CN111477842B - 一种垂直结构电极的制备装置和制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电池电极制备技术领域，具体涉及一种垂直结构电极的制备装置和制备方法。一种垂直结构电极的制备装置，包括底板、垂直冲压片和水平压片，在底板上表面的左右两侧均设置有一个垂直于底板上表面的支板，在底板的后表面设置有一个竖直放置的背板，底板、支板、背板之间两两相互垂直，在两个支板之间设置有可前后移动的厚度调节板，厚度调节板与背板平行设置，垂直冲压片和水平压片用于将放置在背板与厚度调节板之间的复合材料压平。本发明实现了将提高活性物质的能量密度、充分发挥活性物质性能、提高活性物质的比例三种方法结合到一起来提高电池的能量密度，在锂离子电池制备以及其他二次电池体系中具有广阔的应用前景。

Description

一种垂直结构电极的制备装置和制备方法
技术领域
本发明属于电池电极制备技术领域，具体涉及一种垂直结构电极的制备装置和制备方法。
背景技术
当前锂离子电池的电极片，包括正极片和负极片，大都是采用湿法涂膜-干燥-辊压-裁剪工艺制备。将粉末状活性物质与导电剂和粘结剂按一定比例混合，在溶剂中研磨成均匀的浆料，涂覆在集流体上，经过真空加热干燥去除溶剂，辊压和裁剪得到所需电极片。电极片中非活性物质，包括导电剂、粘结剂和集流体，占整个电极质量的30-50％，甚至更高的比例，这实际上极大地降低了电池的能量密度。
提高电池的能量密度等电池性能是目前锂离子电池行业的重要研究方向。具体的主要有三类主要思路：1)提高活性物质的能量密度即研发具有高储锂容量的正极、负极材料；2)充分发挥活性物质性能；3)提高活性物质的比例。研发具有高储锂容量的正极、负极材料是研究热点，目前也研发出诸多高比容量的硅基负极材料。但这些材料依然只能采用湿法涂膜系列工艺制备负极材料，而且还有很多材料的比表面积比较大造成无法涂膜以致无法制备成负极片使用。很多研究者提出在基体材料上制备纳米阵列或纳米线，电极液可以迅速扩散到这些活性物质的内部，充分发挥活性物质性能。然而，这类纳米阵列材料的使用必须连同基体材料一起使用，而基体材料一般为不锈钢板等密度较高的物质，在整个电极中占比较高。提高活性物质比例方面，柔性电极的研究成为典型方法，将活性物质担载在石墨烯，碳纳米管，碳纤维或碳布上直接作为电极片使用，然而这些担载物质也能储锂物质但众多研究者并未计算入内，造成电池能量密度虚高，而且这些担载物质本身存在严重的电压滞后，不利于柔性电极的实际应用。以上提升电池能量密度的方法在现有技术的研究中都是只有一种或两种，还未出现将三者有机结合来提升电池能量密度的技术。
发明内容
本发明针对上述问题提供了一种垂直结构电极的制备装置和制备方法。
为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：
一种垂直结构电极的制备装置，包括底板、垂直冲压片和水平压片，在所述底板上表面的左右两侧均设置有一个垂直于底板上表面的支板，在所述底板的后表面设置有一个竖直放置的背板，所述底板、支板、背板之间两两相互垂直，在所述两个支板之间设置有可前后移动的厚度调节板，所述厚度调节板与背板平行设置，所述垂直冲压片和水平压片用于将放置在背板与厚度调节板之间的复合材料压平，所述垂直冲压片和水平压片的长度等于两个支板之间的间距。
进一步，在所述支板上开设有滑槽，所述滑槽与背板之间保留250微米的间隙，在所述厚度调节板的两侧设置有与滑槽相对应的螺纹孔，所述螺纹孔至厚度调节板后表面的距离不小于240微米，在所述螺纹孔内设置有调节螺钉，所述调节螺钉的螺钉头设置在支板的外侧。
一种垂直结构电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将高储锂容量活性物质与膨胀石墨按比例进行混合和干燥处理，所得产物称为复合材料；
