[发明专利]一种具有超低电阻的极片、其制备方法以及含有这种极片的锂离子电池

说明书

本发明提供一种具有超低电阻的锂离子电池极片、其制备方法，以及含有这种极片的锂离子电池。本发明的具有超低电阻的电池极片以热解碳为粘结相代替常规有机粘接剂将活性物质颗粒、导电剂和集流体连接成为一体化极片，从而获得超低的电阻，其制备方法为将有机物与活性物质颗粒、导电剂混合后涂覆在集流体上后在隔绝氧气的气氛下400℃以上热处理。本发明电池极片结构设计合理，制备工艺简单易控，所得产品性能优良，便于大规模的用于制备超低电阻的锂离子电池。

技术领域

本发明涉及一种具有超低电阻的锂离子电池极片、其制备方法，以及含有这种极片的锂离子电池，属于新能源和储能器件领域。

背景技术

现有锂离子电池的极片的构成为：将具有储锂能力的电极活性物质、提高导电性能的导电剂通过有机粘结剂粘结在集流体(通常是铜箔或铝箔)上，有机粘结剂起连接活性物质颗粒与导电剂颗粒形成电极层，以及将电极层连接在集流体上的连接作用。有机粘结剂的种类很多，比如聚偏氟乙烯(PVDF)、丁苯橡胶(SBR)和羧甲基纤维素钠(CMC)，具体性能也各有不同，但是其共同特征都是电的不良导体，这种导电性不良的粘结剂的添加会显著的增大极片电阻，因此极片中对粘结剂的用量有严格限定。此外，这些有机粘结剂在使用时粘结力会因为长时间使用或温度上升而下降，使电极层逐渐松弛甚至发生剥落，造成电池性能下降。

发明内容

为了解决有机粘接剂产生的上述问题，本发明提供一种通过有机物在极片上原位热解产生的热解碳作为连接相取代有机粘接剂的极片及其制备方法和开发出了含有该极片的二次电池，能大幅度降低极片的内阻及提高极片粘接的稳定性。

本发明一种具有超低电阻的锂离子电池极片，所述极片是以热解碳为粘结相将活性物质颗粒、导电剂和集流体连接成为一体化的极片，所述热解碳为有机物与活性物质颗粒、导电剂混合均匀涂覆在集流体上后在极片上受热原位裂解生成；所述极片为正极极片和/或负极极片。

本发明一种具有超低电阻的锂离子电池极片，当所述极片为正极极片时，其所对应的活性物质为磷酸铁锂，其所对应的集流体为铝或铝合金材质的集流体。其所对应的集流体优选为铝箔。

本发明一种具有超低电阻的锂离子电池极片，当集流体为铝或铝合金材质时，集流体与热解碳形成冶金结合。

本发明一种具有超低电阻的锂离子电池极片，当所述极片为负极极片时，其所对应的活性物质为能成为锂离子负极材料的任一种负极材料，其所对应的集流体为铜或铜合金材质的集流体。

本发明一种具有超低电阻的锂离子电池极片，所述有机物为有机高分子化合物。

本发明一种具有超低电阻的锂离子电池极片，所述有机物为酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、聚丙烯系树脂、沥青、淀粉中的一种或几种。

本发明以热解碳为粘结相将活性物质颗粒、导电剂和集流体连接成为一体化极片。相对于有机粘结剂的不良导电乃至电绝缘的特性，热解碳具有较高的导电性能，其导电率比有机粘结剂高两个数量级以上。所述热解碳为有机物与活性物质颗粒、导电剂混合后涂覆在集流体上后在极片上受热原位裂解生成，将活性物质颗粒、导电剂和集流体连接成为一个整体，能够获得连接作用、导电性能、长时间稳定和热稳定性能的统一。现有有机粘结剂由于其导电不良特性，添加量都较低，一般不高于5wt％，本发明由于起粘结作用的热解碳导电性能远高于有机粘结剂，在电极设计时可以根据粘接效果需要大幅提高其含量，而不会引起极片内阻的显著增加。当集流体为铝或铝合金集流体时，原位生成的热解碳可以和铝集流体之间产生界面扩散和反应，生成铝碳或铝碳氧化合物，形成冶金结合，进一步降低极片界面电阻。

本发明一种具有超低电阻的锂离子电池极片的制备方法，其方案为：将有机物与活性物质颗粒、导电剂混合制成浆料后涂覆在集流体上，然后在隔绝氧气的气氛中在400℃以上进行热处理得到所述极片，所述的热处理前可以根据需要选择对极片进行压实处理或不处理。