一种极片及锂电池
阅读说明：本技术 一种极片及锂电池 (Pole piece and lithium battery ) 是由 田奎 邹浒 何志佳 王清辉 朱威 肖良 曹昊楠 于 2021-08-17 设计创作，主要内容包括：一种极片及锂电池,所述极片包括：极片集流体以及设置于所述极片集流体表面的活性物质；所述极片集流体上设置有至少一个存储孔,所述存储孔内填充有可导电多孔物质,所述可导电多孔物质存储有电解液。本发明极片集流体上设置任意形状的孔洞,并在孔洞里填充可导电多孔物质,将所填充的可导电多孔物质作为电解液的储存仓,电池注液后,可导电多孔物质可以吸收并存储部分电解液,提高了电池的保液量,被可导电多孔物质存储的电解液在电池使用循环过程中逐渐析出,为电池补充循环过程中的电解液消耗,从而提升电池的循环寿命。(A pole piece and a lithium battery, the pole piece comprising: the electrode plate current collector comprises an electrode plate current collector and an active substance arranged on the surface of the electrode plate current collector; the pole piece current collector is provided with at least one storage hole, the storage hole is filled with a conductive porous substance, and the conductive porous substance stores electrolyte. The pole piece current collector is provided with the holes in any shape, the holes are filled with the conductive porous substance, the filled conductive porous substance is used as a storage bin of the electrolyte, after the battery is injected with the electrolyte, the conductive porous substance can absorb and store part of the electrolyte, the liquid retention amount of the battery is improved, the electrolyte stored by the conductive porous substance is gradually separated out in the use cycle process of the battery, the electrolyte consumption in the supplement cycle process of the battery is realized, and the cycle life of the battery is prolonged.)
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种长循环寿命的锂电池及其使用的极片。
背景技术
近年来，随着消费电子、电动汽车、航空航天等设备产业的应用与发展，对所使用的电池的长循环性能提出了更高的需求。延长电池使用寿命，降低电池更换次数，从而降低电池使用成本势在必行。高校、科研机构、锂电厂家为此投入了大量的人力物力，长循环长寿命电池也是目前锂电领域最热门的研究方向之一。
长循环电池主要是通过开发新型材料体系和新型结构来提升电池的长循环性能，以满足客户对电池的电性能和安全性能的要求。现有技术中公开有一种采用厚电极的电池，该电池的厚电极包括集流体和分布在集流体上含有活性物质和导电物质的电极膜片，电极膜片中含有用于传输或存储电解液的电解液传导物质，通过在电极膜片中加入电解液传导物质，以有效传输电解液，避免极片由于厚度增加产生的局部电解液浸润性差的问题外，电解液传导物质同时还可以存储多余的电解液，从而补充在循环过程中所消耗的电解液，以维持良好的循环性能。但这种结构的电池，由于在电极膜片中加入了电解液传导物质，电极膜片中活性物质的负载量必然会减少，无法同时兼顾电池的能量密度性能和长循环性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以提升电池长循环性能的极片及使用该极片的锂电池。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：