步骤2，将权利要求2所述垂直结构电极的制备装置组装好，根据所需电极片的厚度，调节厚度调节板与背板之间的间隙，间隙尺寸为所需电极片中间产物的厚度；
步骤3，将步骤1所得复合材料均匀的铺设在所述步骤2调好的垂直结构电极的制备装置中，选择对应宽度的垂直冲压片自上而下施加压力，将复合材料压成片状结构，重复铺设所述复合材料并通过垂直冲压片施加压力，直至达到所需高度，形成电极片中间产物，此时电极片中间产物中的石墨片层与底板平行；
步骤4，松开调节螺钉，调整厚度调节板位置，将所得电极片中间产物向前或向后旋转90度，此时电极片中间产物中的石墨片层与底板相互垂直，根据电极片中间产物的高度调节厚度调节板的位置，使厚度调节板与背板之间的宽度和电极片中间产物的高度相同，以夹紧电极片中间产物；
步骤5，根据电极片中间产物的高度选择相对应的水平压片3，使水平压片的宽度和电极片中间产物的高度相同，将水平压片放置在电极片中间产物上，并自上而下施加压力，使电极片中间产物中与底板相互垂直的石墨片层在压力作用下发生扭曲，留下丰富孔隙，从而得到垂直结构电极片。
进一步，所述步骤1中的高储锂容量活性物质是指储锂比容量在400-2000mAh/g的负极材料，种类为硅碳复合材料，硅氧碳复合材料，纳米锡碳复合材料，纳米氧化锡碳复合材料，过渡金属氧化物-碳复合材料中的任意一种。
再进一步，所述步骤1中的膨胀石墨为石墨材料经过氧化、插层和膨化处理得到，或者只经过插层和膨化处理得到，所得膨胀石墨的体积为原石墨材料体积的2-200倍。
更进一步，所述步骤1中高储锂容量活性物质和膨胀石墨的混合质量比为1:1-1:19。
更进一步，所述步骤1中高储锂容量活性物质和膨胀石墨的混合方式为：将高储锂容量活性物质超声分散到乙醇溶液中得到混合溶液，混合溶液的固含量为1-20mg/ml，将混合溶液滴加到膨胀石墨中，直至将膨胀石墨浸没，浸没后加热、搅拌挥发，直至基本不见溶液，然后继续滴加混合溶液，重复上述步骤，直至达到预定的混合比例。
更进一步，所述步骤1中高储锂容量活性物质和膨胀石墨的干燥方式为鼓风干燥或真空干燥。
更进一步，所述步骤2中电极片中间产物的厚度为10-200微米。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
1、本发明通过石墨片层的垂直结构，以及石墨片层在保持垂直结构的前提下受压发生扭曲留下的丰富孔隙，使垂直结构电极片可以像纳米阵列一样大幅提高锂离子扩散速率，充分发挥活性物质性能；同时本发明采用膨胀石墨制成的一体结构作为基体，膨胀石墨本身具有自粘性，且导电性能好，因此避免了粘结剂、导电剂以及集流体等非活性物质的使用，同时膨胀石墨本身就是活性物质，实现了电极组成全部都是活性物质，大大提高了活性物质的比例；最后本发明将具有高储锂容量负极材料或正极材料担载在膨胀石墨基体中实现了将提高活性物质的能量密度、充分发挥活性物质性能、提高活性物质的比例三种方法结合到了一起，大大的提高了电池的能量密度，在锂离子电池制备以及其他二次电池体系中具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明厚度调节板与调节螺钉的连接示意图；
图4为本发明实施例1所得垂直结构电极片的顶面电子照片；
图5为本发明图4中的局部放大图；
图中底板—1、垂直冲压片—2、水平压片—3、支板—4、滑槽—5、背板—6、厚度调节板—7、螺纹孔—8、调节螺钉—9。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
如图1至图5所示，一种垂直结构电极的制备装置，包括底板1、垂直冲压片2和水平压片3，在所述底板1上表面的左右两侧均设置有一个垂直于底板1上表面的支板4，在所述支板4上开设有滑槽5，所述滑槽5与背板6之间保留250微米的间隙，在所述底板1的后表面设置有一个竖直放置的背板6，所述底板1、支板4、背板6之间两两相互垂直，在所述两个支板4之间设置有可前后移动的厚度调节板7，所述厚度调节板7与背板6平行设置，在所述厚度调节板7的两侧设置有与滑槽5相对应的螺纹孔8，所述螺纹孔8至厚度调节板7后表面的距离不小于240微米，在所述螺纹孔8内设置有调节螺钉9，所述调节螺钉9的螺钉头设置在支板4的外侧。所述垂直冲压片2和水平压片3用于将放置在背板6与厚度调节板7之间的复合材料压平。
一种垂直结构电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，以储锂比容量在2000mAh/g的硅碳复合材料为高容量活性物质，以50目的鳞片石墨为原料采用高锰酸钾氧化-浓硫酸插层-微波膨化处理的方法，得到膨胀体积为50g/ml的膨胀石墨。将上述硅碳复合材料和膨胀石墨按1:19质量比取样，将1份质量的硅碳复合材料超声分散到乙醇中，得到浓度为10mg/ml的混合溶液。将上述混合溶液滴加到19份质量的膨胀石墨中，直至将膨胀石墨浸没，浸没后加热、搅拌挥发，直至基本不见溶液，然后继续滴加混合溶液，重复上述步骤，直至混合溶液全部用完，所得混合物进行真空干燥以完全去除溶剂，得到复合材料；
步骤2，将垂直结构电极的制备装置组装好，确定所需电极片的厚度为50微米后，调节厚度调节板7与背板6之间的间隙为50微米；
步骤3，将步骤1所得复合材料均匀的铺设在所述步骤2调好的垂直结构电极的制备装置中，选择宽度为50微米的垂直冲压片2自上而下施加压力，将复合材料压成片状结构，重复铺设所述复合材料并通过垂直冲压片2施加压力，直至达到所需高度，形成电极片中间产物，此时电极片中间产物中的石墨片层与底板1平行；
步骤4，松开调节螺钉9，调整厚度调节板7位置，将所得电极片中间产物向前或向后旋转90度，此时电极片中间产物中的石墨片层与底板1相互垂直，调节厚度调节板7与背板6之间的宽度为5cm；
步骤5，选择5cm宽的水平压片3，将水平压片3放置在电极片中间产物上，并自上而下施加压力，使电极片中间产物中与底板1相互垂直的石墨片层在压力作用下发生扭曲，留下丰富孔隙，从而得到垂直结构电极片。
实施例2
如图1至图3所示，一种垂直结构电极的制备装置，包括底板1、垂直冲压片2和水平压片3，在所述底板1上表面的左右两侧均设置有一个垂直于底板1上表面的支板4，在所述支板4上开设有滑槽5，所述滑槽5与背板6之间保留250微米的间隙，在所述底板1的后表面设置有一个竖直放置的背板6，所述底板1、支板4、背板6之间两两相互垂直，在所述两个支板4之间设置有可前后移动的厚度调节板7，所述厚度调节板7与背板6平行设置，在所述厚度调节板7的两侧设置有与滑槽5相对应的螺纹孔8，所述螺纹孔8至厚度调节板7后表面的距离不小于240微米，在所述螺纹孔8内设置有调节螺钉9，所述调节螺钉9的螺钉头设置在支板4的外侧。所述垂直冲压片2和水平压片3用于将放置在背板6与厚度调节板7之间的复合材料压平。
一种垂直结构电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，以储锂比容量在1800mAh/g的硅氧碳复合材料为高容量活性物质。以300目的鳞片石墨为原料采用浓硝酸氧化-浓硫酸插层-微波膨化处理的方法，得到膨胀体积为10g/ml的膨胀石墨。将上述硅碳复合材料和膨胀石墨按1:1质量比取样，将1份质量的硅碳复合材料超声分散到乙醇中，得到浓度为20mg/ml的混合溶液。将上述混合溶液一点点滴加到1份质量的膨胀石墨中，直至将膨胀石墨浸没，浸没后加热、搅拌挥发，直至基本不见溶液，然后继续滴加混合溶液，重复上述步骤，直至混合溶液全部用完，所得混合物进行真空干燥以完全去除溶剂，得到复合材料；
步骤2，将垂直结构电极的制备装置组装好，确定所需电极片的厚度为10微米后，调节厚度调节板7与背板6之间的间隙为10微米；
