)填充于三维网络结构空隙中。因此，上述数学计算模型可以看成以直径为D的球体及其外接正六面体为最小体积单元的组
合物。
[0029]在上述关系式中，6D2代表以电极活性材料D50粒径为直径的球体的外接正六面体(直径为D)的表面积，d
×
6D2则代表构成上述外接空心正六面体所用3D导电网络结构基材的最小体积(即，最小体积单元中所用3D导电网络结构基材的最小体积)。代表以电极活性材料D50粒径为直径的球体的体积，D3可以代表棱长为D的实心正六面体的体积，则可以代表棱长为D的实心正六面体中挖去一个直径为D的球体后剩下的不规则物体的体积(即，最小体积单元中所用3D导电网络结构基材的最大体积)。可见，在每个最小体积单元中，3D网络基体的最小单元体积V
i
满足：将上述关系式同时乘以所用电极活性材料小球的总个数即可得到整个3D导电网络基体的实际体积与电极活性材料D50粒径的关系式：
[0030]当三维导电网络基体的实际体积V更接近上述关系式中限定的下限值时，能够将导电剂的用量降到最低，即，能在保证电极极片具有良好的导电通路以使极片的倍率性能较优、内阻较小的同时，最大限度地提高电极极片中活性材料占比。当上述V更接近上述关系式的上限值时，能够降低3D导电网络基体的制备中对参数控制要求的精准度，在提高电极极片的生产效率的同时，可提高电极极片中活性材料的占比，从而提高克容量发挥，进而有利于电池能量密度的发挥，并提高电池的容量保持率。
[0031]此外，在使三维导电网络本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电极极片，其特征在于，所述电极极片为正极极片或负极极片，所述电极极片包括电极活性材料层，所述电极活性材料层包括三维导电网络基体及负载在所述三维导电网络基体上的电极活性材料和粘结剂，所述三维导电网络基体与所述电极活性材料之间满足以下关系式：其中，V为所述三维导电网络基体的实际体积，单位为cm3；m是所述电极活性材料的质量，单位为g；D为所述电极活性材料的D50粒径，单位为μm，ρ为所述电极活性材料的真密度，单位为g/cm3；d为单层碳原子层厚度，d的值为0.334nm。2.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述D在0.1μm
‑
20μm的范围内。3.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述电极极片中，每100g所述电极活性材料对应的所述V在0.01cm3‑
20cm3的范围内。4.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述三维导电网络基体为具有三维网络结构的集流体。5.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述电极极片还包括集流体，所述三维导电网络基体位于所述集流体的至少一侧表面。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的电极极片，其特征在于，所述三维导电网络基体的形状包括笼状。7.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述三维...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛立萍，郝嵘，庄明昊，苏碧哲，许占，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：