CN113506877A - 一种高能量密度的微孔锂电池电极及制备方法 - Google Patents

一种高能量密度的微孔锂电池电极及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113506877A
CN113506877A CN202110518595.XA CN202110518595A CN113506877A CN 113506877 A CN113506877 A CN 113506877A CN 202110518595 A CN202110518595 A CN 202110518595A CN 113506877 A CN113506877 A CN 113506877A
Authority
CN
China
Prior art keywords
current collector
active
electrode
metal foil
lithium battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110518595.XA
Other languages
English (en)
Inventor
宋亦诚
孙士玮
聂建军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN202110518595.XA priority Critical patent/CN113506877A/zh
Publication of CN113506877A publication Critical patent/CN113506877A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/80—Porous plates, e.g. sintered carriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/665—Composites
    • H01M4/667—Composites in the form of layers, e.g. coatings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本发明公开了一种高能量密度的微孔锂电池电极及制作方法，在金属箔集流体设有一系列孔洞，在金属箔集流体两侧形成活性层，金属箔集流体及其两侧活性层形成三明治结构，并使孔洞中填充活性材料，使金属箔集流体及其两侧活性层通过微孔集流体孔洞中的填充部分的活性材料连成一体，形成具有双活性层的微孔电极。本发明电极为具有双活性层微孔电极，在集流体上进行激光打孔并将活性浆料屠夫在集流体正反面；本发明高能量密度微孔电极，在保证电池性能不受损失的情况下，降低了非活物质质量，提高了电极的容量密度和力学性能。其制作工艺简单，有效控制生产成本。

Description

一种高能量密度的微孔锂电池电极及制备方法
技术领域：
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种高能量密度的微孔锂电池电极及制作方法。
背景技术：
近年来，为了解决空气污染和能源危机问题的迫切需求，先进储能装置得到了极大的发展，其中可充电的锂离子电池由于其较高的能量密度和长循环寿命被广泛应用于电动汽车和大型储能设备及便携式智能电子设备中。随着现代科技的高速发展，对于锂离子电池能量密度提出了更高的需求，降低锂电池中集流体的重量成为有效途径。
由于锂电池电极中非活性物质无法提供容量，因此作为集流体的金属铜箔被设计成各种形式，与此同时需要新生产工艺与之匹配。但由于工艺难度大，极大的增加了锂电池电极的生产成本。因此急需解决集流体减重及伴随的生产工艺难度问题。
发明内容：
为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种含微孔集流体双活性层的高能量密度锂电池电极及其制备方法，在保证电池性能不受损失的情况下，降低了非活物质质量，提高了电极的容量密度和力学性能。其制作工艺简单，有效控制生产成本。
为了实现本发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种高能量密度的微孔锂电池电极，在金属箔集流体设有一系列孔洞，在金属箔集流体两侧形成活性层，金属箔集流体及其两侧活性层形成三明治结构，并使孔洞中填充活性材料，使金属箔集流体及其两侧活性层通过微孔集流体孔洞中的填充部分的活性材料连成一体，形成具有双活性层的微孔电极。
优选地，金属箔集流体的厚度为10～20μm，孔洞的直径为Φ50～300μm。
优选地，金属箔集流体的孔隙率不低于35％。
优选地，本发明高能量密度的微孔锂电池电极，用于与磷酸铁锂电极组装成软包电池，在2-4.2V电压窗口进行充放电循环，在100次循环结束后，其容量密度不低于47mAh/g。
优选地，活性材料包括石墨材料。
优选地，活性材料中石墨烯的质量百分比不低于50wt％。
优选地，在金属箔集流体设有一系列孔洞形成均匀分布，互相临近的4个孔洞呈菱形结构排布。
一种本发明高能量密度的微孔锂电池电极的制备方法，其步骤如下：
a.在金属集流体上，采用激光打孔方法预先对金属集流体打一系列孔洞；
b.将金属集流体放置在覆有聚四氟乙烯的底板上，将活性浆料均匀涂敷在金属集流体的正面，然后干燥，在金属集流体的正面结合一层活性浆料层，得到具有单面活性层电极件；
