锂离子电池正极浆料、高面密度正极极片及其制备方法、锂离子电池和涉电设备

技术领域

本申请涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池正极浆料、高面密度正极极片及其制备方法、锂离子电池和涉电设备。

背景技术

锂离子电池能量密度(Energydensity)是指在单位一定的空间或质量物质中储存能量的大小。电池的能量密度也就是电池平均单位体积或质量所释放出的电能。电池的能量密度一般分重量能量密度和体积能量密度两个维度。磷酸铁锂电池安全性能好，可以通过严苛的针刺实验，但较三元电池能量密度低。如何提高磷酸铁锂电池的能量密度成了研究重点，主要方式有：(1)增大电池尺寸，比如单体电池300Ah以上，减少结构件占比；(2)提高活性物质负载率，减少非活性物质比例；(3)提高极片面密度，减少箔材等使用量，降低重量。

提高极片面密度在电芯设计方面比较常见，但增加至高面密度，会带来一系列的技术问题，比如：极片的加工性能差、电池的内阻增大、循环性能差。

常见的高面密度解决方案有：专利《CN 114156437 A》提供了一种高面密度负极极片制备方法。采用双唇口涂布机，通过试验不同双层面密度分配比例，选择出最优的涂布解决方案。专利《CN 114551797 A》提供了一种高面密度负极极片的加工工艺，解决高面密度硅碳负极极片容易出现活性材料涂层与集流体剥离的现象，电池循环容易快速衰减的问题，通过调整双层涂布第一涂层以及第二涂层的导电剂和粘结剂比例来解决这个问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种锂离子电池正极浆料、高面密度正极极片及其制备方法、锂离子电池和涉电设备，以解决上述问题。

为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：

一种锂离子电池正极浆料，所述正极浆料包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，还包括添加剂，所述添加剂包括纳米铝粉。

优选地，所述纳米铝粉为球形颗粒，粒径为30-80nm，且活性铝占比不低于99％。

优选地，所述正极活性材料包括磷酸铁锂纳米粉体，所述导电剂包括导电炭黑，所述粘结剂包括PVDF。

优选地，所述磷酸铁锂纳米粉体为4-12nm的球形颗粒。

本申请还提供一种高面密度正极极片，包括集流体和设置在所述集流体上的正极材料，所述正极材料的原料包括所述的锂离子电池正极浆料；

所述集流体为预涂层铝箔。

优选地，所述高面密度正极极片的双面面密度为600±100g/m

本申请还提供一种所述的高面密度正极极片的制备方法，包括：

将所述锂离子电池正极浆料涂布至所述集流体上，干燥、裁切得到所述高面密度正极极片。

本申请还提供一种锂离子电池，包括所述的高面密度正极极片。

优选地，所述锂离子电池还包括负极极片，所述负极极片使用的负极活性材料包括石墨纳米粉体，所述负极极片使用的负极导电剂为导电炭黑，所述负极极片使用的负极粘结剂为水性聚丙烯酸粘结剂；

优选地，所述石墨纳米粉体为8-35nm的片状颗粒。

本申请还提供一种涉电设备，包括所述的锂离子电池。

与现有技术相比，本申请的有益效果包括：

本申请提供的锂离子电池正极浆料，通过使用纳米铝粉作为添加剂，解决提高面密度带来的高内阻问题。由于金属纳米铝颗粒的高导电性，在浆料中分散均匀，大大提高极片电子电导率，高面密度极片的电池内阻减小；降低了高面密度下带来的电流极化，提升倍率性能，满足1C倍率充放循环；增加了极片之间的孔隙率，增加了电池的保液量，提升电池的循环性能。

本申请提供的高面密度正极极片，内阻低，电子电导率高。

本申请提供的高面密度正极极片的制备方法，操作简单。

本申请提供的锂离子电池和涉电设备，循环性能等电性能优异。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。

图1为实施例使用的纳米铝粉的SEM照片；

图2为实施例2和对比例1、对比例2的1000周循环曲线。

具体实施方式

如本文所用之术语：

“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。

“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK(K为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。

“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。

一种锂离子电池正极浆料，所述正极浆料包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，还包括添加剂，所述添加剂包括纳米铝粉。

但是在磷酸铁锂电池中，磷酸铁锂电导率差，高面密度引起的内阻大主要是由于正极极片的原因，所以重点在与改善正极极片的电导率。

在一个可选的实施方式中，所述纳米铝粉为球形颗粒，粒径为30-80nm，且活性铝占比不低于99％。

可选的，所述纳米铝粉的粒径可以为30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm或者30-80nm之间的任一值。

在一个可选的实施方式中，所述正极活性材料包括磷酸铁锂纳米粉体，所述导电剂包括导电炭黑，所述粘结剂包括PVDF。

在一个可选的实施方式中，所述磷酸铁锂纳米粉体为4-12nm的球形颗粒。

可选的，所述磷酸铁锂纳米粉体的粒径可以为4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、11nm、12nm或者4-12nm之间的任一值。

