[发明专利]一种极片及其制备方法、锂电池及其制备方法

说明书

本发明提供一种极片及其制备方法、锂电池及其制备方法，极片包括集流体和活性物质，集流体包括衬底、围设在衬底边缘的导电墙、以及位于衬底一侧表面的导电阵列，导电阵列包括阵列排布的若干个导电柱，导电柱沿远离衬底的方向延伸且被导电墙包围，导电阵列将导电墙围设的空间划分为连通的若干个子空间；活性物质填充在子空间内。上述极片不需要使用粘结剂和导电剂，提高了极片中活性物质的负载量，从而有利于提高电池的能量密度。同时，导电阵列具有优异的电子传输性能，有利于延长电池的循环寿命。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种极片及其制备方法、锂电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具备高能量密度、无记忆效应、环境友好、循环寿命长等优点，在新能源电动汽车领域取得了越来越广泛的应用。锂离子电池包括相对设置的正极极片和负极极片、隔离正极极片和负极极片的隔膜、以及位于正极极片和负极极片之间的电解液。极片的制备方法包括以下步骤：配制浆料，浆料中包括活性物质、导电剂和粘结剂；将浆料涂覆在集流体上并进行烘烤，得到极片。其中，导电剂能够收集活性物质之间、以及活性物质与集流体之间的微电流，从而加速电子的移动速率；粘结剂能够将活性物质和导电剂粘附在集流体上，从而增强极片的稳定性。现有极片中活性物质的负载量为4mg/cm²-10mg/cm²。

随着汽车续航里程需求的不断提升和电动车载荷的不断增加，电动车对电池的载电量和循环寿命提出了越来越高的需求。为了提升电池的能量密度，目前业内多使用更高克容量的正负极材料、更薄的隔膜和箔材。然而，上述手段无法延长电池的循环寿命。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于如何提升电池的能量密度并延长电池的循环寿命，从而提供一种极片及其制备方法、锂电池及其制备方法。

本发明提供一种极片，包括：集流体，所述集流体包括：衬底；围设在所述衬底边缘的导电墙；位于所述衬底一侧表面的导电阵列，所述导电阵列包括阵列排布的若干个导电柱，所述导电柱沿远离所述衬底的方向延伸且被所述导电墙包围，所述导电阵列将所述导电墙围设的空间划分为连通的若干个子空间；活性物质，所述活性物质填充在所述子空间内。

可选的，所述活性物质的负载量为15mg/cm²-28mg/cm²。

可选的，相邻所述导电柱之间的距离为5μm～50μm。

可选的，所述导电柱的直径为500nm～100μm。

可选的，所述导电柱垂直于所述衬底，所述导电柱的高度为500nm-5000μm。

可选的，所述导电墙的高度为500nm-5000μm。

可选的，所述导电柱与所述导电墙的高度相同。

可选的，所述导电墙的厚度为10μm～1000μm。

本发明还提供一种极片的制备方法，包括：形成集流体，所述集流体包括：衬底；围设在所述衬底边缘的导电墙；位于所述衬底一侧表面的导电阵列，所述导电阵列包括阵列排布的若干个导电柱，所述导电柱向远离所述衬底的一侧延伸且被所述导电墙包围，所述导电阵列将所述导电墙围设的空间划分为连通的若干个子空间；在所述子空间内填充活性物质。

可选的，形成所述集流体的工艺包括3D打印工艺；在所述子空间内填充所述活性物质的工艺包括磁控溅射工艺。

本发明还提供一种锂电池，包括：相对设置的第一极片和第二极片、以及位于所述第一极片与第二极片之间的电解质层，所述第一极片和第二极片均采用上述极片，所述第一极片中衬底至导电阵列的方向与所述第二极片中衬底至导电阵列的方向相反。

可选的，所述电解质层为固态电解质层。

可选的，所述固态电解质层的厚度为2μm～18μm。