[发明专利]锂电池极片及其制备方法及锂电池

说明书

本发明提供一种锂电池极片及其制备方法及锂电池，属于锂电池技术领域，具体方案如下：一种锂电池极片，包括金属骨架和活性物质，所述金属骨架具有开放性结构，所述活性物质镶嵌在金属骨架的开放性结构中，所述金属骨架与活性物质之间存在空隙；一种锂电池，包括隔膜、电解液和含有正极活性物质的正极极片和含有负极活性物质的负极极片。本发明的有益效果是通过增加极片厚度可提高电池能量密度，同时又保证电池具有良好的倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及锂电池极片及其制备方法及锂电池。

背景技术

锂电池是一种应用非常广泛的电池。锂电池目前的正（负）极片的结构都是一层正（负）极活性物质与导电剂、粘结剂的混合物覆盖于正（负）极集流体上，其制备方法如下：先将正（负）极活性物质与导电剂、粘结剂、溶剂混合成浆料，再将浆料涂布于正（负）极集流体上，最后烘干溶剂并压实极片。

随着市场对电池能量密度的要求不断提高，各种提高电池能量密度的方法都得到广泛研究，其中有一种提高电池能量密度的重要方法是增大电极的厚度。然而受限于传统的极片结构的电子导电性不佳以及电解液扩散通道少，极片厚度增大到一定程度就会影响电池的倍率性能及循环性能，尤其是负极厚度增大到一定程度后还会增大极片析锂的安全风险。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种锂电池极片，可提高锂电池的能量密度，并保证电池具有良好的倍率性能及循环性能。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种锂电池极片，所述锂电池极片包括金属骨架和活性物质，所述金属骨架具有开放性结构，所述活性物质镶嵌在金属骨架的开放性结构中，所述金属骨架与活性物质之间存在空隙。

进一步的，所述活性物质为正极活性物质或负极活性物质。

进一步的，所述正极活性物质为钴酸锂、镍酸锂、尖晶石锰酸锂、层状锰酸锂、镍钴二元材料、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料、磷酸铁锂、尖晶石镍锰酸锂、富锂锰基材料、过渡金属氧化物、过渡金属磷酸盐中的至少一种；所述负极活性物质为石墨、硬炭、软炭、中间相碳微球、钛酸锂、纳米硅负极材料、硅碳复合负极材料、氧化亚硅负极材料中的至少一种。

进一步的，所述锂电池极片的厚度为0.05~10 mm。

上述锂电池极片的制备方法，步骤如下：

步骤一、先将一定量的大分子有机物溶解在溶剂之中形成大分子有机物溶液，其中大分子有机物的质量分数为0.1~99.9%；

步骤二、将金属材料、活性物质、大分子有机物溶液按照一定的比例搅拌混合成浆料，将浆料涂布成膜，溶剂挥发后得到厚度为0.05~10 mm的膜片，在所述膜片中，所述金属材料的质量分数为5~60%，大分子有机物的质量分数为0.1~20%，余量为活性物质的质量分数；

步骤三、在惰性气体或氮气保护下，先将膜片在300~600℃下高温煅烧0.5~4h除去大分子有机物，再将温度升高至M±50℃，保持0.1~6000秒将金属材料熔融，降温固化后得到具有开放性结构的金属骨架，所述金属骨架内填充有活性物质，制成锂电池极片，其中M为金属材料的熔点。

进一步的，在步骤二中，所述金属材料为金属粉末和/或金属纤维，所述金属粉末的粒径范围为0.01~1μm；所述金属纤维直径范围为0.01~5μm，长度范围为0.05~100μm。

进一步的，在步骤二中，所述金属材料为镍、铝、铜、铁、锰、钴、金、银、锆、锌、锡、钛、铋中的一种或几种的组合。