一种极片，包括：极片集流体以及设置于所述极片集流体表面的活性物质；所述极片集流体上设置有至少一个存储孔，所述存储孔内填充有可导电多孔物质，所述可导电多孔物质存储有电解液。
进一步的，所述存储孔的总面积为所述极片集流体面积的5～60％。
更进一步的，所述存储孔的总面积为所述极片集流体面积的20～35％。
进一步的，所述极片集流体上设置有多个均匀分布的存储孔。
进一步的，所述可导电多孔物质为金属或非金属。
更进一步的，所述可导电多孔物质为纳米碳管、石墨烯、导电纤维织物、导电橡胶纤维、导电塑料纤维中的一种或多种。
更进一步的，所述可导电多孔物质为铜或铝或银或其合金。
进一步的，所述可导电多孔物质中含有锂粉。
更进一步的，所述锂粉的添加量为所述可导电多孔物质质量的5～30％。
本发明还提供了一种锂电池，包括正极片、负极片和设置于所述正极片和负极片之间的隔膜，所述正极片和/或负极片为前述极片。
由以上技术方案可知，本发明在极片集流体上设置任意形状的孔洞，并在孔洞里填充可导电多孔物质，将所填充的可导电多孔物质作为电解液的储存仓，电池注液后，可导电多孔物质可以吸收并存储部分电解液，提高了电池的保液量，被可导电多孔物质存储的电解液在电池使用循环过程中逐渐析出，为电池补充循环过程中的电解液消耗，从而提升电池的循环寿命，降低电池的更换频次，降低电池的使用成本，提高产品的市场竞争力。而且本发明是在极片集流体上复合存储电解液的可导电多孔物质，不会影响集流体活性物质的负载量，实现长循环寿命性能的提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例极片的结构示意图。
以下结合附图对本发明的
具体实施方式
作进一步详细地说明。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。需要说明的是，附图采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，本发明的极片包括极片集流体1，在极片集流体1上加工有至少一个存储孔1a，存储孔1a用于存储可导电多孔物质2，可导电多孔物质2用于吸收和存储电解液。极片集流体1上涂覆有活性物质3。在具体应用中，可导电多孔物质2可以是纳米碳管、石墨烯、导电纤维织物、导电橡胶纤维、导电塑料纤维、铜、铝、银等金属及合金或非金属物质。通过将可导电多孔物质复合到极片集流体上，从而极片在电池注液后可导电多孔物质可以吸收并存储部分电解液，可导电多孔物质中存储的电解液可以补充电池在循环过程中消耗掉的电解液，以提升电池的循环性能。此外，还可以在可导电多孔物质中添加锂粉，从而可以为电池提供补锂功能。进一步的，锂粉的添加量为可导电多孔物质质量的5～30％，具体可根据需求进行调配。
存储孔1a可以通过剪切或冲切的方式在极片集流体1上加工出来，存储孔1a的形状没有限制，可以是圆形、矩形、三角形、多边形等形状，只要能实现存储可导电多孔物质3的作用即可。存储孔1a的数量、面积、分布方式及密度可根据生产需求相应设置，但为了保证极片集流体的受力均匀，存储孔1a优选以均布的形式设置于极片集流体1上。极片集流体1上存储孔1a的总面积占极片集流体1面积的5～60％。当存储孔1a的面积小于5％时，极片集流体1中的可导电多孔物质3较少，可导电多孔物质3所吸收的电解液有限，对电池的循环性能无法起到明显的改善作用，当存储孔1a的面积大于60％时，会影响极片集流体1的拉伸强度，会导致极片集流体1的拉伸强度明显降低，在涂覆活性物质的过程中极片集流体1在拉力的作用下容易发生断裂，造成生产困难。优选的，存储孔1a总面积占极片集流体1面积的20～35％。
本发明的正极活性物质可采用钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍锰钴酸锂、镍锰钴铝酸锂、镍钴酸锂、富锂锰等；负极活性物质可采用钛酸锂、锂粉、铝粉、金属氧化物、人造石墨、天然石墨、硅、硅合金、硫、硫合金、硅碳等。正、负极浆料的配方及制备工艺为常规工艺，无需对现有的正、负极浆料的配方及制备工艺进行改进。涂覆了活性物质后的极片的厚度为5～600μm，极片的面密度为1～300mg/cm2。
