CN113991064A

CN113991064A - 一种厚电极结构及其制作方法

Info

Publication number: CN113991064A
Application number: CN202111175874.7A
Authority: CN
Inventors: 刘良海; 徐雄文
Original assignee: Hunan Lifang New Energy Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Hunan Lifang New Energy Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2021-10-09
Filing date: 2021-10-09
Publication date: 2022-01-28

Abstract

本发明公开一种厚电极结构及其制作方法，该制作方法包括以下步骤：步骤1)、涂布好预定厚度的电极片并对其进行辊压；步骤2)、辊压完成之后，对电极片表面进行微造孔；步骤3)、将电极片表面的颗粒进行去除；步骤4)、形成一个多孔结构的厚电极片。相比于现有技术，本申请所述的厚电极结构及其制作方法，实现了厚电极表面造孔，既可以提升电芯电解液的数量，提升循环性能的同时，也能提供更多的离子穿梭通道，避免了界面上的极化。

Description

一种厚电极结构及其制作方法

技术领域

本发明属于锂离子电池制造技术领域，尤其涉及一种厚电极结构及其制作方法。

背景技术

由于新能源电动车的快速发展和人们一直存在的电动车续航焦虑问题，使得车企们对锂离子动力电池的功率和能量的要求越来越高，对成本的关注也很密切。而影响锂离子动力电池性能最核心的部件为电极。

为使单体电芯能量密度更高，成本更低，可以在保证安全工作的情况下尽可能地提高单体电芯里活性材料，而厚电极是最好的方法。

但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：厚电极会带来新的问题，特别是界面问题，锂离子在充放电过程中，无论是正极还是负极都伴随着锂离子的传输和电子的传导，且两者的传递规律是：无论是充电过程还是放电过程中，在电极中靠近集流体(箔材)的电子流浓度最大，远离集流体的电子流浓度最小，然而离子流则反之。两者的传递如果受到的阻碍就会引起电极内部的欧姆极化和浓差极化，从而使得电池在容量和倍率性能上变差。

发明内容

鉴于相关技术中存在的问题，本申请的目的在于提供一种厚电极结构及其制作方法，解决了现有技术中正极厚电极和负极后电极的锂离子的传输和电子的传导受到阻碍就会引起电极内部的欧姆极化和浓差极化，从而使得电池在容量和倍率性能上变差的技术问题，通过本申请提供的新型厚电极结构及方法，实现了厚电极表面造孔，既可以提升电芯电解液的数量，提升循环性能的同时，也能提供更多的离子穿梭通道，避免了界面上的极化。

为了实现上述目的，本申请提供以下技术方案：

一种厚电极结构的制作方法，包括以下步骤：

步骤1)、涂布好预定厚度的电极片并对其进行辊压；

步骤2)、辊压完成之后，对电极片表面进行微造孔；

步骤3)、将电极片表面的颗粒进行去除；

步骤4)、形成一个多孔结构的厚电极片。

进一步地，所述的厚电极结构的制作方法，所述步骤1)中，所述预定厚度为50-1000μm。厚度过小则无法提高单体电芯的能量密度，厚度过大则不利于对电极片进行微造孔。

进一步地，所述的厚电极结构的制作方法，所述步骤2)中，对电极片表面进行微造孔的方法包括激光造孔或机械造孔。激光造孔比机械造孔效果更佳，通过机械造孔的方法造出的孔的直径一般会比较大。

进一步地，所述的厚电极结构的制作方法，所述步骤2)中，所述孔的孔径为10nm～10μm。孔径过大会造成容量损失，孔径过小则对界面面积增加较小，性能提升受限。

进一步地，所述的厚电极结构的制作方法，所述步骤2)中，孔与孔之间的间距是0.1mm～200mm。孔与孔之间的间距过小，则意味着孔的数量增加，会导致活性物质减少，进而容量会减少；孔与孔之间的间距过大，则无法有效增加界面面积，进而对减小极化帮助不大。

进一步地，所述的厚电极结构的制作方法，所述步骤2)中，所述孔的深度为0.2～1000μm。一般来说孔的深度与极片厚度是正比关系，极片越厚，孔的深度也越深。

进一步地，所述的厚电极结构的制作方法，所述步骤2)中，电极片的孔隙率为20％～60％。孔隙率过既无法提升电芯电解液的数量，也无法提供更多的离子穿梭通道，避免了界面上的极化；孔隙率过高则会造成容量损失。

