【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請屬于電池領(lǐng)域，具體地，提供一種單極性極片及其制備方法、一種電芯及其制備方法，以及一種二次電池。
技術(shù)介紹
1、二次電池可以包括鋰離子電池、鈉離子電池等，其一般的核心組成包括正極、電解液、隔膜、負(fù)極，制備工藝包括組裝、罐液、化成等。在組裝時，一般按照正極、隔膜、負(fù)極、隔膜為最小重復(fù)單元的模式，進(jìn)行卷繞或疊片形成電芯，將電芯置入外殼中，再灌入電解液，封裝后充電激活。以鋰離子電池為例，容量是由正極活性物質(zhì)(即鋰源)的量決定的。也就是說，在空間及總重量固定不變的條件下，正極活性物質(zhì)越多，電池的能量密度越大。二次電池經(jīng)歷多年發(fā)展，至今全球都在不斷努力提升電池能量密度以降低成本。目前量產(chǎn)的鋰電池能量密度為350wh/kg，幾乎達(dá)到了能量密度的極限。
2、傳統(tǒng)提高鋰電池能量密度的主要方法包括：1)選擇高容量材料體系；2)設(shè)計高壓電解液；3)優(yōu)化正負(fù)極漿料配方，增加活性物質(zhì)在電極中占比；4)采用更薄集流體以減少其占比；5)提高正負(fù)極的涂布量，增加活性物質(zhì)在電極中占比；6)減少電解液量以提高電池比能量；7)優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)，降低極耳、封裝材料等在電池中的占比等。其中，方法5)最常見，也最易實(shí)施，通常只需將涂布機(jī)的間隙調(diào)大或者流量調(diào)大，即可提高正負(fù)極涂布的面密度。而正負(fù)極面密度提升意味著單層正負(fù)極涂覆量變大，構(gòu)成同樣體積的芯包正負(fù)極層數(shù)少，對應(yīng)的集流體與隔膜層數(shù)少，隨之正負(fù)極活性物質(zhì)在總比例就提升，能量密度就此提高。但電極厚度提高之后，路徑電子與離子在正負(fù)極活性物質(zhì)層中的遷移與傳質(zhì)也變得更加困難。
3、由于有限的傳質(zhì)問題，
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本申請的目的在于提供一種單極性電極、電芯及其各自的制備方法和二次電池。所述單極性電極經(jīng)堆疊制成的電芯沿厚度方向具有soc均勻性，能得到高倍率厚電極電池結(jié)構(gòu)。
2、第一方面，本申請?zhí)峁┮环N單極性電極，所述單極性電極為正極電極或負(fù)極電極。所述單級性電極包括復(fù)合集流體及位于所述復(fù)合集流體表面上的離子保液層；其中，所述復(fù)合集流體包括泡沫集流體及分布在所述泡沫集流體孔洞內(nèi)的電極涂層，所述電極涂層含有電極活性物質(zhì)，所述離子保液層含有陶瓷材料。
3、本申請的單極性電極以泡沫集流體為基材，并在其孔洞內(nèi)形成有含電極活性物質(zhì)的電極涂層；與采用不具有孔洞的實(shí)體集流體(如鋁箔、銅箔)相比，本申請成功突破了導(dǎo)電膜層最多只能做到20～30μm的厚度限制，且電極涂層“填充”在孔洞中，使集流體和導(dǎo)電涂層幾乎在同一厚度上，克服了路徑電子與離子在正負(fù)極活性物質(zhì)層中遷移的不均勻性。進(jìn)一步地，在泡沫集流體的表面形成有包含陶瓷材料的離子保液層，使所述單級性極片作為基礎(chǔ)單元堆疊形成厚電極時，確保離子在厚度方向傳輸?shù)木鶆蛐?。因此，具有上述結(jié)構(gòu)的本申請的單極性極片可實(shí)現(xiàn)電極厚度的可定制化，獲得高倍率電池。
4、在本申請的一些實(shí)施方式中，所述離子保液層的厚度為1～10μm。
5、在本申請的一些實(shí)施方式中，所述離子保液層中，所述陶瓷材料選自氧化鋁、勃姆石、鈦酸鋇和偏鋁酸鋰中的一種或多種。
6、在本申請的一些實(shí)施方式中，所述離子保液層還包括導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，所述陶瓷材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量比為10∶(3～8)∶(2～6)。如此，可進(jìn)一步提高后續(xù)電池的吸液性能。
7、在本申請的一些實(shí)施方式中，所述泡沫集流體的孔徑為0.001～0.1mm。
8、在本申請的一些實(shí)施方式中，所述泡沫集流體的孔隙度為10％～95％。進(jìn)一步地，所述泡沫集流體的孔隙度為50％～90％。
9、在本申請的一些實(shí)施方式中，所述泡沫集流體的厚度為0.05～0.3mm。
10、在本申請的一些實(shí)施方式中，所述電極涂層是通過以包含所述電極活性物質(zhì)的電極漿料浸涂所述泡沫集流體并經(jīng)干燥形成。通過浸涂方式可促使電極漿料充滿整個孔洞，提高傳質(zhì)效果。
11、進(jìn)一步地，所述電極漿料還含有導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和可選的分散劑。
12、在本申請的一些實(shí)施方式中，所述單極性電極為正極電極。相應(yīng)地，所述泡沫集流體為正極集流體，電極活性物質(zhì)為正極活性物質(zhì)，電極涂層為正極涂層。
13、進(jìn)一步地，所述泡沫集流體為泡沫鋁。
14、進(jìn)一步地，所述電極活性物質(zhì)選自磷酸鐵鋰、磷酸錳鐵鋰和鎳鈷錳酸鋰中的至少一種。
15、進(jìn)一步地，所述電極涂層的面密度為200～420g/m2。
16、在本申請的一些實(shí)施方式中，所述單極性電極為負(fù)極電極。相應(yīng)地，所述泡沫集流體為負(fù)極集流體，電極活性物質(zhì)為負(fù)極活性物質(zhì)，電極涂層為負(fù)極涂層。
17、進(jìn)一步地，所述泡沫集流體為泡沫銅。
18、進(jìn)一步地，所述電極活性物質(zhì)選自石墨、硬碳和鈦酸鋰中的至少一種。