下面通过具体实施例对本发明锂电池的制备方法进行说明。
实施例1
步骤一、制备极片集流体；本实施例分别采用铝箔和铜箔作为正极片的极片集流体以及负极片的极片集流体，采用冲切的方式分别在铜箔和铝箔上制备出存储孔，存储孔的总面积为极片集流体面积的20％；在存储孔内填充可导电多孔物质，本实施例所采用的可导电多孔物质为纳米碳管，可导电多孔物质用作于电解液存储仓；
步骤二、制备正极片；首先配制正极浆料，将钴酸锂(正极活性物质)、聚偏氟乙烯(粘结剂)、乙炔黑(导电剂)以97％∶2％∶1％的比例配制成浆料，配得的浆料固含量为75％；将正极浆料涂覆在正极片的极片集流体表面，然后将涂覆后的极片集流体进行干燥和辊压，制得正极片；
步骤二、制备负极片，首先配制负极浆料，将石墨(负极活性物质)、聚偏氟乙烯(粘结剂)、乙炔黑(导电剂)以96％∶2％∶2％的比例配制成浆料，配得的浆料固含量为45％，将负极浆料涂覆在负极片的极集流体表面，然后将涂覆后的负极集流体进行干燥和辊压，制得负极片；
步骤三、在正、负极片上焊接极耳，按负极片、隔膜、正极片的顺序依次叠放，用铝塑膜封装成电芯；极耳可采用超声焊或激光焊的方式焊接，
步骤四、将电芯放入干燥箱中进行真空干燥，干燥箱温度为60～100℃，真空干燥时间为3～24h，真空干燥后注入电解液，制得锂电池。电解液可根据使用要求，可为低温、高温、高倍率等常规或功能性电解液。
实施例2
本实施例和实施例1不同的地方在于：本实施例的极片集流体上存储孔的总面积为极片集流体面积的30％。
实施例3
本实施例和实施例1不同的地方在于：本实施例的极片集流体上存储孔的总面积为极片集流体面积的40％。
实施例4
本实施例和实施例1不同的地方在于：本实施例的极片集流体上存储孔的总面积为极片集流体面积的50％。
实施例5
本实施例和实施例1不同的地方在于：本实施例的极片集流体上存储孔的总面积为极片集流体面积的60％。
实施例6
本实施例和实施例1不同的地方在于：本实施例的极片集流体上存储孔的总面积为极片集流体面积的3％。
实施例7
本实施例和实施例1不同的地方在于：本实施例的极片集流体上存储孔的总面积为极片集流体面积的65％。
实施例8
本实施例和实施例1不同的地方在于：本实施例的极片集流体上存储孔的总面积为极片集流体面积的70％。
对比例1
对比例1和实施例1不同的地方在于：对比例1的极片集流体上未设置存储孔。
对比例2
对比例2和实施例1不同的地方在于：对比例2的极片集流体为多孔集流体，对比例2所采用的多孔集流体为2021101688964号中国发明专利申请中公开的具有孔隙的柔性碳膜。
将实施例1至8和对比例1、2制成的电池进行循环性能测试，以1C的电流对电池进行充放电，循环500次，按照充放电循环500次后的容量/充放电循环第1次时的容量＝容量保持率计算电池的循环容量保持率，并同时统计极片集流体在浆料涂布过程中的断带情况，涂布断带率＝发生断带不良的极片集流体数量/同规格批次极片集流体总数×100％。测试结果见表1。
表1
存储孔面积占比
循环周次
循环容量保持率
涂布断带率
实施例1
20％
500周
84％
1％
实施例2
30％
500周
86％
1.5％
实施例3
40％
500周
88％
7％
实施例4
50％
500周
90％
10％
实施例5
60％
500周
93％
15％
实施例6
3％
500周
80％
0.5％
实施例7
65％
500周
93.5％
30％
实施例8
70％
500周
94％
50％
对比例1
/
500周
78％
0.01％
对比例2
/
500周
81％
0.05％
从以上的测试结果可以看出，在极片集流体中复合了可以存储电解液的可导电多孔物质后，由于可导电多孔物质中存储的电解液可以对电池使用过程中消耗的电解液进行补充，电池的循环容量保持率得到了明显的提升，随着存储孔面积占比的提升，循环容量保持率越高。但极片集流体上开设存储孔后，极片集流体的强度会受到影响，存储孔面积占比越大，极片集流体上箔材面积相应的就越小，极片集流体的强度就越低，从而随着极片集流体上存储孔面积占比的增大，涂布断带率也变高，尤其是当存储孔面积占比超过60％后，极片集流体在涂布时断裂的比率急剧上升，出现断带的不良品数量增多，给生产制造带来了难度，综合涂布断带率和容量保持率两方面因素，优选将存储孔的总面积设置为占极片集流体面积的20～35％，以达到既提高了循环容量保持率，又不会增加生产制造难度的目的。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。