CN112510215B - 电极极片、电极极片的制作方法及电化学储能器件 - Google Patents
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Abstract
一种电极极片，所述电极极片呈三明治结构，所述电极极片包括一中间复合层、一第一电极材料层及一第二电极材料层。所述复合材料层包括泡沫集流体及电极材料，所述泡沫集流体具有大量联通孔隙，所述电极材料填充在所述孔隙内。所述第一电极材料层及所述第二电极材料层形成在所述泡沫集流体的相背两表面上。本发明还提供一种电极片的制作方法及电化学储能器件。本发明提供的电极极片及其制作方法以及电化学储能器件，通过调节中间复合层与第一电极材料及第二电极材料层的比例，可获得能量型器件、功率型器件或兼顾功率密度与能量密度的器件。
Description
技术领域
本发明涉及一种电极极片、电极极片的制作方法及电化学储能器件。
背景技术
电化学储能器件，包括电池、电容器，近年来发展迅速，成为新能源领域的代表，形成了巨大的消费市场。代表性的储能器件包括：锂离子电池，钠离子电池，锂硫电池；双电层电容器，钠离子电容器，锂离子电容器，混合电容器，电池型电容器，赝电容器等。这些储能器件用于车用动力电池及移动电子类消费品方面时，都有提高能量密度与功率密度的共性。同时这些器件的结构也有共性，起主要作用的是正负极极片，提供能量；而电解液，隔膜，集流体与壳体是辅件。原理上，正负极极片上的活性物质占比越大，器件的能量密度也就越高。目前形成的、比较成熟的加工方法，是把电极材料与导电剂，粘接剂等掺混形成浆料，一起涂覆、辊压、固化后，紧密地粘在金属箔上；再焊上极耳，并用隔膜相隔，注入电解液，形成电池或电容器成品。这种结构中，增加活性物质的量，原理上可以提高能量密度。但离子扩散受限，功率密度下降。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种新型结构的电极极片。
另外，还有必要提供一种如上所述的电极极片的制作方法。
另外，还有必要提供应用如上所述的电极极片的电化学储能器件。
一种电极极片，所述电极极片呈三明治结构，所述电极极片包括一中间复合层、一第一电极材料层及一第二电极材料层，所述复合材料层包括泡沫集流体及电极材料，所述泡沫集流体具有大量联通孔隙，所述电极材料填充在所述孔隙内，所述第一电极材料层及所述第二电极材料层形成在所述泡沫集流体的相背两表面上。
进一步地，所述中间复合层的厚度为50μm-200μm。
进一步地，所述第一电极材料层与所述第二电极材料层的厚度一致，所述第一电极材料层及所述第二电极材料层的总厚度是所述中间复合层的厚度的10％-100％。
进一步地，所述泡沫铝集流体的孔隙率为90％-96％，所述泡沫铝集流体的原始厚度为0.5-1mm，在所述泡沫铝集流体被压制到 50-200μm时，所述泡沫铝集流体的电阻率为0.8*10-7～0.2*10-8Ω·m。
进一步地，所述电极材料为碳、炭、负载金属氧化物的碳或炭、硫、磷酸铁锂、三元正极材料、锰酸锂、钴酸锂、富锂材料、铁锰镍基材料、普鲁士蓝类材料中的至少一种；所述金属氧化物包括氧化镍、氧化钌、氧化锰及氧化铁中的至少一种。
一种如上所述的电极极片的制作方法，包括：将电极材料制作成浆料；将部分所述浆料涂布在泡沫集流体上，所述泡沫集流体具有大量联通孔隙；以辊压的方式将所述浆料填充到所述集流体的孔隙中并将填充有所述浆料的泡沫集流体压制成一中间复合层；将部分所述浆料涂布在所述中间复合层的一表面上，辊压所述浆料以在所述中间复合层的一表面上形成一第一电极材料层；将部分所述浆料涂布在所述中间复合层的另一表面上，辊压所述浆料以在所述中间复合层的与所述第一电极材料层相背的另一表面上形成一第二电极材料层，得到电极极片结构；及干燥所述电极极片结构，得到一电极极片。
进一步地，所述浆料还包括粘结剂及溶剂，所述浆料的固含率为40％-60％，所述电极材料与所述粘结剂的比例为10:1-20:1，所述溶剂为水或有机溶剂。
一种电化学储能器件，所述电化学储能器件包括一个或两个如上所述的电极极片，所述电极极片为所述电化学储能器件中的正极极片及负极极片的至少一个。
进一步地，所述电化学储能器件为锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、电池型电容器、锂离子电容器、钠离子电容器、混合电容器时，所述电极极片作为所述电化学储能器件的正极极片。
进一步地，所述锂离子电池或所述钠离子电池或所述电池型电容器的正极极片的电极材料的面密度为20-100mg/cm2。
进一步地，所述锂硫电池或所述锂离子电容器或所述钠离子电容器或所述混合电容器的正极极片的电极材料的面密度为5-20mg/cm2。
进一步地，所述电化学储能器件为双电层电容器或赝电容器时，所述电极极片作为所述电化学储能器件的正极极片及负极极片。
进一步地，所述赝电容器的正极极片及负极极片的电极材料的面密度为20-100mg/cm2。
进一步地，所述双层电容器的正极极片及负极极片的电极材料的面密度为5-20mg/cm2。