进一步地，所述的厚电极结构的制作方法，所述步骤2)中，所述孔的孔径沿电极片的厚度方向呈从小到大的梯度分布，且所述孔的孔径沿电极片的外表面的方向逐渐变大。将孔设置成由小变大的喇叭状孔道结构，这样能够提高电解液的浸润效率以及锂离子的穿梭效率，能使电极片达到更高的能量密度和更佳的循环性能。

进一步地，所述的厚电极结构的制作方法，所述步骤3)中，电极片表面的颗粒去除方法包括真空吸尘方法或毛刷刷粉方法。对电极片表面的颗粒进行去除是为了减少极片表面的粉尘，提高极片表面质量。

为了实现上述目的，本申请还提供一种厚电极结构，包括正电极和/或负电极，所述正电极和/或负电极由上述所述的制作方法制得。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：本申请通过厚电极结构及其制作方法，实现了厚电极表面微造孔，这样既可以提升电芯电解液的数量，提升循环性能的同时，也能提供更多的离子穿梭通道，避免了界面上的极化。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”是指两个或两个以上；除非另有规定或说明，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请的描述中，应当理解，本申请中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本申请的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。下面通过具体的实施例对本申请做进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种厚电极结构，包括正电极和/或负电极，所述正电极和/或负电极由以下制作方法制得。

一种厚电极结构的制作方法，包括以下步骤：

步骤1)、涂布好预定厚度的电极片并对其进行辊压，预定的厚度为50 μm；

步骤2)、辊压完成之后，对电极片表面进行微造孔；对电极片表面进行微造孔的方法包括激光造孔或机械造孔；孔的孔径为10nm；孔与孔之间的间距是0.1mm；所述孔的深度为0.2μm；电极片的孔隙率为20％；

步骤3)、将电极片表面的颗粒进行去除，电极片表面的颗粒去除方法包括真空吸尘方法或毛刷刷粉方法；

步骤4)、形成一个多孔结构的厚电极片。

实施例2

与实施例1不同的是，本实施例一种厚电极结构的制作方法，包括以下步骤：

步骤1)、涂布好预定厚度的电极片并对其进行辊压，预定的厚度为1000 μm；

步骤2)、辊压完成之后，对电极片表面进行微造孔；对电极片表面进行微造孔的方法包括激光造孔或机械造孔；孔的孔径为10μm；孔与孔之间的间距是200mm；所述孔的深度为900μm；电极片的孔隙率为60％；

步骤3)、将电极片表面的颗粒进行去除，电极片表面的颗粒去除方法包括真空吸尘方法或毛刷刷粉方法。

步骤4)、形成一个多孔结构的厚电极片；

其他同实施例1，这里不再赘述。

实施例3

步骤1)、涂布好预定厚度的电极片并对其进行辊压，预定的厚度为300 μm；

步骤2)、辊压完成之后，对电极片表面进行微造孔；对电极片表面进行微造孔的方法包括激光造孔或机械造孔；孔的孔径为500nm；孔与孔之间的间距是100mm；所述孔的深度为100μm；电极片的孔隙率为45％；

步骤4)、形成一个多孔结构的厚电极片。

其他同实施例1，这里不再赘述。

实施例4

步骤1)、涂布好预定厚度的电极片并对其进行辊压，预定的厚度为800 μm；

步骤2)、辊压完成之后，对电极片表面进行微造孔；对电极片表面进行微造孔的方法包括激光造孔或机械造孔；孔的孔径为100nm；孔与孔之间的间距是10mm；所述孔的深度为500μm；电极片的孔隙率为50％；

步骤4)、形成一个多孔结构的厚电极片；

其他同实施例1，这里不再赘述。

实施例5

一种厚电极结构的制作方法，包括以下步骤：

步骤2)、辊压完成之后，对电极片表面进行微造孔；对电极片表面进行微造孔的方法包括激光造孔或机械造孔；孔的孔径沿电极片的厚度方向呈从小到大的梯度分布，且所述孔的孔径沿电极片的外表面的方向逐渐变大；孔与孔之间的间距是0.1mm；所述孔的深度为0.2μm；电极片的孔隙率为20％；