步骤3，将步骤1所得复合材料均匀的铺设在所述步骤2调好的垂直结构电极的制备装置中，选择宽度为10微米的垂直冲压片2自上而下施加压力，将复合材料压成片状结构，反复铺设所述复合材料并通过垂直冲压片2施加压力，直至达到所需高度，形成电极片中间产物，此时电极片中间产物中的石墨片层与底板1平行；
步骤4，松开调节螺钉9，调整厚度调节板7位置，将所得电极片中间产物向前或向后旋转90度，此时电极片中间产物中的石墨片层与底板1相互垂直，调节厚度调节板7与背板6之间的宽度为5cm；
步骤5，选择5cm宽的水平压片3，将水平压片3放置在电极片中间产物上，并自上而下施加压力，使电极片中间产物中与底板1相互垂直的石墨片层在压力作用下发生扭曲，留下丰富孔隙，从而得到垂直结构电极片。
实施例3
如图1至图3所示，一种垂直结构电极的制备装置，包括底板1、垂直冲压片2和水平压片3，在所述底板1上表面的左右两侧均设置有一个垂直于底板1上表面的支板4，在所述支板4上开设有滑槽5，所述滑槽5与背板6之间保留250微米的间隙，在所述底板1的后表面设置有一个竖直放置的背板6，所述底板1、支板4、背板6之间两两相互垂直，在所述两个支板4之间设置有可前后移动的厚度调节板7，所述厚度调节板7与背板6平行设置，在所述厚度调节板7的两侧设置有与滑槽5相对应的螺纹孔8，所述螺纹孔8至厚度调节板7后表面的距离不小于240微米，在所述螺纹孔8内设置有调节螺钉9，所述调节螺钉9的螺钉头设置在支板4的外侧。所述垂直冲压片2和水平压片3用于将放置在背板6与厚度调节板7之间的复合材料压平。
一种垂直结构电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，以储锂比容量在400mAh/g的纳米锡碳复合材料为高容量活性物质。以50目的鳞片石墨为原料采用氯化铁氧化-次氯酸插层-高温1000℃膨化处理的方法，得到膨胀体积为100g/ml的膨胀石墨。将上述硅碳复合材料和膨胀石墨按1:19质量比取样，将1份质量的硅碳复合材料超声分散到乙醇中，得到浓度为1mg/ml的混合溶液。将上述混合溶液一点点滴加到19份质量的膨胀石墨中，直至将膨胀石墨浸没，浸没后加热、搅拌挥发，直至基本不见溶液，然后继续滴加混合溶液，重复上述步骤，直至混合溶液全部用完，所得混合物进行鼓风干燥以完全去除溶剂，得到复合材料；
步骤2，将垂直结构电极的制备装置组装好，确定所需电极片的厚度为200微米后，调节厚度调节板7与背板6之间的间隙为200微米；
步骤3，将步骤1所得复合材料均匀的铺设在所述步骤2调好的垂直结构电极的制备装置中，选择宽度为200微米的垂直冲压片2自上而下施加压力，将复合材料压成片状结构，反复铺设所述复合材料并通过垂直冲压片2施加压力，直至达到所需高度，形成电极片中间产物，此时电极片中间产物中的石墨片层与底板1平行；
步骤4，松开调节螺钉9，调整厚度调节板7位置，将所得电极片中间产物向前或向后旋转90度，此时电极片中间产物中的石墨片层与底板1相互垂直，调节厚度调节板7与背板6之间的宽度为5cm；
步骤5，选择5cm宽的水平压片3，将水平压片3放置在电极片中间产物上，并自上而下施加压力，使电极片中间产物中与底板1相互垂直的石墨片层在压力作用下发生扭曲，留下丰富孔隙，从而得到垂直结构电极片。
实施例4
如图1至图3所示，一种垂直结构电极的制备装置，包括底板1、垂直冲压片2和水平压片3，在所述底板1上表面的左右两侧均设置有一个垂直于底板1上表面的支板4，在所述支板4上开设有滑槽5，所述滑槽5与背板6之间保留250微米的间隙，在所述底板1的后表面设置有一个竖直放置的背板6，所述底板1、支板4、背板6之间两两相互垂直，在所述两个支板4之间设置有可前后移动的厚度调节板7，所述厚度调节板7与背板6平行设置，在所述厚度调节板7的两侧设置有与滑槽5相对应的螺纹孔8，所述螺纹孔8至厚度调节板7后表面的距离不小于240微米，在所述螺纹孔8内设置有调节螺钉9，所述调节螺钉9的螺钉头设置在支板4的外侧。所述垂直冲压片2和水平压片3用于将放置在背板6与厚度调节板7之间的复合材料压平。