本发明提供的电极极片、电极极片的制作方法及电化学储能器件， 1)通过将电极材料填充在泡沫集流体的孔隙内压制成中间复合层后在中间复合层的相背两侧形成第一电极材料层及第二电极材料层，形成一内部存在三维导电网络的三明治结构的电极极片，显著降低电极极片内阻；2)可以分别通过控制中间复合层的电极材料面密度和厚度，及第一电极材料层及第二电极材料层的电极材料面密度和厚度，灵活调整所述电极极片中的活性材料(电极材料)的比例，从而达到灵活调控电化学储能器件的能量密度和功率密度；3)与泡沫铝极片相比，本发明提供的所述电极极片的两侧具有更加致密的电极材料层，同时减少了毛刺，可适用于更高压力的辊压，在提高能量密度与功率密度的同时，还使得所述电极极片的成品率上升了30％；4)与同厚度的铝箔型极片相比，本发明提供的电极极片的内阻降低了20％-80％，功率性能提高了15％-80％；5)与单纯的泡沫铝极片相比，本发明提供的电极极片的耐受辊压压力提高了20％-80％，在能量密度提高10％-80％时，功率密度提高了10％-80％。
附图说明
图1为本发明一较佳实施方式提供的一中间复合层的剖视图。
图2为在图1所示的中间复合层的相背两表面上形成一第一电极材料层及一第二电极材料层，以形成电极极片的剖视图。
主要元件符号说明
电极极片 100
中间复合层 10
泡沫集流体 11
孔隙 111
浆料 12
第一电极材料层 20
第二电极材料层 30
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为能进一步阐述本发明达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图1-2及较佳实施方式，对本发明提供的、电极极片的制作方法及电化学储能器件的具体实施方式、结构、特征及其功效，作出如下详细说明。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中设置的元件。当一个元件被认为是“设置在”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中设置的元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1-2，本发明提供一种电极极片100的制作方法，包括步骤：
第一步，请参阅图1，将电极材料制作成浆料12。
其中，所述浆料12还包括粘结剂及溶剂。所述浆料12的固含率为40％-60％。所述电极材料与所述粘结剂的比例为10:1-20:1。
其中，所述电极材料为碳、炭、负载金属氧化物的碳或炭、硫、磷酸铁锂、三元正极材料、锰酸锂、钴酸锂、富锂材料、铁锰镍基材料、普鲁士蓝类材料等中的至少一种。所述金属氧化物包括氧化镍、氧化钌、氧化锰及氧化铁等中的至少一种。
其中，所述溶剂为水或有机溶剂。
第二步，请参阅图1，将部分所述浆料12涂布在泡沫集流体11(图未示)上，所述泡沫集流体具有大量联通孔隙111；并以辊压的方式将所述浆料填充到所述泡沫集流体11的孔隙111中，并将填充有所述浆料12的泡沫集流体11压制成一中间复合层10。
在本实施方式中，所述泡沫铝集流体的孔隙率为90％-96％。
在本实施方式中，所述泡沫铝集流体为泡沫铝集流体。
在本实施方式中，所述中间复合层10的厚度控制在50μm-200μm。
在本实施方式中，所述泡沫集流体11的厚度为0.5mm-1mm。
在本实施方式中，在所述泡沫铝集流体被压制到50-200μm时，所述泡沫铝集流体的电阻率为0.8*10-7～0.2*10-8Ω·m。
第三步，请参阅图1-2，将部分所述浆料12涂布在所述中间复合层10的一表面上，辊压所述浆料12以在所述中间复合层10的一表面上形成一第一电极材料层20；并将所述浆料12涂布在所述中间复合层10的另一表面上，辊压所述浆料12以在所述中间复合层10的与所述第一电极材料层20相背的另一表面上形成一第二电极材料层30，进而得到一电极极片结构(图未示)。
其中，所述第一电极材料层20与所述第二电极材料层30的厚度一致。所述第一电极材料层20及所述第二电极材料层30的总厚度是所述中间复合层10的厚度的10％-100％。
其中，可以通过控制部分所述浆料12在所述泡沫集流体11上的涂布厚度来控制所述浆料12在所述泡沫集流体11中的含量，进而能够控制所述电极材料在所述泡沫集流体11中的含量。
其中，可以通过控制部分所述浆料12在所述中间复合层10的相背两表面上的涂布厚度来控制所述第一电极材料层及所述第二电极材料层上的厚度，进而灵活调整所述电极极片中的活性材料(电极材料) 的比例。
第四步，干燥所述电极极片结构，以脱附配制所述浆料时用的所述溶剂，得到一电极极片100。
在该步骤中，可以通过干燥箱、干燥炉等干燥用仪器干燥所述电极极片结构。
请参阅图2，本发明还提供一种电极极片100。所述电极极片100 呈三明治结构。所述电极极片100包括一中间复合层10、一第一电极材料层20及一第二电极材料层30，所述复合材料层10包括泡沫集流体11及电极材料，所述泡沫集流体11具有大量联通孔隙111，所述电极材料填充在所述孔隙111内，所述第一电极材料层20及所述第二电极材料层30形成在所述泡沫集流体11的相背两表面上。
其中，所述中间复合层的厚度为50μm-200μm。
其中，所述第一电极材料层20与所述第二电极材料层30的厚度一致，所述第一电极材料层20及所述第二电极材料层30的总厚度是所述中间复合层10的厚度的10％-100％。
其中，所述泡沫铝集流体11的孔隙率为90％-96％，所述泡沫铝集流体11的原始厚度为0.5-1mm，在所述泡沫铝集流体11被压制到 50-200μm时，所述泡沫铝集流体11的电阻率为0.8*10-7～0.2*10-8Ω· m。
其中，所述电极材料为碳、炭、负载金属氧化物的碳或炭、硫、磷酸铁锂、三元正极材料、锰酸锂、钴酸锂、富锂材料、铁锰镍基材料、普鲁士蓝类材料等中的至少一种。所述金属氧化物包括氧化镍、氧化钌、氧化锰及氧化铁中的至少一种。
本发明还提供一种电化学储能器件(图未示)，所述电化学储能器件包括一个或两个电极极片100，所述电极极片100可以为所述电化学储能器件的正极极片及负极极片的至少一个。