步骤4)、形成一个多孔结构的厚电极片。

其他同实施例1，这里不再赘述。

实施例6

与实施例2不同的是，本实施例一种厚电极结构的制作方法，包括以下步骤：

步骤2)、辊压完成之后，对电极片表面进行微造孔；对电极片表面进行微造孔的方法包括激光造孔或机械造孔；孔的孔径沿电极片的厚度方向呈从小到大的梯度分布，且所述孔的孔径沿电极片的外表面的方向逐渐变大；孔与孔之间的间距是200mm；所述孔的深度为900μm；电极片的孔隙率为60％；

步骤4)、形成一个多孔结构的厚电极片；

其他同实施例2，这里不再赘述。

实施例7

与实施例3不同的是，本实施例一种厚电极结构的制作方法，包括以下步骤：

步骤2)、辊压完成之后，对电极片表面进行微造孔；对电极片表面进行微造孔的方法包括激光造孔或机械造孔；孔的孔径沿电极片的厚度方向呈从小到大的梯度分布，且所述孔的孔径沿电极片的外表面的方向逐渐变大；孔与孔之间的间距是100mm；所述孔的深度为100μm；电极片的孔隙率为45％；

步骤4)、形成一个多孔结构的厚电极片。

其他同实施例3，这里不再赘述。

实施例8

与实施例4不同的是，本实施例一种厚电极结构的制作方法，包括以下步骤：

步骤2)、辊压完成之后，对电极片表面进行微造孔；对电极片表面进行微造孔的方法包括激光造孔或机械造孔；孔的孔径沿电极片的厚度方向呈从小到大的梯度分布，且所述孔的孔径沿电极片的外表面的方向逐渐变大；孔与孔之间的间距是10mm；所述孔的深度为500μm；电极片的孔隙率为50％；

步骤4)、形成一个多孔结构的厚电极片；

其他同实施例4，这里不再赘述。

对比例1

与实施例1不同的是，本对比例中采用的是厚度为50μm且表面未经微造孔的常规电极片。

其他同实施例1，这里不再赘述。

对上述对比例1和实施例1～8进行电池性能测试，测试结果如下表：

由上表的测试结果可知：由实施例1和对比例1可知，本发明的厚电极片相比于现有技术的厚电极片，本发明的厚电极片的能量密度更大，循环性能更佳；由实施例1～4可知，厚电极片厚度越厚，孔径越大，孔与孔的间距越大，孔的深度越深，孔隙率越高，则厚电极的能量密度越大，循环性能越高；由实施例1与实施例5、实施例2与实施例6、实施例3与实施例7、实施例4与实施例8可知，通过孔的孔径沿电极片的厚度方向呈从小到大的梯度分布，且所述孔的孔径沿电极片的外表面的方向逐渐变大的方案制作的厚电极片的能量密度越大，循环性能越佳。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims

1.一种厚电极结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)、涂布好预定厚度的电极片并对其进行辊压；

步骤2)、辊压完成之后，对电极片表面进行微造孔；

步骤3)、将电极片表面的颗粒进行去除；

步骤4)、形成一个多孔结构的厚电极片。

2.根据权利要求1所述的厚电极结构的制作方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述预定厚度为50-1000μm。

3.根据权利要求1所述的厚电极结构的制作方法，其特征在于，所述步骤2)中，对电极片表面进行微造孔的方法包括激光造孔或机械造孔。

4.根据权利要求1所述的厚电极结构的制作方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述孔的孔径为10nm～10μm。

5.根据权利要求1所述的厚电极结构的制作方法，其特征在于，所述步骤2)中，孔与孔之间的间距是0.1mm～200mm。

6.根据权利要求1所述的厚电极结构的制作方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述孔的深度为0.2μm～1000μm。

7.根据权利要求1所述的厚电极结构的制作方法，其特征在于，所述步骤2)中，电极片的孔隙率为20％～60％。

8.根据权利要求1所述的厚电极结构的制作方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述孔的孔径沿电极片的厚度方向呈从小到大的梯度分布，且所述孔的孔径沿电极片的外表面的方向逐渐变大。

9.根据权利要求1所述的厚电极结构的制作方法，其特征在于，所述步骤3)中，电极片表面的颗粒去除方法包括真空吸尘方法或毛刷刷粉方法。

10.一种厚电极结构，包括正电极和/或负电极，其特征在于：所述正电极和/或负电极由权利要求1～9任一项所述的制作方法制得。