19、進(jìn)一步地，所述電極涂層的面密度為100～220g/m2。
20、在本申請的一些實(shí)施方式中，所述單極性電極分為極耳區(qū)和布料區(qū)，其中，所述極耳區(qū)具有極耳，所述布料區(qū)具有所述電極涂層和離子保液層。
21、第二方面，本申請?zhí)峁┮环N所述單極性電極的方法，該方法包括：將含有電極活性物質(zhì)的電極漿料施用在泡沫集流體上，以使泡沫集流體的孔洞內(nèi)填充有所述電極漿料，以形成電極涂層；在形成電極涂層的集流體的表面上施用含所述陶瓷材料的陶瓷漿料，以形成離子保液層。
22、在本申請的一些實(shí)施方式中，該方法包括如下工藝流程：
23、采用浸涂涂布機(jī)將泡沫集流體送至電極漿料中進(jìn)行浸涂，浸涂有電極漿料的集流體輸送至烘箱進(jìn)行干燥、輥壓，得到復(fù)合集流體；
24、采用微凹輥涂布機(jī)將陶瓷漿料涂布在復(fù)合集流體的表面，經(jīng)干燥，形成離子保液層。
25、在本申請的一些實(shí)施方式中，所述方法還包括：在施用所述電極漿料之前，采用膠紙將所述泡沫集流體的一端覆蓋，以將泡沫集流體分為被膠紙覆蓋的極耳預(yù)留區(qū)及待布料區(qū)；在形成所述離子保液層之后，除去所述膠紙，對所述極耳預(yù)留區(qū)進(jìn)行模切，以形成間隔排布的極耳。
26、第三方面，本申請?zhí)峁┮环N電芯，包括正極組、負(fù)極組和隔膜，所述正極組和負(fù)極組相對設(shè)置，且分別包括多個層疊設(shè)置的單級性極片，相鄰的單極性極片之間以離子保液層間隔；所述正極組和所述負(fù)極組的外周分別包繞有所述隔膜；其中，所述單級性極片為本申請第一方面所述的單級性極片。
27、本申請的電芯是以單級性極片為基礎(chǔ)單元組裝形成。具體地，該電芯具有簡易的夾層結(jié)構(gòu)，通過將本申請的正極電極反復(fù)堆疊成為設(shè)定厚度的正極組，以及將本申請本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種單極性電極，為正極電極或負(fù)極電極，其特征在于，所述單級性電極包括復(fù)合集流體及位于所述復(fù)合集流體表面上的離子保液層；其中，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單極性電極，其特征在于，所述離子保液層滿足以下條件中的至少一個：
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單極性電極，其特征在于，所述泡沫集流體滿足以下條件中的至少一個：
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的單極性電極，其特征在于，所述電極涂層是通過以包含所述電極活性物質(zhì)的電極漿料浸涂所述泡沫集流體并經(jīng)干燥形成；
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的單極性電極，其特征在于，所述單極性電極為正極電極，所述正極電極滿足以下條件中的至少一個：
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的單極性電極，其特征在于，所述單極性電極分為極耳區(qū)和布料區(qū)，其中，所述極耳區(qū)為極耳，所述布料區(qū)具有所述電極涂層和離子保液層。
7.一種制備權(quán)利要求1-6任一項所述單極性電極的方法，其特征在于，該方法包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該方法包括如下流程：
9.一種電芯，其
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電芯，其特征在于，所述正極組中的正極電極的個數(shù)為n1，1＜n1＜272；
11.一種權(quán)利要求9或10所述電芯的制備方法，其特征在于，包括：
12.一種二次電池，其特征在于，包括：權(quán)利要求9或10所述的電芯。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種單極性電極，為正極電極或負(fù)極電極，其特征在于，所述單級性電極包括復(fù)合集流體及位于所述復(fù)合集流體表面上的離子保液層；其中，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單極性電極，其特征在于，所述離子保液層滿足以下條件中的至少一個：
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單極性電極，其特征在于，所述泡沫集流體滿足以下條件中的至少一個：
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的單極性電極，其特征在于，所述電極涂層是通過以包含所述電極活性物質(zhì)的電極漿料浸涂所述泡沫集流體并經(jīng)干燥形成；
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的單極性電極，其特征在于，所述單極性電極為正極電極，所述正極電極滿足以下條件中的至少一個：
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的單極性電極，其特征在于，所述單極性電極分為極耳區(qū)和布料區(qū)，其中，...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：彭卓，楊天，陳昶，陳鶯，鐘志良，安富強(qiáng)，
申請(專利權(quán))人：福建龍凈儲能電池有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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