所述电化学储能器件可以为电池或电容器。
具体地，当所述电化学储能器件为锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、电池型电容器、锂离子电容器、钠离子电容器、混合电容器中的至少一种时，所述电极极片100可以作为所述电化学储能器件的正极极片。
具体地，锂离子电容器、混合电容器、钠离子电容器的正极材料包括碳或炭。锂硫电池的正极为硫。锂离子电池或电池型电容器的正极材料包括磷酸铁锂、三元正极材料、锰酸锂、钴酸锂、富锂材料、碳等中的至少一种；钠离子电池的正极材料为铁锰镍基材料、普鲁士蓝类材料等中的至少一种。
其中，所述锂离子电池或所述钠离子电池或所述电池型电容器的正极极片的电极材料的面密度为20-100mg/cm2。所述锂硫电池或所述锂离子电容器或所述钠离子电容器或所述混合电容器的正极极片的电极材料的面密度为5-20mg/cm2。
具体地，当所述电化学储能器件为双电层电容器或赝电容器时，所述电极极片100可以作为所述电化学储能器件的正极极片及所述负极极片。
具体地，双电层电容器的正极材料和负极材料均为碳或炭。赝电容的正极材料和负极材料均为碳或炭负载的金属氧化物，金属氧化物包括氧化镍、氧化钌、氧化锰、氧化铁等中的至少一种。
其中，所述赝电容器的正极极片及负极极片的电极材料的面密度为20-100mg/cm2。所述双层电容器的正极极片及负极极片的电极材料的面密度为5-20mg/cm2 mg/cm2。
下面可以通过具体实施例对本发明的电极极片100的制作方法及性能进行详细说明。
实施例1
在双电层电容器中，其正极极片和负极极片是以泡沫铝集流体构建的三明治结构。所用泡沫铝集流体的原始厚度为1mm，孔隙率为 95％；在所述泡沫铝集流体被压制到200μm时，所述泡沫铝集流体的电阻率为0.8*10-7Ω·m。
第一步：将电极材料(炭)制成浆料。其中，所述浆料的固含率为 40％，所述电极材料与所述粘结剂的比例为20:1，配制所述浆料的溶剂为水。所述电极极片的电极材料的面密度为15mg/cm2。
第二步：将部分所述浆料涂布到1mm厚的泡沫铝集流体上，以辊压的方式，所述浆料充填到所述泡沫铝集流体的孔隙中，并将充填有所述浆料的泡沫集流体直接压制成电极极片的中间复合层，所述中间复合层的厚度为200μm。
第三步：将部分所述浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层的一侧形成第一电极材料层，并将所述中间复合层翻转180度，将部分所述浆料涂布到所述中间复合层的另一侧上，通过辊压，在所述中间复合层的另一侧上形成第二电极材料层，进而形成三明治结构的电极极片结构。所述第一电极材料层与所述第二电极材料层的总厚度是中间复合层厚度的10％。
第四步：干燥所述电极极片结构，脱附配制所述浆料时用的所述溶剂，即得到电极极片成品。
与同厚度的铝箔型极片相比，实施例1得到的电极极片的内阻降低50％，功率性能提高80％。与单纯的泡沫铝极片相比，实施例1得到的电极极片的辊压压力可提高20％，在能量密度提高30％时，功率可提高50％。
实施例2
赝电容器中，其正极极片和负极极片是以泡沫铝集流体构建的三明治结构。所用泡沫铝集流体的原始厚度为0.5mm，孔隙率为96％；所述泡沫铝集流体被压制到70μm时，所述泡沫铝集流体的的电阻率为0.4*10-8Ω·m。
第一步：将电极材料(碳负载的氧化锰)制成浆料。其中，所述浆料的固含率为60％，电极材料与粘结剂的比例为10:1，配制所述浆料的溶剂为水。所述电极材料的面密度为20mg/cm2。
第二步：将部分所述浆料涂布到0.5mm厚度的泡沫铝集流体上，以辊压的方式，将所述浆料充填到泡沫铝集流体的孔隙中，并将充填有所述浆料的所述泡沫集流体直接压制成电极极片的中间复合层，所述中间复合层的厚度控制为70μm。
第三步：将部分所述浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层的一侧形成第一电极材料层，并将所述中间复合层翻转180度，将部分所述浆料涂布到所述中间复合层的另一侧上，通过辊压，在所述中间复合层上形成第二电极材料层。这样，就形成了具有三明治结构的电极极片结构。所述第一电极材料层及所述第二电极材料层的总厚度是所述中间复合层厚度的100％。
第四步：干燥所述电极极片结构，脱附配制所述浆料时用的所述溶剂，即得到电极极片成品。
与同厚度的铝箔型极片相比，实施例2得到的电极极片的内阻降低50％，功率性能提高80％。与单纯的泡沫铝极片相比，实施例2得到的电极极片的辊压压力可提高80％，在能量密度提高80％时，功率可提高10％。
实施例3
在锂离子电池中，其正极极片是以泡沫铝集流体构建的三明治结构。所用泡沫铝集流体的原始厚度为0.7mm，孔隙率为90％；在所述泡沫铝集流体被压制到80μm时，所述泡沫铝集流体的电阻率为 0.34*10-8Ω·m。
第一步：将电极材料(磷酸铁锂)制成浆料。所述浆料的固含率为 60％，电极材料与粘结剂的比例为10:1，配制所述浆料的溶剂为水。
第二步：将部分所述浆料涂布到0.7mm厚度的所述泡沫铝集流体上，以辊压的方式，将所述浆料充填到泡沫铝集流体的孔隙中，并将充填有所述浆料的泡沫铝集流体直接压制成电极极片的中间复合层，所述中间复合层的厚度控制为80μm。