c.将具有单面活性层电极件的活性浆料层一侧与聚四氟乙烯的底板接触，将具有单面活性层电极件放置在覆有聚四氟乙烯的底板上，对金属集流体的背面进行继续涂敷活性浆料，并使活性浆料填满金属集流体的孔洞中，然后干燥，在金属集流体的背面也结合一层活性浆料层，得到含微孔集流体双层活性层的高能量密度锂电池电极。
优选地，按照质量百分比，采用由50wt％石墨、25wt％导电剂和25wt％粘结剂制成复合活性浆料作为活性浆料。
优选地，对活性浆料层的干燥温度不低于70℃，对一层活性浆料层干燥时间不低于6h。
与现有技术相比，本发明具有显而易见的突出性实质性特点和显著的优点：
1.本发明高能量密度的微孔锂电池电极，在保证电池电化学性能不变情况下，降低了集流体重量，提高了电极能量密度及力学性能；
2.本发明含微孔集流体双活性层的高能量密度锂电池电极，通过预先对集流体打孔并优化涂敷工艺完成，在金属集流体上采用激光打孔技术预先为集流体打孔，混合浆料，并在覆有聚四氟乙烯材料的底板上对电极进行涂敷，制备高能量密度锂电池电极，方法简单，易于操作；
附图说明：
图1为本发明中金属箔集流体激光打孔示意图。图中，1—金属箔集流体，厚度10～20μm，2—孔洞，Φ50～300μm，呈菱形排布。
图2为本发明中含微孔集流体双活性层的高能量密度锂电池电极切面示意图。1—金属箔集流体，3—活性层。
图3为本发明实施例一中的电极的循环容量图。
图4为本发明实施例一中的电极的剥离实验结果图。
具体实施方案:
以下结合具体实施例，以石墨电极为例对本发明进行详细说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，参加图1-图2，一种高能量密度的微孔锂电池电极，在金属箔集流体1设有一系列孔洞2，在金属箔集流体1两侧形成活性层3，金属箔集流体1及其两侧活性层3形成三明治结构，并使孔洞2中填充活性材料，使金属箔集流体1及其两侧活性层3通过微孔集流体孔洞2中的填充部分的活性材料连成一体，形成具有双活性层的微孔电极。
本实施例含微孔集流体双活性层的高能量密度锂电池电极，在保证电池性能不受损失的情况下，降低了非活物质质量，提高了电极的容量密度和力学性能。其制作工艺简单，有效控制生产成本。
实施例二：
在本实施例中，参加图1-图2，金属箔集流体1的厚度为10～20μm，孔洞2的直径为Φ50～300μm。金属箔集流体1的孔隙率不低于35％。孔隙率的计算方法为：
Figure BDA0003062966160000031
其中金属箔集流体总面积为金属箔面积与孔隙面积之和。
在本实施例中，高能量密度的微孔锂电池电极，用于与磷酸铁锂电极组装成软包电池，在2-4.2V电压窗口进行充放电循环，在100次循环结束后，其容量密度不低于47mAh/g。
在本实施例中，活性材料包括石墨材料，活性材料中石墨烯的质量百分比不低于50wt％。
在本实施例中，在金属箔集流体1设有一系列孔洞2形成均匀分布，互相临近的4个孔洞2呈菱形结构排布。
本实施例高能量密度的微孔锂电池电极，包括任何电极活性材料的双活性层微孔电极，在集流体上进行激光打孔并将活性浆料屠夫在集流体正反面；本发明高能量密度微孔电极，在保证电池性能不受损失的情况下，降低了非活物质质量，提高了电极的容量密度和力学性能。其制作工艺简单，有效控制生产成本。
实施例三：
在本实施例中，参加图1-图2，
一种高能量密度的微孔锂电池电极的制备方法，其步骤如下：
a.对厚度为15μm的铜箔进行激光打孔，孔径Φ100μm，孔隙率35％，备用；采用由50wt％石墨、25wt％导电剂和25wt％粘结剂制成复合活性浆料，备用；
b.将金属集流体放置在覆有聚四氟乙烯的底板上，将复合活性浆料均匀涂敷在金属集流体的正面，然后在烘烤箱内以70℃干燥6h，在金属集流体的正面结合一层活性浆料层，得到具有单面活性层电极件；
c.将具有单面活性层电极件的活性浆料层一侧与聚四氟乙烯的底板接触，将具有单面活性层电极件放置在覆有聚四氟乙烯的底板上，对金属集流体的背面进行继续涂敷活性浆料，并使活性浆料填满金属集流体的孔洞中，然后烘烤箱内以70℃干燥12h，在金属集流体的背面也结合一层活性浆料层，得到含微孔集流体双层活性层的高能量密度锂电池电极。
将本实施例制备好的石墨高容量微孔电极与磷酸铁锂电极组装成软包电池，随后在2-4.2V电压窗口进行充放电循环。
如图3所示，空心圆点为软包电池中石墨高容量微孔电极的电化学性能，实心的圆点为普通铜集流体相同工艺制作的石墨普通电极的电化学性能，两者作为比较验证石墨高容量微孔电极优异的电化学性能。石墨微孔电极在初期充放电循环过程中，其克比容量明显高于石墨普通电极，且这种优势一直保持到100次循环结束，其容量密度不低于47mAh/g，在相同工艺相同材料体系的情况下，石墨微孔电极平均容量提高了11％。为验证石墨微孔电极力学性，对其活性层做了180°剥离实验，结果如图4所示。剥离石墨微孔电极活性层所需的力为普通电极的2倍，表明石墨微孔电极由于其结构特性更能抵抗活性层充放电过程中体积变化引起的裂纹开裂等问题。
