CN104036968A - 一种利于电解液浸润的电极芯 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利于电解液浸润的电极芯，特别适用于电化学储能器件。电极芯为由外向内依次为电极/隔膜/电极/隔膜的卷绕结构，电极上设有通孔。通孔是通过机械打孔或激光打孔或腐蚀打孔的方式在电极上加工制得。通孔的形状为任意形状，优选为圆形，通孔的直径为0.01mm～2mm。本发明的电极上具有通孔，使得电解液浸润路径大增，尤其是可以根据卷绕型电极芯，可以根据卷绕层的厚度设置最优的孔径分布，使得电解液在垂直于电极芯轴向的方向上电解液浸润路径最小化，能够有效的提高电极芯的电解液速度，提高注液生产效率。
Description
技术领域
本发明属于化学储能器件领域，更具体涉及一种利于电解液浸润的电极芯。
背景技术
近年，随着世界各国对节能环保的重视和对新能源行业的支持，电化学储能器件得到了快速的发展。
电极是电化学储能器件如电池或超级电容器的核心部件，现在常用的电极结构是铝箔或者铜箔两面涂覆电极材料，然后正负电极和隔膜按顺序叠放卷绕形成多层结构（正极/隔膜/负极/隔膜）的电极芯。为了获得较高的体积能量密度和稳定的产品结构，电极芯一般在较高的张力下卷绕制成圆柱形。通常电解液浸润速度较为缓慢，使得注液工序成为生产的效率瓶颈。此外，电解液的浸润效率也对电化学储能器件的能量密度和功率密度有一定的影响。电解液的浸润速度取决于电解液的浸润路径：在圆柱形电极芯的轴向方向上，电解液沿着正极/隔膜/负极/隔膜层与层之间的平行于电极芯轴向的方向浸润；而在圆柱形电极芯的直径方向上，由于隔膜为多孔结构，电极活性物质具有高吸附性，所以在注液过程中，电极活性物质和隔膜不是电解液浸润的主要阻碍，而集流体多为致密的铜箔和铝箔，铜箔和铝箔为电解液浸润的阻碍，电解液只能沿着卷绕螺旋线的轨迹浸润。
发明内容
本发明创造针对上述问题，提出了一种利于电解液浸润的电极芯，在不降低电池或者超级电容器容量的前提下，提高注液速度，降低生产成本。
本发明公开一种利于电解液浸润的电极芯，电极芯由外向内依次为电极/隔膜/电极/隔膜，电极上设有通孔。
在一些实施方式中，通孔是通过机械打孔或激光打孔或腐蚀打孔的方式在电极上加工制得。
在一些实施方式中，通孔的形状为任意形状。
在一些实施方式中，通孔的形状为圆形，通孔的直径为0.01mm～2mm。孔径取0.01mm-2mm范围内的大小，既保证了电解液的浸润效率，又保证了电极芯的机械强度。
在一些实施方式中，通孔在电极长度方向的孔距与电极/隔膜/电极/隔膜卷绕层的厚度D的关系为：孔距=N×2π×D。
在一些实施方式中，N取正整数。N取整数值所得到的电极长度方向上的孔距要优于N取非整数值所得的电极长度方向上的孔距。
在一些实施方式中，通孔的分布为每四个孔组成平行四边形。电极上的通孔呈平行四边形分布，可以保证电极的机械强度不受通孔的影响而减小。
在一些实施方式中，通孔在电极长度方向的孔距为1mm～100mm。将电极在长度方向的孔距规定在1mm-100mm之内，既保证了电解液的浸润效率，又保证了电极芯的机械强度。
在一些实施方式中，通孔在电极宽度方向的孔距为1mm～20mm。将电极宽度方向的孔距规定在1mm-20mm之内，既保证了电解液的浸润效率，又保证了电极芯的机械强度。
本发明提出了一种利于电解液浸润的电极芯，电极上具有通孔，使得电解液浸润路径大增，尤其是可以根据卷绕型电极芯，可以根据卷绕层的厚度设置最优的孔径分布，使得电解液在垂直于电极芯轴向的方向上电解液浸润路径最小化，能够有效的提高电极芯的电解液速度，提高注液生产效率。
附图说明
图1为本发明一实施方式的一种利于电解液浸润的电极结构示意图；
图2为本发明一实施方式的电解液浸入电芯的示意图；
图3为本发明一实施方式的实施例1制得的电极芯的某一横截面的浸润路径示意图；