一种垂直结构电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，以储锂比容量在800mAh/g的纳米氧化锡碳复合材料为高容量活性物质。以30目的鳞片石墨为原料采用浓硝酸和双氧水等氧化-浓硝酸插层-高温800℃膨化处理的方法，得到膨胀体积为200g/ml的膨胀石墨。将上述硅碳复合材料和膨胀石墨按1:10质量比取样，将1份质量的硅碳复合材料超声分散到乙醇中，得到浓度为10mg/ml的混合溶液。将上述混合溶液一点点滴加到10份质量的膨胀石墨中，直至将膨胀石墨浸没，浸没后加热、搅拌挥发，直至基本不见溶液，然后继续滴加混合溶液，重复上述步骤，直至混合溶液全部用完，所得混合物进行鼓风干燥以完全去除溶剂，得到复合材料；
步骤2，将垂直结构电极的制备装置组装好，确定所需电极片的厚度为100微米后，调节厚度调节板7与背板6之间的间隙为100微米；
步骤3，将步骤1所得复合材料均匀的铺设在所述步骤2调好的垂直结构电极的制备装置中，选择宽度为100微米的垂直冲压片2自上而下施加压力，将复合材料压成片状结构，反复铺设所述复合材料并通过垂直冲压片2施加压力，直至达到所需高度，形成电极片中间产物，此时电极片中间产物中的石墨片层与底板1平行；
步骤4，松开调节螺钉9，调整厚度调节板7位置，将所得电极片中间产物向前或向后旋转90度，此时电极片中间产物中的石墨片层与底板1相互垂直，调节厚度调节板7与背板6之间的宽度为5cm；
步骤5，选择5cm宽的水平压片3，将水平压片3放置在电极片中间产物上，并自上而下施加压力，使电极片中间产物中与底板1相互垂直的石墨片层在压力作用下发生扭曲，留下丰富孔隙，从而得到垂直结构电极片。
实施例5
如图1至图3所示，一种垂直结构电极的制备装置，包括底板1、垂直冲压片2和水平压片3，在所述底板1上表面的左右两侧均设置有一个垂直于底板1上表面的支板4，在所述支板4上开设有滑槽5，所述滑槽5与背板6之间保留250微米的间隙，在所述底板1的后表面设置有一个竖直放置的背板6，所述底板1、支板4、背板6之间两两相互垂直，在所述两个支板4之间设置有可前后移动的厚度调节板7，所述厚度调节板7与背板6平行设置，在所述厚度调节板7的两侧设置有与滑槽5相对应的螺纹孔8，所述螺纹孔8至厚度调节板7后表面的距离不小于240微米，在所述螺纹孔8内设置有调节螺钉9，所述调节螺钉9的螺钉头设置在支板4的外侧。所述垂直冲压片2和水平压片3用于将放置在背板6与厚度调节板7之间的复合材料压平。
一种垂直结构电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，以储锂比容量在1200mAh/g的过渡金属氧化物-碳复合材料为高容量活性物质。以100目的鳞片石墨为原料采用重铬酸钾等氧化-浓硫酸插层-50℃膨化处理的方法，得到膨胀体积为50g/ml的膨胀石墨。将上述硅碳复合材料和膨胀石墨按1:4质量比取样，将1份质量的硅碳复合材料超声分散到乙醇中，得到浓度为10mg/ml的混合溶液。将上述混合溶液一点点滴加到4份质量的膨胀石墨中，直至将膨胀石墨浸没，浸没后加热、搅拌挥发，直至基本不见溶液，然后继续滴加混合溶液，重复上述步骤，直至混合溶液全部用完，所得混合物进行鼓风干燥以完全去除溶剂，得到复合材料；
步骤2，将垂直结构电极的制备装置组装好，确定所需电极片的厚度为50微米后，调节厚度调节板7与背板6之间的间隙为50微米；
步骤3，将步骤1所得复合材料均匀的铺设在所述步骤2调好的垂直结构电极的制备装置中，选择宽度为50微米的垂直冲压片2自上而下施加压力，将复合材料压成片状结构，反复铺设所述复合材料并通过垂直冲压片2施加压力，直至达到所需高度，形成电极片中间产物，此时电极片中间产物中的石墨片层与底板1平行；
步骤4，松开调节螺钉9，调整厚度调节板7位置，将所得电极片中间产物向前或向后旋转90度，此时电极片中间产物中的石墨片层与底板1相互垂直，调节厚度调节板7与背板6之间的宽度为5cm；
步骤5，选择5cm宽的水平压片3，将水平压片3放置在电极片中间产物上，并自上而下施加压力，使电极片中间产物中与底板1相互垂直的石墨片层在压力作用下发生扭曲，留下丰富孔隙，从而得到垂直结构电极片。
实施例6
图1至图3所示，一种垂直结构电极的制备装置，包括底板1、垂直冲压片2和水平压片3，在所述底板1上表面的左右两侧均设置有一个垂直于底板1上表面的支板4，在所述支板4上开设有滑槽5，所述滑槽5与背板6之间保留250微米的间隙，在所述底板1的后表面设置有一个竖直放置的背板6，所述底板1、支板4、背板6之间两两相互垂直，在所述两个支板4之间设置有可前后移动的厚度调节板7，所述厚度调节板7与背板6平行设置，在所述厚度调节板7的两侧设置有与滑槽5相对应的螺纹孔8，所述螺纹孔8至厚度调节板7后表面的距离不小于240微米，在所述螺纹孔8内设置有调节螺钉9，所述调节螺钉9的螺钉头设置在支板4的外侧。所述垂直冲压片2和水平压片3用于将放置在背板6与厚度调节板7之间的复合材料压平。
一种垂直结构电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，以储锂比容量在1200mAh/g的过硅碳复合材料为高容量活性物质。以50目的鳞片石墨为原料采用乙酸插层-500℃膨化处理的方法，得到膨胀体积为50g/ml的膨胀石墨。将上述硅碳复合材料和膨胀石墨按1:19质量比取样，将1份质量的硅碳复合材料超声分散到乙醇中，得到浓度为10mg/ml的混合溶液。将上述混合溶液一点点滴加到19份质量的膨胀石墨中，直至将膨胀石墨浸没，浸没后加热、搅拌挥发，直至基本不见溶液，然后继续滴加混合溶液，重复上述步骤，直至混合溶液全部用完，所得混合物进行鼓风干燥以完全去除溶剂，得到复合材料；
步骤2，将垂直结构电极的制备装置组装好，确定所需电极片的厚度为50微米后，调节厚度调节板7与背板6之间的间隙为50微米；
步骤3，将步骤1所得复合材料均匀的铺设在所述步骤2调好的垂直结构电极的制备装置中，选择宽度为50微米的垂直冲压片2自上而下施加压力，将复合材料压成片状结构，反复铺设所述复合材料并通过垂直冲压片2施加压力，直至达到所需高度，形成电极片中间产物，此时电极片中间产物中的石墨片层与底板1平行；
步骤4，松开调节螺钉9，调整厚度调节板7位置，将所得电极片中间产物向前或向后旋转90度，此时电极片中间产物中的石墨片层与底板1相互垂直，调节厚度调节板7与背板6之间的宽度为5cm；
步骤5，选择5cm宽的水平压片3，将水平压片3放置在电极片中间产物上，并自上而下施加压力，使电极片中间产物中与底板1相互垂直的石墨片层在压力作用下发生扭曲，留下丰富孔隙，从而得到垂直结构电极片。
上述实施例1-6中，石墨材料氧化、插层和膨化处理具体为，氧化采用具有氧化性的物质，在能够插层进石墨层间的插层剂中，在20～100℃范围内进行氧化和插层处理，经过水洗干燥后，经膨化处理得到最终产物。氧化过程所用氧化性物质，包括高锰酸钾，浓硝酸，高氯酸钾，浓硫酸，浓次氯酸，高铁酸钾，双氧水，重铬酸钾，氯化铁中的任意一种或者多种组合。插层过程，可以是电化学插层或溶液中插层，所用插层剂可以是浓硫酸，浓硝酸，次氯酸，甲酸，乙酸中的任意一种，膨化处理可以是在高温800～1000℃或者中低温50～500℃加热进行膨化，或者是采用微波处理进行膨化。
以上显示和描述了本发明的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种垂直结构电极的制备装置，其特征在于：包括底板(1)、垂直冲压片(2)和水平压片(3)，在所述底板(1)上表面的左右两侧均设置有一个垂直于底板(1)上表面的支板(4)，在所述底板(1)的后表面设置有一个竖直放置的背板(6)，所述底板(1)、支板(4)、背板(6)之间两两相互垂直，在两个支板(4)之间设置有可前后移动的厚度调节板(7)，所述厚度调节板(7)与背板(6)平行设置，所述垂直冲压片(2)和水平压片(3)用于将放置在背板(6)与厚度调节板(7)之间的复合材料压平。
2.根据权利要求1所述的一种垂直结构电极的制备装置，其特征在于：在所述支板(4)上开设有滑槽(5)，所述滑槽(5)与背板(6)之间保留250微米的间隙，在所述厚度调节板(7)的两侧设置有与滑槽(5)相对应的螺纹孔(8)，所述螺纹孔(8)至厚度调节板(7)后表面的距离不小于240微米，在所述螺纹孔(8)内设置有调节螺钉(9)，所述调节螺钉(9)的螺钉头设置在支板(4)的外侧。
3.一种利用权利要求2所述制备装置的垂直结构电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，将高储锂容量活性物质与膨胀石墨按比例进行混合和干燥处理，所得产物称为复合材料；
步骤2，将权利要求2所述垂直结构电极的制备装置组装好，根据所需电极片的厚度，调节厚度调节板(7)与背板(6)之间的间隙，间隙尺寸为所需电极片中间产物的厚度；
步骤3，将步骤1所得复合材料均匀的铺设在所述步骤2调好的垂直结构电极的制备装置中，选择对应宽度的垂直冲压片(2)自上而下施加压力，将复合材料压成片状结构，重复铺设所述复合材料并通过垂直冲压片(2)施加压力，直至达到所需高度，形成电极片中间产物，此时电极片中间产物中的石墨片层与底板(1)平行；
步骤4，松开调节螺钉(9)，调整厚度调节板(7)位置，将所得电极片中间产物向前或向后旋转90度，此时电极片中间产物中的石墨片层与底板(1)相互垂直，根据电极片中间产物的高度调节厚度调节板(7)的位置，使厚度调节板(7)与背板(6)之间的宽度和电极片中间产物的高度相同，以夹紧电极片中间产物；
步骤5，根据电极片中间产物的高度选择相对应的水平压片(3)，使水平压片(3)的宽度和电极片中间产物的高度相同，将水平压片(3)放置在电极片中间产物上，并自上而下施加压力，使电极片中间产物中与底板(1)相互垂直的石墨片层在压力作用下发生扭曲，留下丰富孔隙，从而得到垂直结构电极片。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的高储锂容量活性物质是指储锂比容量在400-2000mAh/g的负极材料，种类为硅碳复合材料，硅氧碳复合材料，纳米锡碳复合材料，纳米氧化锡碳复合材料，过渡金属氧化物-碳复合材料中的任意一种。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的膨胀石墨为石墨材料经过氧化、插层和膨化处理得到，或者只经过插层和膨化处理得到，所得膨胀石墨的体积为原石墨材料体积的2-200倍。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中高储锂容量活性物质和膨胀石墨的混合质量比1:1-1:19。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中高储锂容量活性物质和膨胀石墨的混合方式为：将高储锂容量活性物质超声分散到乙醇溶液中得到混合溶液，混合溶液的固含量为1-20mg/ml，将混合溶液滴加到膨胀石墨中，直至将膨胀石墨浸没，浸没后加热、搅拌挥发，直至基本不见溶液，然后继续滴加混合溶液，重复上述步骤，直至达到预定的混合比例。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中高储锂容量活性物质和膨胀石墨的干燥方式为鼓风干燥或真空干燥。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2中电极片中间产物的厚度为10-200微米。
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