第三步：将部分浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层的一侧形成第一电极材料层，并将所述中间复合层翻转 180度，将部分所述浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层上形成第二电极材料层。这样，就形成了具有三明治结构的电极极片结构。第四步：干燥所述电极极片结构，脱附配制所述浆料时用的所述溶剂,即得到电极极片成品。所述电极材料的面密度为50mg/cm2，所述第一电极材料层与所述第二电极材料层的总厚度是中间复合层厚度的60％。
与同厚度的铝箔型极片相比，实施例得到的电极极片的内阻降低 50％，功率性能提高80％。与单纯的泡沫铝极片相比，实施例得到的电极极片的辊压压力可提高50％，在能量密度提高30％时，功率可提高30％。
实施例4
在钠离子电池中，其正极极片是以泡沫铝集流体构建的三明治结构。所用泡沫铝集流体的原始厚度为0.8mm，孔隙率为93％，所述泡沫铝集流体被压制到105μm时，所述泡沫铝集流体的电阻率为 0.52*10-8Ω·m。
第一步：将电极材料(铁酸锰基材料)制成浆料。所述浆料的固含率为60％，电极材料与粘结剂的比例为17:1，配制所述浆料的溶剂为水。所述电极材料的面密度为35mg/cm2。
第二步：将所述浆料涂布到0.8mm厚度的所述泡沫铝集流体上，以辊压的方式，将所述浆料充填到泡沫铝集流体的孔隙中，并将充填有所述浆料的泡沫铝集流体直接压制成电极极片的中间复合层，所述中间复合层的厚度控制为105μm。
第三步：将部分浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层的一侧形成第一电极材料层，并将所述中间复合层翻转 180度，将部分所述浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层上形成第二电极材料层。这样，就形成了具有三明治结构的电极极片结构。所述第一电极材料层与所述第二电极材料层的总厚度是中间复合层厚度的30％。
第四步：干燥所述电极极片结构，脱附配制所述浆料时用的所述溶剂，即得到电极极片成品。
与同厚度的铝箔型极片相比，实施例3得到的电极极片的内阻降低80％，功率性能提高50％。与单纯的泡沫铝极片相比，实施例3得到的电极极片的辊压压力可提高30％，在能量密度提高30％时，功率可提高10％。
实施例5
在锂硫电池中，其正极极片是以泡沫铝集流体构建的三明治结构。所用泡沫铝集流体的原始厚度为0.92mm，孔隙率为90％；所述泡沫铝集流体被压制到72μm时，所述泡沫铝集流体的电阻率为0.24*10-8Ω·m。
第一步：将电极材料(硫)制成浆料，所述浆料的固含率为60％，电极材料与粘结剂的比例为10:1，配制所述浆料的溶剂为有机溶剂。所述电极材料的面密度为5mg/cm2。
第二步：将部分所述浆料涂布到0.92mm厚度的所述泡沫铝集流体上，以辊压的方式，将所述浆料充填到泡沫铝集流体的孔隙中，并将充填有所述浆料的泡沫铝集流体直接压制成电极极片的中间复合层，所述中间复合层的厚度控制为72μm。
第三步：将部分浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层的一侧形成第一电极材料层，并将所述中间复合层翻转 180度，将部分所述浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层上形成第二电极材料层。这样，就形成了具有三明治结构的电极极片结构。所述第一电极材料层与所述第二电极材料层的总厚度是中间复合层厚度的90％。
第四步：干燥所述电极极片结构，脱附配制所述浆料时用的所述溶剂，即得到电极极片成品。
与同厚度的铝箔型极片相比，实施例5得到的电极极片的内阻降低50％，功率性能提高80％。与单纯的泡沫铝极片相比，实施例5得到的电极极片的辊压压力可提高20％，在能量密度提高30％时，功率可提高80％。
实施例6
在电池型电容器中，其正极极片是以泡沫铝集流体构建的三明治结构。所用泡沫铝集流体的原始厚度为0.5mm，孔隙率为90；所述泡沫铝集流体被压制到50μm时，所述泡沫铝集流体的电阻率为0.2*10-8Ω·m。
第一步：将电极材料(90％三元材料和10％炭)制成浆料，所述浆料的固含率为55％，电极材料与粘结剂的比例为10:1，配制所述浆料的溶剂为水。所述电极材料的面密度为50mg/cm2。
第二步：将所述浆料涂布到0.5mm厚度的所述泡沫铝集流体上，以辊压的方式，将所述浆料充填到泡沫铝集流体的孔隙中，并将充填有所述浆料的泡沫铝集流体直接压制成电极极片的中间复合层，所述中间复合层的厚度控制为50μm。
第三步：将部分浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层的一侧形成第一电极材料层，并将所述中间复合层翻转 180度，将部分所述浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层上形成第二电极材料层。这样，就形成了具有三明治结构的电极极片结构。所述第一电极材料层与所述第二电极材料层的总厚度是中间复合层厚度的50％。
第四步：干燥所述电极极片结构，脱附配制所述浆料时用的所述溶剂,即得到电极极片成品。
与同厚度的铝箔型极片相比，实施例6得到的电极极片的内阻降低50％，功率性能提高80％。与单纯的泡沫铝极片相比，实施例6得到的电极极片的辊压压力可提高20％，在能量密度提高30％时，功率可提高80％。
实施例7
在混合电容器中，其正极极片是以泡沫铝集流体构建的三明治结构。所用泡沫铝集流体的原始厚度为0.85mm，孔隙率为95％；所述泡沫铝集流体被压制到90μm时，所述泡沫铝集流体的电阻率为 0.12*10-7Ω·m。所述电极材料的面密度为15mg/cm2。
第一步：将电极材料(碳)制成浆料，所述浆料的固含率为52％，电极材料与粘结剂的比例为10:1，配制所述浆料的溶剂为水。
第二步：将所述浆料涂布到0.85mm厚度的所述泡沫铝集流体上，以辊压的方式，将所述浆料充填到泡沫铝集流体的孔隙中，并将充填有所述浆料的泡沫铝集流体直接压制成电极极片的中间复合层，所述中间复合层的厚度控制为90μm。
第三步：将部分浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层的一侧形成第一电极材料层，并将所述中间复合层翻转 180度，将部分所述浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层上形成第二电极材料层。这样，就形成了具有三明治结构的电极极片结构。所述第一电极材料层与所述第二电极材料层的总厚度是中间复合层厚度的80％。
第四步：干燥所述电极极片结构，脱附配制所述浆料时用的所述溶剂，即得到电极极片成品。
与同厚度的铝箔型极片相比，实施例7得到的电极极片的内阻降低24％，功率性能提高45％。与单纯的泡沫铝极片相比，实施例7得到的电极极片的辊压压力可提高54％，在能量密度提高18％时，功率可提高70％。
实施例8
在锂离子电容器中，其正极极片是以泡沫铝集流体构建的三明治结构。所用泡沫铝集流体的原始厚度为0.58mm，孔隙率为93％；所述泡沫铝集流体被压制到110μm时，所述泡沫铝集流体的电阻率为 1*10-8Ω·m。
第一步：将电极材料(炭)制成浆料，所述浆料的固含率为50％，电极材料与粘结剂的比例为15:1，配制所述浆料的溶剂为水。
第二步：将所述浆料涂布到0.58mm厚度的所述泡沫铝集流体上，以辊压的方式，将所述浆料充填到泡沫铝集流体的孔隙中，并将充填有所述浆料的泡沫铝集流体直接压制成电极极片的中间复合层，所述中间复合层的厚度控制为110μm。
第三步：将部分浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层的一侧形成第一电极材料层，并将所述中间复合层翻转 180度，将部分所述浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层上形成第二电极材料层。这样，就形成了具有三明治结构的电极极片结构。
第四步：干燥所述电极极片结构，脱附配制所述浆料时用的所述溶剂,即得到电极极片成品。所述电极材料的面密度为10mg/cm2，所述第一电极材料层与所述第二电极材料层的总厚度是中间复合层厚度的70％。
与同厚度的铝箔型极片相比，实施例8得到的电极极片的内阻降低30％，功率性能提高60％。与单纯的泡沫铝极片相比，实施例8得到的电极极片的辊压压力可提高52％，在能量密度提高30％时，功率可提高80％。
实施例9
在钠离子电容器中，其正极极片是以泡沫铝集流体构建的三明治结构。所用泡沫铝集流体的原始厚度为0.5mm，孔隙率为90；所述泡沫铝集流体被压制到120μm时，所述泡沫铝集流体的电阻率为 0.8*10-8Ω·m。
第一步：将电极材料(炭)制成浆料，所述浆料的固含率为60％，电极材料与粘结剂的比例为10:1，配制所述浆料的溶剂为水。所述电极材料的面密度为18mg/cm2。
第二步：将所述浆料涂布到0.5mm厚度的所述泡沫铝集流体上，以辊压的方式，将所述浆料充填到泡沫铝集流体的孔隙中，并将充填有所述浆料的泡沫铝集流体直接压制成电极极片的中间复合层，所述中间复合层的厚度控制为120μm。
第三步：将部分浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层的一侧形成第一电极材料层，并将所述中间复合层翻转 180度，将部分所述浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层上形成第二电极材料层。这样，就形成了具有三明治结构的电极极片结构。所述第一电极材料层与所述第二电极材料层的总厚度是中间复合层厚度的40％。
第四步：干燥所述电极极片结构，脱附配制所述浆料时用的所述溶剂,即得到电极极片成品。
与同厚度的铝箔型极片相比，实施例9得到的电极极片的内阻降低43％，功率性能提高80％。与单纯的泡沫铝极片相比，实施例9得到的电极极片的辊压压力可提高35％，在能量密度提高26％时，功率可提高50％。
实施例10
在锂离子电池中，其正极极片是以泡沫铝集流体构建的三明治结构。所用泡沫铝集流体的原始厚度为0.51mm，孔隙率为90％；所述泡沫铝集流体被压制到80μm时，所述泡沫铝集流体的电阻率为 0.4*10-8Ω·m。所述电极材料的面密度为35mg/cm2。
第一步：将电极材料(钴酸锂)制成浆料，所述浆料的固含率为60％，电极材料与粘结剂的比例为10:1，配制所述浆料的溶剂为水。
第二步：将所述浆料涂布到0.51mm厚度的所述泡沫铝集流体上，以辊压的方式，将所述浆料充填到泡沫铝集流体的孔隙中，并将充填有所述浆料的泡沫铝集流体直接压制成电极极片的中间复合层，所述中间复合层的厚度控制为80μm。
第三步：将部分浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层的一侧形成第一电极材料层，并将所述中间复合层翻转 180度，将部分所述浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层上形成第二电极材料层。这样，就形成了具有三明治结构的电极极片结构。所述第一电极材料层与所述第二电极材料层的总厚度是中间复合层厚度的50％。
第四步：干燥所述电极极片结构，脱附配制所述浆料时用的所述溶剂,即得到电极极片成品。
与同厚度的铝箔型极片相比，实施例10得到的电极极片的内阻降低50％，功率性能提高80％。与单纯的泡沫铝极片相比，实施例10 得到的电极极片的辊压压力可提高42％，在能量密度提高30％时，功率可提高80％。
实施例11
在电池型电容器中，其正极极片是以泡沫铝集流体构建的三明治结构。所用泡沫铝集流体的原始厚度为0.65mm，孔隙率为91；所述泡沫铝集流体被压制到厚度为100μm时，所述泡沫铝集流体的电阻率为0.5*10-7Ω·m。
第一步：将电极材料(95％锰酸锂和5％碳)制成浆料，所述浆料的固含率为50％，电极材料与粘结剂的比例为10:1，配制所述浆料的溶剂为水。所述电极材料的面密度为38mg/cm2。
第二步：将所述浆料涂布到0.65mm厚度的所述泡沫铝集流体上，以辊压的方式，将所述浆料充填到泡沫铝集流体的孔隙中，并将充填有所述浆料的泡沫铝集流体直接压制成电极极片的中间复合层，所述中间复合层的厚度控制为100μm。
第三步：将部分浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层的一侧形成第一电极材料层，并将所述中间复合层翻转 180度，将部分所述浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层上形成第二电极材料层。这样，就形成了具有三明治结构的电极极片结构。所述第一电极材料层与所述第二电极材料层的总厚度是中间复合层厚度的50％。
第四步：干燥所述电极极片结构，脱附配制所述浆料时用的所述溶剂,即得到电极极片成品。
与同厚度的铝箔型极片相比，实施例11得到的电极极片的内阻降低50％，功率性能提高80％。与单纯的泡沫铝极片相比，实施例11 得到的电极极片的辊压压力可提高20％，在能量密度提高30％时，功率可提高80％。
实施例12
在锂离子电池中，其正极极片是以泡沫铝集流体构建的三明治结构。所用泡沫铝集流体的原始厚度为0.75mm，孔隙率为93％；所述泡沫铝集流体被压制到75μm时，所述泡沫铝集流体的电阻率为 0.32*10-8Ω·m。
第一步：将电极材料(富锂正极材料)制成浆料，所述浆料的固含率为60％，电极材料与粘结剂的比例为15:1，配制所述浆料的溶剂为水。所述电极材料的面密度为100mg/cm2。
第二步：将所述浆料涂布到0.75mm厚度的所述泡沫铝集流体上，以辊压的方式，将所述浆料充填到泡沫铝集流体的孔隙中，并将充填有所述浆料的泡沫铝集流体直接压制成电极极片的中间复合层，所述中间复合层的厚度控制为75μm。
第三步：将部分浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层的一侧形成第一电极材料层，并将所述中间复合层翻转 180度，将部分所述浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层上形成第二电极材料层。这样，就形成了具有三明治结构的电极极片结构。所述第一电极材料层与所述第二电极材料层的总厚度是中间复合层厚度的20％。
第四步：干燥所述电极极片结构，脱附配制所述浆料时用的所述溶剂,即得到电极极片成品。
与同厚度的铝箔型极片相比，实施例12得到的电极极片的内阻降低50％，功率性能提高80％。与单纯的泡沫铝极片相比，实施例12 得到的电极极片的辊压压力可提高20％，在能量密度提高30％时，功率可提高80％。
实施例13
在赝电容器中，其正极和负极极片是以泡沫铝集流体构建的三明治结构。所用泡沫铝集流体的原始厚度为0.67mm，孔隙率为94％；所述泡沫铝集流体被压制到72μm时，所述泡沫铝集流体的电阻率为 0.28*10-8Ω·m。
第一步：将电极材料(炭负载的氧化钌)制成浆料，所述浆料的固含率为51％，电极材料与粘结剂的比例为18:1，配制所述浆料的溶剂为水。所述电极材料的面密度为18mg/cm2。
第二步：将所述浆料涂布到0.67mm厚度的所述泡沫铝集流体上，以辊压的方式，将所述浆料充填到泡沫铝集流体的孔隙中，并将充填有所述浆料的泡沫铝集流体直接压制成电极极片的中间复合层，所述中间复合层的厚度控制为72μm。
第三步：将部分浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层的一侧形成第一电极材料层，并将所述中间复合层翻转 180度，将部分所述浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层上形成第二电极材料层。这样，就形成了具有三明治结构的电极极片结构。所述第一电极材料层与所述第二电极材料层的总厚度是中间复合层厚度的90％。
第四步：干燥所述电极极片结构，脱附配制所述浆料时用的所述溶剂,即得到电极极片成品。
与同厚度的铝箔型极片相比，实施例13得到的电极极片的内阻降低20％，功率性能提高20％。与单纯的泡沫铝极片相比，实施例13 得到的电极极片的辊压压力可提高80％，在能量密度提高20％时，功率可提高20％。
实施例14
在赝电容器中，其正极和负极极片是以泡沫铝集流体构建的三明治结构。所用泡沫铝集流体的原始厚度为0.8mm，孔隙率为92％；所述泡沫铝集流体被压制到140μm时，所述泡沫铝集流体的电阻率为 0.5*10-7Ω·m。
第一步：将电极材料(碳负载的氧化铁与氧化镍)制成浆料，所述浆料的固含率为55％，电极材料与粘结剂的比例为11:1，配制所述浆料的溶剂为水。所述电极材料的面密度为20mg/cm2。
第二步：将所述浆料涂布到0.8mm厚度的所述泡沫铝集流体上，以辊压的方式，将所述浆料充填到泡沫铝集流体的孔隙中，并将充填有所述浆料的泡沫铝集流体直接压制成电极极片的中间复合层，所述中间复合层的厚度控制为140μm。
第三步：将部分浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层的一侧形成第一电极材料层，并将所述中间复合层翻转 180度，将部分所述浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层上形成第二电极材料层。这样，就形成了具有三明治结构的电极极片结构。所述第一电极材料层与所述第二电极材料层的总厚度是中间复合层厚度的50％。
第四步：干燥所述电极极片结构，脱附配制所述浆料时用的所述溶剂,即得到电极极片成品。
与同厚度的铝箔型极片相比，实施例14得到的电极极片的内阻降低45％，功率性能提高72％。与单纯的泡沫铝极片相比，实施例14 得到的电极极片的辊压压力可提高25％，在能量密度提高12％时，功率可提高30％。
实施例15
在电池型电容器中，其正极极片是以泡沫铝集流体构建的三明治结构。所用泡沫铝集流体的原始厚度为0.76mm，孔隙率为92％；所述泡沫铝集流体被压制到65μm时，所述泡沫铝集流体的电阻率为 0.38*10-8Ω·m。
第一步：将电极材料(1％碳，99％磷酸铁锂)制成浆料，所述浆料的固含率为40％，电极材料与粘结剂的比例为12:1，配制所述浆料的溶剂为水。所述电极材料的面密度为45mg/cm2。
第二步：将所述浆料涂布到0.76mm厚度的所述泡沫铝集流体上，以辊压的方式，将所述浆料充填到泡沫铝集流体的孔隙中，并将充填有所述浆料的泡沫铝集流体直接压制成电极极片的中间复合层，所述中间复合层的厚度控制为65μm。
第三步：将部分浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层的一侧形成第一电极材料层，并将所述中间复合层翻转 180度，将部分所述浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层上形成第二电极材料层。这样，就形成了具有三明治结构的电极极片结构。所述第一电极材料层与所述第二电极材料层的总厚度是中间复合层厚度的60％。
第四步：干燥所述电极极片结构，脱附配制所述浆料时用的所述溶剂,即得到电极极片成品。
与同厚度的铝箔型极片相比，实施例15得到的电极极片的内阻降低45％，功率性能提高60％。与单纯的泡沫铝极片相比，实施例15 得到的电极极片的辊压压力可提高45％，在能量密度提高30％时，功率可提高15％。
实施例16
在钠离子电池中，其正极极片是以泡沫铝集流体构建的三明治结构。所用泡沫铝集流体的原始厚度为0.84mm，孔隙率为93％；所述泡沫铝集流体被压制到170μm时，所述泡沫铝集流体的电阻率为0.6*10-7Ω·m。
第一步：将电极材料(普鲁士蓝类材料)制成浆料，所述浆料的固含率为50％，电极材料与粘结剂的比例为15:1，配制所述浆料的溶剂为水。所述电极材料的面密度为55mg/cm2。
第二步：将所述浆料涂布到0.84mm厚度的所述泡沫铝集流体上，以辊压的方式，将所述浆料充填到泡沫铝集流体的孔隙中，并将充填有所述浆料的泡沫铝集流体直接压制成电极极片的中间复合层，所述中间复合层的厚度控制为170μm。
第三步：将部分浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层的一侧形成第一电极材料层，并将所述中间复合层翻转 180度，将部分所述浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层上形成第二电极材料层。这样，就形成了具有三明治结构的电极极片结构。所述第一电极材料层与所述第二电极材料层的总厚度是中间复合层厚度的10％。
第四步：干燥所述电极极片结构，脱附配制所述浆料时用的所述溶剂,即得到电极极片成品。
与同厚度的铝箔型极片相比，实施例16得到的电极极片的内阻降低80％，功率性能提高80％。与单纯的泡沫铝极片相比，实施例16 得到的电极极片的辊压压力可提高20％，在能量密度提高30％时，功率可提高30％。
实施例17
在双电层电容器中，其正极和负极极片是以泡沫铝集流体构建的三明治结构。所用泡沫铝集流体的原始厚度为0.96mm，孔隙率为91％；所述泡沫铝集流体被压制到50μm时，所述泡沫铝集流体电阻率为 0.2*10-8Ω·m。
第一步：将电极材料(碳)制成浆料，所述浆料的固含率为58.2％，电极材料与粘结剂的比例为16:1，配制所述浆料的溶剂为有机溶剂。所述电极材料的面密度为20mg/cm2。
第二步：将所述浆料涂布到0.96mm厚度的所述泡沫铝集流体上，以辊压的方式，将所述浆料充填到泡沫铝集流体的孔隙中，并将充填有所述浆料的泡沫铝集流体直接压制成电极极片的中间复合层，所述中间复合层的厚度控制为50μm。
第三步：将部分浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层的一侧形成第一电极材料层，并将所述中间复合层翻转 180度，将部分所述浆料涂布到所述中间复合层上，通过辊压，在所述中间复合层上形成第二电极材料层。这样，就形成了具有三明治结构的电极极片结构。所述第一电极材料层与所述第二电极材料层的总厚度是中间复合层厚度的100％。
第四步：干燥所述电极极片结构，脱附配制所述浆料时用的所述溶剂,即得到电极极片成品。
与同厚度的铝箔型极片相比，实施例17得到的电极极片的内阻降低50％，功率性能提高80％。与单纯的泡沫铝极片相比，实施例17 得到的电极极片的辊压压力可提高80％，在能量密度提高20％时，功率可提高15％。