因此，本发明高能量密度微孔电极，在保证电极电化学性能不受影响的情况下，降低了铜箔质量，提高了能量密度和力学性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明描述的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高能量密度的微孔锂电池电极，其特征在于：在金属箔集流体(1)设有一系列孔洞(2)，在金属箔集流体(1)两侧形成活性层(3)，金属箔集流体(1)及其两侧活性层(3)形成三明治结构，并使孔洞(2)中填充活性材料，使金属箔集流体(1)及其两侧活性层(3)通过微孔集流体孔洞(2)中的填充部分的活性材料连成一体，形成具有双活性层的微孔电极。
2.根据权利要求1所述高能量密度的微孔锂电池电极，其特征在于：金属箔集流体(1)的厚度为10～20μm，孔洞(2)的直径为Φ50～300μm。
3.根据权利要求1所述高能量密度的微孔锂电池电极，其特征在于：金属箔集流体(1)的孔隙率不低于35％。
4.根据权利要求1所述高能量密度的微孔锂电池电极，其特征在于：用于与磷酸铁锂电极组装成软包电池，在2-4.2V电压窗口进行充放电循环，在100次循环结束后，其容量密度不低于47mAh/g。
5.根据权利要求1所述高能量密度的微孔锂电池电极，其特征在于：活性材料包括石墨材料。
6.根据权利要求1所述高能量密度的微孔锂电池电极，其特征在于：活性材料中石墨烯的质量百分比不低于50wt％。
7.根据权利要求1所述高能量密度的微孔锂电池电极，其特征在于：在金属箔集流体(1)设有一系列孔洞(2)形成均匀分布，互相临近的4个孔洞(2)呈菱形结构排布。
8.一种权利要求1所述高能量密度的微孔锂电池电极的制备方法，其特征在于，其步骤如下：
a.在金属集流体上，采用激光打孔方法预先对金属集流体打一系列孔洞；
b.将金属集流体放置在覆有聚四氟乙烯的底板上，将活性浆料均匀涂敷在金属集流体的正面，然后干燥，在金属集流体的正面结合一层活性浆料层，得到具有单面活性层电极件；
c.将具有单面活性层电极件的活性浆料层一侧与聚四氟乙烯的底板接触，将具有单面活性层电极件放置在覆有聚四氟乙烯的底板上，对金属集流体的背面进行继续涂敷活性浆料，并使活性浆料填满金属集流体的孔洞中，然后干燥，在金属集流体的背面也结合一层活性浆料层，得到含微孔集流体双层活性层的高能量密度锂电池电极。
9.根据权利要求8所述高能量密度的微孔锂电池电极，其特征在于：按照质量百分比，采用由50wt％石墨、25wt％导电剂和25wt％粘结剂制成复合活性浆料作为活性浆料。
10.根据权利要求8所述高能量密度的微孔锂电池电极，其特征在于：对活性浆料层的干燥温度不低于70℃，对一层活性浆料层干燥时间不低于6h。
CN202110518595.XA 2021-05-12 2021-05-12 一种高能量密度的微孔锂电池电极及制备方法 Pending CN113506877A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110518595.XA CN113506877A (zh) 2021-05-12 2021-05-12 一种高能量密度的微孔锂电池电极及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110518595.XA CN113506877A (zh) 2021-05-12 2021-05-12 一种高能量密度的微孔锂电池电极及制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113506877A true CN113506877A (zh) 2021-10-15

Family

ID=78008357

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110518595.XA Pending CN113506877A (zh) 2021-05-12 2021-05-12 一种高能量密度的微孔锂电池电极及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113506877A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114220943A (zh) * 2021-12-20 2022-03-22 远景动力技术(江苏)有限公司 一种三明治结构极片及其生产系统装置
CN114284462A (zh) * 2021-12-22 2022-04-05 珠海冠宇动力电池有限公司 一种正极片、电池及正极片的制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080233273A1 (en) * 2005-05-23 2008-09-25 Ceca S.A. Electrode for Energy Storage Systems, Production Method thereof and Energy Storage System Comprising Said Electrode
CN103247779A (zh) * 2013-04-16 2013-08-14 谭彬 一种电化学活性极片的制作方法
CN205943774U (zh) * 2016-08-15 2017-02-08 赣州市中金高能电池材料有限公司 一种用于锂离子电容器的集流体
CN107378262A (zh) * 2017-07-20 2017-11-24 深圳鸿元智能科技有限公司 锂电池集流体打孔方法和激光打孔装置