本申请还提供一种高面密度正极极片，包括集流体和设置在所述集流体上的正极材料，所述正极材料的原料包括所述的锂离子电池正极浆料；

所述集流体为预涂层铝箔。

在相同的截面积和长度的情况下，SP的直流电阻是铜直流电阻的588倍，是铝直流电阻的344倍(取SP电导率为10×10

在一个可选的实施方式中，所述高面密度正极极片的双面面密度为600±100g/m

本申请还提供一种所述的高面密度正极极片的制备方法，包括：

将所述锂离子电池正极浆料涂布至所述集流体上，干燥、裁切得到所述高面密度正极极片。

本申请还提供一种锂离子电池，包括所述的高面密度正极极片。

在一个可选的实施方式中，所述锂离子电池还包括负极极片，所述负极极片使用的负极活性材料包括石墨纳米粉体，所述负极极片使用的负极导电剂为导电炭黑，所述负极极片使用的负极粘结剂为水性聚丙烯酸粘结剂；

在一个可选的实施方式中，所述石墨纳米粉体为8-35nm的片状颗粒。

可选的，所述石墨纳米粉体的粒径可以为8nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm或者8-35nm之间的任一值。

本申请还提供一种涉电设备，包括所述的锂离子电池。

本申请所指的涉电设备，是指直接或间接使用本申请提供的锂离子电池进行供电、储能等方面工作的设备，例如电动汽车、储能电池组及其系统等等。

下面将结合具体实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

首先对实施例所用的原料进行说明：纳米铝粉为30nm～80nm球形颗粒，且活性Al占比99％以上(其SEM照片如图1所示)；磷酸铁锂纳米粉体为4～12nm球形颗粒；正极用导电剂为SP材料，粘结剂为PVDF材料；正极活性材料为石墨纳米粉体为8～35nm片状颗粒；负极用导电剂为SP材料，粘结剂为水性粘结剂聚丙烯酸。

实施例1

本实施例提供一种锂离子电池正极浆料、高面密度正极极片和锂离子电池，其制备方法如下：

S1.将90％正极活性材料、5％导电剂、5％粘结剂按质量比进行称量等待备用，将NMP置于分散釜中，加入5％粘结剂混合，真空磁力搅拌3小时，将PVDF分散于NMP中，形成均匀的胶液；

S2.将5％导电剂加入至胶液中，高速分散2h后，加入纳米铝粉高速分散1h，重量为活性物质质量的0.5％；

S3.将90％的活性物质加入分散釜中，捏合2h后，加入NMP调整浆料的流动性；

S4.将混合均匀后的正极浆料使用挤压式涂布机涂敷在15+1+1μm预涂层铝箔集流体上，双面面密度达到600±100g/m

S5.制作正常负极极片，负极极片按活性物质：导电剂：粘结剂＝90:5:5进行配比，使用挤压式涂布机涂敷在8μm铜箔集流体上，双面面密度达到275g/m

S6.使用宽度86mm，厚度16μmPP隔膜进行双头出极耳叠片处理，正极焊接10mm宽度的铝极耳，负极焊接10mm宽度的铜极耳，然后再使用铝塑膜进行封装；

S7.封装完成后进行注液，24h后完成电解液浸润后，进行夹板化成，老化结束后抽气封口，完成电芯的制作；

S8.将制作的5000mAh小软包电芯进行内阻、容量测试，并进行DCR与循环性能测试。

实施例2

本实施例提供一种锂离子电池正极浆料、高面密度正极极片和锂离子电池，其制备方法如下：

S1.将90％正极活性材料、5％导电剂、5％粘结剂按质量比进行称量等待备用，将NMP置于分散釜中，加入5％粘结剂混合，真空磁力搅拌3小时，将PVDF分散于NMP中，形成均匀的胶液；

S2.将5％导电剂加入至胶液中，高速分散2h后，加入纳米铝粉高速分散1h，重量为活性物质质量的1.0％；

S3.将90％的活性物质加入分散釜中，捏合2h后，加入NMP调整浆料的流动性；

S4.将混合均匀后的正极浆料使用挤压式涂布机涂敷在15+1+1μm预涂层铝箔集流体上，双面面密度达到600±7g/m

S5.制作正常负极极片，负极极片按活性物质：导电剂：粘结剂＝90:5:5进行配比，使用挤压式涂布机涂敷在8μm铜箔集流体上，双面面密度达到275g/m

S6.使用宽度86mm，厚度16μmPP隔膜进行双头出极耳叠片处理，正极焊接10mm宽度的铝极耳，负极焊接10mm宽度的铜极耳，然后再使用铝塑膜进行封装；

S7.封装完成后进行注液，24h后完成电解液浸润后，进行夹板化成，老化结束后抽气封口，完成电芯的制作；

S8.将制作的5000mAh小软包电芯进行内阻、容量测试，并进行DCR与循环性能测试。

实施例3

本实施例提供一种锂离子电池正极浆料、高面密度正极极片和锂离子电池，其制备方法如下：

S1.将90％正极活性材料、5％导电剂、5％粘结剂按质量比进行称量等待备用，将NMP置于分散釜中，加入5％粘结剂混合，真空磁力搅拌3小时，将PVDF分散于NMP中，形成均匀的胶液；

S2.将5％导电剂加入至胶液中，高速分散2h后，加入纳米铝粉高速分散1h，重量为活性物质质量的1.5％；

S3.将90％的活性物质加入分散釜中，捏合2h后，加入NMP调整浆料的流动性；

S4.将混合均匀后的正极浆料使用挤压式涂布机涂敷在15+1+1μm预涂层铝箔集流体上，双面面密度达到600±7g/m

S5.制作正常负极极片，负极极片按活性物质：导电剂：粘结剂＝90:5:5进行配比，使用挤压式涂布机涂敷在8μm铜箔集流体上，双面面密度达到275g/m

S6.使用宽度86mm，厚度16μmPP隔膜进行双头出极耳叠片处理，正极焊接10mm宽度的铝极耳，负极焊接10mm宽度的铜极耳，然后再使用铝塑膜进行封装；

S7.封装完成后进行注液，24h后完成电解液浸润后，进行夹板化成，老化结束后抽气封口，完成电芯的制作；

S8.将制作的5000mAh小软包电芯进行内阻、容量测试，并进行DCR与循环性能测试。

对比例1

S1.将90％正极活性材料、5％导电剂、5％粘结剂按质量比进行称量等待备用，将NMP置于分散釜中，加入5％粘结剂混合，真空磁力搅拌3小时，将PVDF分散于NMP中，形成均匀的胶液；

S2.将5％导电剂加入至胶液中，高速分散2h后；

S3.将90％的活性物质加入分散釜中，捏合2h后，加入NMP调整浆料的流动性；

S4.将混合均匀后的正极浆料使用挤压式涂布机涂敷在15+1+1μm预涂层铝箔集流体上，双面面密度达到350±5g/m

S5.制作正常负极极片，负极极片按活性物质：导电剂：粘结剂＝90:5:5进行配比，使用挤压式涂布机涂敷在8μm铜箔集流体上，双面面密度达到160g/m

S6.使用宽度86mm，厚度16μmPP隔膜进行双头出极耳叠片处理，正极焊接10mm宽度的铝极耳，负极焊接10mm宽度的铜极耳，然后再使用铝塑膜进行封装；

S7.封装完成后进行注液，24h后完成电解液浸润后，进行夹板化成，老化结束后抽气封口，完成电芯的制作。

S8.将制作的5000mAh小软包电芯进行内阻、容量测试，并进行DCR与循环性能测试。

对比例2

本对比例提供一种锂离子电池正极浆料、高面密度正极极片和锂离子电池，其制备方法如下：

S1.将90％正极活性材料、5％导电剂、5％粘结剂按质量比进行称量等待备用，将NMP置于分散釜中，加入5％粘结剂混合，真空磁力搅拌3小时，将PVDF分散于NMP中，形成均匀的胶液；

S2.将5％导电剂加入至胶液中，高速分散2h后；

S3.将90％的活性物质加入分散釜中，捏合2h后，加入NMP调整浆料的流动性；

S4.将混合均匀后的正极浆料使用挤压式涂布机涂敷在15+1+1μm预涂层铝箔集流体上，双面面密度达到600±100g/m

S5.制作正常负极极片，负极极片按活性物质：导电剂：粘结剂＝90:5:5进行配比，使用挤压式涂布机涂敷在8μm铜箔集流体上，双面面密度达到275g/m

S6.使用宽度86mm，厚度16μmPP隔膜进行双头出极耳叠片处理，正极焊接10mm宽度的铝极耳，负极焊接10mm宽度的铜极耳，然后再使用铝塑膜进行封装；

S7.封装完成后进行注液，24h后完成电解液浸润后，进行夹板化成，老化结束后抽气封口，完成电芯的制作；

S8.将制作的5000mAh小软包电芯进行内阻、容量测试，并进行DCR与循环性能测试。

实施例2、对比例1和对比例2的测试数据如下表1所示：

表1测试数据

由上表1可知，在面密度相同的情况下，使用了纳米铝粉的实施例2的内阻值远低于对比例2；在内阻值略小的情况下，对比例1的面密度远小于实施例2。对比例1为常规面密度设计，对比例2为高面密度设计，带来的问题是内阻大，本申请是解决内阻大问题。

实施例2、对比例1和对比例2的1000周循环曲线如图2所示(常规设计对比例的循环是最佳的，高面密度下循环存在跳水，本申请主要是避免跳水问题，以及较对比例2提升循环性能)。

在面密度相当的情况下，实施例2比对比例1的容量保持率要高得多。在容量保持率基本相当的情况下，实施例2的面密度比对比例2的面密度高很多。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。