图4为本发明一实施方式的实施例2制得的电极芯的某一横截面的浸润路径示意图；
图5为本发明一实施方式的实施例3制得的电极芯的某一横截面的浸润路径示意图；
图6为本发明一实施方式的实施例4制得的电极芯的某一横截面的浸润路径示意图；
图7为本发明一实施方式的实施例5制得的电极芯的某一横截面的浸润路径示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，图1为电极的结构示意图。电极上的通孔可以通过机械打孔或激光打孔或腐蚀打孔等方式在电极上加工制得。电极上的通孔可以为任何形状，电极上的通孔与通孔之间可以呈任何形状分布，但电极上的通孔为圆形且呈平行四边形分布，在保证电解液浸润效率的同时，还可以保证电极的机械强度不受通孔的影响而减小。图1中A表示在电极长度方向上的孔距，图中B表示在电极宽度方向上的孔距。图2为电解液浸入电极芯的示意图，从图2中可以看出，电极与隔膜卷绕成电极芯之后，由于在垂直于卷绕轴向的方向上具有优化的电解液浸润路径，大大减少了后续注液工序的注液时间。实施例1
取厚度为0.25mm，长度为4000mm，宽度110mm的电极，分别取该电极作为超级电容器的正极和负极，并与厚度为0.05mm的多孔隔膜卷绕成多层结构（正极/隔膜/负极/隔膜）的电极芯，卷绕张力为0.175MPa，卷绕层厚度D为0.6mm。隔膜选用NKK公司的TF-4425型号。
如图1所示，电极上具有成平行四边形分布的孔径为0.3mm的圆形通孔，在电极宽度方向的孔距B为10mm，在电极长度方向的孔距A=N×2π×D，取N=1，则在电极长度方向的孔距A为3.768mm。
卷绕后孔的分布如附图3所示，电解液浸润路径清晰、稠密。将本实施例制得的电极芯组装成超级电容器进行注液时间测试和以300A的恒定电流进行充放电性能测试，结果见表1。
实施例2
取厚度为0.25mm，长度为4000mm，宽度为110mm的电极，分别取该电极作为超级电容器的正极和负极，并与厚度为0.05mm的多孔隔膜卷绕成多层结构（正极/隔膜/负极/隔膜）的电极芯，卷绕张力为0.175MPa，卷绕层厚度D为0.6mm。隔膜选用NKK公司的TF-4425型号。
电极上具有成平行四边形分布的孔径为0.3mm的圆形通孔，在电极宽度方向的孔距B为10mm，在电极长度方向的孔距A=N×2π×D，取N=2，则在电极长度方向的孔距A为7.536mm。
卷绕后孔的分布如附图4所示，电解液浸润路径清晰、较稠密。将本实施例制得的电极芯组装成超级电容器进行注液时间测试和以300A的恒定电流进行充放电性能测试，结果见表1。
实施例3
取厚度为0.25mm，长度为4000mm，宽度为110mm，分别取该电极作为超级电容器的正极和负极，并与厚度为0.05mm的多孔隔膜卷绕成多层结构（正极/隔膜/负极/隔膜）的电极芯，卷绕张力为0.175MPa，卷绕层厚度D为0.6mm。隔膜选用NKK公司的TF-4425型号。
电极上具有成平行四边形分布的孔径为0.3mm的圆形通孔，在电极宽度方向的孔距B为10mm，在电极长度方向的孔距A=N×2π×D，取N=3，则在电极长度方向的孔距11为11.304mm。
卷绕后孔的分布如附图5所示，电解液浸润路径清晰、较稀松。并把该电极芯组装成超级电容器进行注液时间测试和以300A的恒定电流进行充放电性能测试，结果见表1。
实施例4
取厚度为0.25mm，长度为4000mm，宽度为110mm的电极，分别取该电极作为超级电容器的正极和负极并与厚度为0.05mm的多孔隔膜卷绕成多层结构的（正极/隔膜/负极/隔膜）电极芯，卷绕张力为0.175MPa，卷绕层厚度D为0.6mm。隔膜选用NKK公司的TF-4425型号。
电极上具有成平行四边形分布的孔径为0.3mm的圆形通孔，在电极宽度方向的孔距B为10mm，在电极长度方向的孔距A=N×2π×D，取N=4，则在电极长度方向的孔距A为15.072mm。
卷绕后孔的分布如附图6所示，电解液浸润路径清晰、稀松。并把该电极芯组装成超级电容器进行注液时间测试和以300A的恒定电流进行充放电性能测试，结果见表1。
实施例5
取厚度为0.25mm，长度为4000mm，宽度为110mm的电极，分别取该电极作为超级电容器的正极和负极并与厚度为0.05mm的多孔隔膜卷绕成多层结构（正极/隔膜/负极/隔膜）的电极芯，卷绕张力为0.175MPa，卷绕层厚度D为0.6mm。隔膜选用NKK公司的TF-4425型号。
电极上具有成平行四边形分布的孔径为0.3mm的圆形通孔，在电极宽度方向的孔距B为10mm，在电极长度方向的孔距A=N×2π×D，取N=2.5，则在电极长度方向的孔距A为9.420mm。
卷绕后孔的分布如附图7所示，电解液浸润路径不清晰、较稠密。并把该电极芯组装成超级电容器进行注液时间测试和以300A的恒定电流进行充放电性能测试，结果见表1。
实施例6
取厚度为0.25mm，长度为4000mm，宽度为110mm的电极，分别取该电极作为超级电容器的正极和负极并与厚度为0.05mm的多孔隔膜卷绕成多层结构（正极/隔膜/负极/隔膜）的电极芯，卷绕张力为0.175MPa，卷绕层厚度D为0.6mm。隔膜选用NKK公司的TF-4425型号。电极上未打孔。
将电极芯组装成超级电容器进行注液时间测试和以300A的恒定电流进行充放电性能测试，结果见表1。
由实施例1-实施例6的数据对比可以看出，相对于未打孔的电极，打孔后注液时间明显降低，实施例1的注液时间较实施例6缩短近一半；打孔后电极制得的电极芯组成的超级电容器在300A充放电测试的容量和内阻指标明显好于实施例6的电极芯组成的超级电容器。打孔后的电极制得的电极芯组成的超级电容器在300A充放电测试的容量和内阻指标明显好于未打孔的电极芯组成的超级电容器。实施例1（N取1）、实施例2（N取2）、实施例3（N取3）和实施例4（N取4）制得的电极芯的电解液浸路径清晰，组成的超级电容器性能优于实施例5（N取2.5）制得的电极芯组成的超级电容器的性能。
表1
Claims (9)
1.一种利于电解液浸润的电极芯，其中，电极芯为由外向内依次为电极/隔膜/电极/隔膜的卷绕结构，所述电极上设有通孔。
2.根据权利要求1所述的一种利于电解液浸润的电极芯，其中，所述通孔是通过机械打孔或激光打孔或腐蚀打孔的方式在所述电极上加工制得。
3.根据权利要求2所述的一种利于电解液浸润的电极芯，其中，所述通孔的形状为任意形状。
4.根据权利要求3所述的一种利于电解液浸润的电极芯，其中，所述通孔的形状为圆形，所述通孔的直径为0.01mm～2mm。
5.根据权利要求4所述的一种利于电解液浸润的电极芯，其中，所述通孔在电极长度方向的孔距与电极/隔膜/电极/隔膜卷绕层的厚度D的关系为：孔距=N×2π×D。
6.根据权利要求5所述的一种利于电解液浸润的电极芯，其中，所述N取正整数。
7.根据权利要求6所述的一种利于电解液浸润的电极芯，其中，所述通孔的分布为每四个孔组成平行四边形。
8.根据权利要求7所述的一种利于电解液浸润的电极芯，其中，所述通孔在电极长度方向的孔距为1mm～100mm。
9.根据权利要求8所述的一种利于电解液浸润的电极芯，其中，所述通孔在电极宽度方向的孔距为1mm～20mm。
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| WO2022213305A1 (zh) * | 2021-04-07 | 2022-10-13 | 江苏时代新能源科技有限公司 | 电极组件、电池单体、电池及电极组件的制造方法和设备 |
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