本发明提供的电极极片、电极极片的制作方法及电化学储能器件， 1)通过将电极材料填充在泡沫集流体的孔隙内压制成中间复合层后在中间复合层的相背两侧形成第一电极材料层及第二电极材料层，形成一内部存在三维导电网络的三明治结构的电极极片，显著降低电极极片内阻；2)可以分别通过控制中间复合层的电极材料面密度和厚度，及第一电极材料层及第二电极材料层的电极材料面密度和厚度，灵活调整所述电极极片中的活性材料(电极材料)的比例，从而达到灵活调控电化学储能器件的能量密度和功率密度；3)与泡沫铝极片相比，本发明提供的所述电极极片的两侧具有更加致密的电极材料层，同时减少了毛刺，可适用于更高压力的辊压，在提高能量密度与功率密度的同时，还使得所述电极极片的成品率上升了30％；4)与同厚度的铝箔型极片相比，本发明提供的电极极片的内阻降低了20％-80％，功率性能提高了15％-80％；5)与单纯的泡沫铝极片相比，本发明提供的电极极片的耐受辊压压力提高了20％-80％，在能量密度提高10％-80％时，功率密度提高了10％-80％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明任何形式上的限制，虽然本发明已是较佳实施方式揭露如上，并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施方式，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (14)
1.一种电极极片，其特征在于，所述电极极片呈三明治结构，所述电极极片包括一中间复合层、一第一电极材料层及一第二电极材料层，所述中间复合层包括泡沫集流体及电极材料，所述泡沫集流体具有大量联通孔隙，所述电极材料填充在所述孔隙内，所述第一电极材料层及所述第二电极材料层形成在所述泡沫集流体的相背两表面上。
2.如权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述中间复合层的厚度为50μm-200μm。
3.如权利要求2所述的电极极片，其特征在于，所述第一电极材料层与所述第二电极材料层的厚度一致，所述第一电极材料层及所述第二电极材料层的总厚度是所述中间复合层的厚度的10％-100％。
4.如权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述泡沫集流体的孔隙率为90％-96％，所述泡沫集流体的原始厚度为0.5-1mm，在所述泡沫集流体被压制到50-200μm时，所述泡沫集流体的电阻率为0.8×10-7～0.2×10-8Ω·m。
5.如权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述电极材料为碳、负载金属氧化物的碳、硫、磷酸铁锂、三元正极材料、锰酸锂、钴酸锂、富锂材料、普鲁士蓝类材料中的至少一种；所述金属氧化物包括氧化镍、氧化钌、氧化锰及氧化铁中的至少一种。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的电极极片的制作方法，其特征在于，包括：
将电极材料制作成浆料；
将部分所述浆料涂布在泡沫集流体上，所述泡沫集流体具有大量联通孔隙；
以辊压的方式将所述浆料填充到所述泡沫集流体的孔隙中并将填充有所述浆料的泡沫集流体压制成一中间复合层；
将部分所述浆料涂布在所述中间复合层的一表面上，辊压所述浆料以在所述中间复合层的一表面上形成一第一电极材料层；
将部分所述浆料涂布在所述中间复合层的另一表面上，辊压所述浆料以在所述中间复合层的与所述第一电极材料层相背的另一表面上形成一第二电极材料层，得到电极极片结构；及
干燥所述电极极片结构，得到一电极极片。
7.如权利要求6所述的电极极片的制作方法，其特征在于，所述浆料还包括粘结剂及溶剂，所述浆料的固含率为40％-60％，所述电极材料与所述粘结剂的比例为10:1-20:1，所述溶剂为水或有机溶剂。
8.一种电化学储能器件，其特征在于，所述电化学储能器件包括一个或两个如权利要求1-5任一项所述的电极极片，所述电极极片为所述电化学储能器件中的正极极片及负极极片的至少一个。
9.如权利要求8所述的电化学储能器件，其特征在于，所述电化学储能器件为锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、电池型电容器、锂离子电容器、钠离子电容器、混合电容器中的至少一种时，所述电极极片作为所述电化学储能器件的正极极片。
10.如权利要求9所述的电化学储能器件，其特征在于，所述锂离子电池或所述钠离子电池或所述电池型电容器的正极极片的电极材料的面密度为20-100mg/cm2。
11.如权利要求9所述的电化学储能器件，其特征在于，所述锂硫电池或所述锂离子电容器或所述钠离子电容器或所述混合电容器的正极极片的电极材料的面密度为5-20mg/cm2。
12.如权利要求8所述的电化学储能器件，其特征在于，所述电化学储能器件为双电层电容器或赝电容器时，所述电极极片作为所述电化学储能器件的正极极片及所述负极极片。
13.如权利要求12所述的电化学储能器件，其特征在于，所述赝电容器的正极极片及负极极片的电极材料的面密度为20-100mg/cm2。
14.如权利要求12所述的电化学储能器件，其特征在于，所述双电 层电容器的正极极片及负极极片的电极材料的面密度为5-20mg/cm2。
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