CN109830690A (zh) * 2019-01-30 2019-05-31 深圳鸿鹏新能源科技有限公司 集流体以及具有该集流体的极片和锂电池
CN109860520A (zh) * 2019-03-05 2019-06-07 桑顿新能源科技有限公司 电极集流体及其制备方法和负极片、锂离子电池
CN110611102A (zh) * 2019-10-21 2019-12-24 瑞浦能源有限公司 一种集流体、极片、极片的制备方法及电化学储能装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080233273A1 (en) * 2005-05-23 2008-09-25 Ceca S.A. Electrode for Energy Storage Systems, Production Method thereof and Energy Storage System Comprising Said Electrode
CN103247779A (zh) * 2013-04-16 2013-08-14 谭彬 一种电化学活性极片的制作方法
CN205943774U (zh) * 2016-08-15 2017-02-08 赣州市中金高能电池材料有限公司 一种用于锂离子电容器的集流体
CN107378262A (zh) * 2017-07-20 2017-11-24 深圳鸿元智能科技有限公司 锂电池集流体打孔方法和激光打孔装置
CN109830690A (zh) * 2019-01-30 2019-05-31 深圳鸿鹏新能源科技有限公司 集流体以及具有该集流体的极片和锂电池
CN109860520A (zh) * 2019-03-05 2019-06-07 桑顿新能源科技有限公司 电极集流体及其制备方法和负极片、锂离子电池
CN110611102A (zh) * 2019-10-21 2019-12-24 瑞浦能源有限公司 一种集流体、极片、极片的制备方法及电化学储能装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114220943A (zh) * 2021-12-20 2022-03-22 远景动力技术(江苏)有限公司 一种三明治结构极片及其生产系统装置
CN114220943B (zh) * 2021-12-20 2024-03-29 远景动力技术(江苏)有限公司 一种三明治结构极片及其生产系统装置
CN114284462A (zh) * 2021-12-22 2022-04-05 珠海冠宇动力电池有限公司 一种正极片、电池及正极片的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107845829B (zh) 一种双层复合隔膜电池及其补锂方法
CN112825354B (zh) 锂负极及其制备方法、锂二次电池
US8173300B2 (en) Acid-lead battery electrode comprising a network of pores passing therethrough, and production method
CN106099055B (zh) 一种氮磷共掺杂柔性碳纤维膜负极材料的制备方法
CN105742567A (zh) 一种锂硫电池复合正极及其制备方法、锂硫电池
CN113506877A (zh) 一种高能量密度的微孔锂电池电极及制备方法
CN112290098A (zh) 一种防胀气聚合物锂离子电池及其制备方法
CN212907803U (zh) 一种高倍率充放电的锂离子电池
CN104795534A (zh) 一种电化学阴极电极、包含该阴极电极的储能器件及其制备方法
CN104882630A (zh) 一种锂离子电池裸电芯及含有该裸电芯的锂离子电池的制备方法
EP3614463A1 (en) Electrode structure of electrochemical energy storage device and manufacturing method thereof
CN112510215B (zh) 电极极片、电极极片的制作方法及电化学储能器件
CN109244531A (zh) 一种高纯铜基体石墨烯复合锂离子电池及其制备方法
CN212182451U (zh) 一种钠离子电池的电极构造
CN110600285B (zh) 一种锂离子电化学储能器件负极的无析锂预嵌锂方法
CN206059547U (zh) 一种可快速充电的锂离子电池结构
CN105143519A (zh) 涂覆的铁电极及其制备方法
CN111180730A (zh) 快速充放电石墨烯动力锂电池及其制备方法
CN212182476U (zh) 一种高能量密度高功率密度铝离子电池
CN113793972B (zh) 一种电池及其制备方法
CN114284463B (zh) 一种复合补锂片以及设有该复合补锂片的电芯和电池
KR20240024951A (ko) 전극 시트 및 제조 방법, 전극 어셈블리, 이차 전지 및 전기 장치
CN210897515U (zh) 电芯结构以及锂电池
CN115241464A (zh) 一种复合集流体、其制备方法和用途
CN112825350B (zh) 预锂化负极极片及其制备方法、锂二次电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination