CN114141979A - 电极及其制备方法和锂电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电极及其制备方法和锂电池。所述电极包括集流体和结合在所述集流体表面的活性材料层，在所述活性材料层上开设有离子扩散通道，所述离子扩散通道由所述活性材料层表面向所述集流体方向延伸，且所述离子扩散通道的直径为微米级。本发明电极通过在所述活性材料层表面开设的离子扩散通道有效增大了所述电极与电解质的接触面积，提高了锂离子扩散速率，从而提高了所述电极的倍率性能和具有快速充电特性。所述电极制备方法能够有效保证制备的电极结构和电化学性能稳定，而且效率高，且刻蚀形成的锂离子扩散通道尺寸可控。含有本发明电极的锂电池具有高倍率性能和超高速充电性能。

Description

电极及其制备方法和锂电池
技术领域
本发明属于电池领域，具体涉及一种电极及其制备方法和锂电池。
背景技术
随着电子设备或者电动汽车的不断发展，对电源的如能量密度、循环稳定性和充电时间等性能要求越来越高。固态电池作为下一代高容量、高安全性储能方案，受到学术界的密切关注。
目前阻碍固态电池工业应用的一大问题是固态电解质与电极之间的接触阻抗大，锂离子电导率低，电池倍率性能差。其中，目前电极一般都是按照1.混料；2.涂布，干燥；3.辊压的制备流程制备获得，当前该流程制备的电极片如图1所示，曲折度大，锂离子扩散路径长，而且扩散速率慢，在高倍率下工作会出现浓差极化，导致电池实际放电容量急剧降低。
为了提高电极存在的曲折度大，锂离子扩散慢等缺陷，目前也公开了一些对电极结构进行改进的方案，如对电极进行冲孔等，但是在实践中发现，目前公开的该些电极的曲折度和锂离子扩散性依然不理想。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种电极及其制备方法，以解决现有电极存在的曲折度大和锂离子扩散慢的技术问题。
本发明的另一目的在于提供一种锂电池，以解决现有锂电池由于所含电极曲折度大和锂离子扩散慢而导致的倍率和充电不理想的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种电极。所述电极包括集流体和结合在所述集流体表面的活性材料层，在所述活性材料层上开设有离子扩散通道，在所述活性材料层上开设有离子扩散通道，所述离子扩散通道由所述活性材料层表面向所述集流体方向延伸，且所述离子扩散通道的直径为微米级。
这样，本发明电极通过在所述活性材料层表面开设的离子扩散通道有效增大了所述电极与电解质的接触面积，提高了锂离子扩散速率，从而提高了所述电极的倍率性能和具有快速充电特性。
优选地，所述离子扩散通道穿透所述活性材料层延伸至所述集流体或延伸至所述集流体并穿透所述集流体。所述离子扩散通道贯穿所述活性材料层，使得所述电极更适用于固体电池，并进一步增大了所述电极与电解质的接触面积和提高锂离子扩散速率。当穿透集流体时，还能够有效降低电池的重量和节约成本。
优选地，所述离子扩散通道的直径20-50μm；和/或所述离子扩散通道在所述活性材料层分布的体积密度为2％-10％；和/或所述离子扩散通道呈六边形的阵列分布于所述活性材料层中。通过控制并优化所述离子扩散通道的尺寸和分布形态以及分布的密度能够有效增大所述活性材料层中离子扩散通道的体积占比，从而提高增大活性材料层的表面积，提高锂离子扩散速率和提高锂离子扩散的均匀性。
所述活性材料层的厚度为100-200μm；和/或所述活性材料层所含的活性材料为硅碳活性材料。通过对所述电极活性材料层厚度和活性材料选择和优化，配合所述活性材料层所含的所述离子扩散通道，以优化所述电极与电解质的接触面积和提高锂离子扩散速率，提高所述电极在固体电池中适用性。
本发明的另一方面，提供了一种电极的制备方法。所述电极制备方法包括以下步骤：
提供原电极，所述原电极包括集流体和形成于所述集流体表面的活性材料层；
对所述活性材料层进行刻蚀处理，在所述活性材料层表面形成由所述活性材料层表面向所述集流体方向延伸的离子扩散通道，并使所述离子扩散通道的直径为微米级。
本发明电极制备方法通过直接对活性材料层进行刻蚀形成离子扩散通道，从而使得制备的电极具有较大的表面积和丰富的锂离子扩散通道，从而增大了电极与电解质的接触面积，提高了锂离子扩散速率，赋予电极高的倍率性能和快速充电特性。而且所述电极制备方法能够有效保证制备的电极结构和电化学性能稳定，而且效率高，且刻蚀形成的锂离子扩散通道尺寸可控。
优选地，所述刻蚀处理为激光刻蚀处理。采用激光刻蚀形成锂离子扩散通道，能够灵活控制锂离子扩散通道的尺寸和形态，提高锂离子扩散通道的尺寸精度和刻蚀效率以及可控性。
进一步优选地，所述激光刻蚀处理是通过如下激光刻蚀装置实现的：
所述激光刻蚀装置包括激光光源发射器，还包括沿激光光路方向依次设置平凸透镜、扩束镜、双轴振镜和场镜；其中，所述凸透镜用于将由所述激光光源发射器发射的激光汇聚成平行光束，所述扩束镜用于将所述平行光束直径放大至预定尺寸，所述双轴振镜用于控制直径被放大的所述平行光束偏转，所述场镜用于将经偏转的激光聚焦至所述活性材料层表面并进行刻蚀处理。
具体地，所述平行光束的直径为1-3mm；所述扩束镜用于将所述平行光束直径放大至6-10mm。
这样，采用该激光刻蚀装置进行所述激光刻蚀处理，能够有效提高激光刻蚀形成的所述锂离子扩散通道的尺寸精度和形态，提高刻蚀效率以及可控性。
本发明的又一方面，提供了一种锂电池。所述锂电池包括负极和正极，其中，所述负极为本发明电极或由本发明制备方法制备的电极。由于本发明锂电池的负极为本发明电极。因此，本发明电极与电解质接触面积大，锂离子扩散速度快，能够使锂离子以高倍率在电极和电解质之间迁移，使得本发明锂电池具有高倍率性能和超高速充电性能。
优选地，所述锂电池为固态电池。这样，所述固态电池具有高的倍率性能和超高速充电性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为按照常规电极制备方法制备电极结构和其倍率性能的原理图；
图2为本发明实施例电极结构和其倍率性能的原理图；
图3为本发明实施例用于激光刻蚀处理的激光刻蚀装置结构示意图；
图4为超高速充电(4C)条件下，传统硅碳负极与实施例1提供的硅碳负极循环性能对比图；其中，曲线1为实施例1提供的硅碳负极的循环曲线，曲线2为传统硅碳负极的循环曲线；
其中，图1至图3中的附图标记如下：
1—集流体；2—活性材料层；3—离子扩散通道；4—激光光源发射器；5—凸透镜；6—扩束镜；7—双轴振镜；8—场镜；9—样品台；10—数据采集单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行；所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，术语“和/或”，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的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本发明的描述中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
需要理解的是，本发明实施例中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明公开的范围之内。具体地，本发明实施例中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
另外，除非上下文另外明确地使用，否则词的单数形式的表达应被理解为包含该词的复数形式。术语“包括”或“具有”旨在指定特征、数量、步骤、操作、元件、部分或者其组合的存在，但不用于排除存在或可能添加一个或多个其它特征、数量、步骤、操作、元件、部分或者其组合。
一方面，本发明实施例提供了一种电极。所述电极的结构如图2所示，其包括集流体1和结合在集流体1表面的活性材料层2，在活性材料层2的表面开设有离子扩散通道3。这样，在活性材料层2表面开设的离子扩散通道3有效增大了本发明实施例电极与电解质的接触面积，提高了锂离子扩散速率，从而提高了本发明实施例电极的倍率性能和具有快速充电特性。
本发明实施例电极所含的集流体1可以根据电极的类型进行灵活选择，如当本发明实施例电极为负极时，集流体1为负极集流体。当然当本发明实施例电极为正极时，那么对应的集流体1为正极集流体。在本发明实施例中，所述集流体1优选为固体电池负极集流体，尺寸和可以根据常规负极集流体规格进行选用和控制。
本发明实施例电极所含的活性材料层2可以根据电极的类型进行灵活选择，如当本发明实施例电极为负极时，活性材料层2为负极活性材料层，那么其含有负极活性材料。当然当本发明实施例电极为正极时，那么对应的活性材料层2为正极活性材料层，那么其含有正极活性材料。一实施例中，活性材料层2的厚度为100-200μm。优化活性材料层2的厚度以提高本发明实施例电极的如容量密度等性能。
在进一步实施例中，所述活性材料层2为硅碳活性材料层，那么所述活性材料层2所含的活性材料为硅碳活性材料。此时本发明实施例电极为硅碳负电极。这样，由于是硅碳负电极，能够有效提高本发明实施例电极的容量，并且可以作为固体电池的负电极。
开设在活性材料层2上的离子扩散通道3的直径为微米级。在一实施例中，所述离子扩散通道的直径为20-50μm。在另一实施例中，所述离子扩散通道3在所述活性材料层2分布的体积密度为2％-10％。其中，所述体积密度是指在活性材料层2的单位体积中，所述离子扩散通道3的体积占活性材料层2的单位体积比例。通过将离子扩散通道3的直径控制为微米级，并优化其直径和分布密度，一方面能够有效增大活性材料层2的表面积，增大其与电解质接触面积的基础上，提高了锂离子扩散速率；另一方面最大限度保证活性层单位面积的含量，保证电极的容量。
在另一实施例中，所述离子扩散通道3穿透所述活性材料层延伸至所述集流体1通过将离子扩散通道3的深度直接延伸至集流体1，这样能够使锂离子从所述电极表面和底部同时向心部扩散有效，在有效增大活性材料层2的表面积和增大其与电解质接触面积的同时，显著提高锂离子扩散速率。或进一步地，所述离子扩散通道3穿透所述活性材料层延伸至所述集流体1并穿透所述集流体1。所述离子扩散通道3穿透所述集流体1，从而能够降低电极的重量，从而降低电池的重量，同时节约集流体的用量，降低经济成本。当在所述集流体1的相对两个表面上均结合活性材料层2时，优选的在双面活性材料层2上均开设有所述离子扩散通道3。
在进一步实施例中，所述离子扩散通道3是呈六边形的阵列分布于所述活性材料层2中，也既是说在所述阵列中，单个六边形分布的离子扩散通道3为基本重复单元。在具体实施例中，所述六边形的阵列中的单个六边形分布的重复单元的边长为100-200μm。这样，锂离子通过呈六边形阵列分布的所述离子扩散通道3进行迁移扩散传输，一方面能够有效提高锂离子的扩散传输速率，另一方面呈六边形分布的离子扩散通道3有利于离子在活性材料层2中均匀扩散，在此基础上，离子扩散通道3以呈六边形的阵列分布能够有效增大所述活性材料层2中离子扩散通道3的体积占比，从而提高增大活性材料层的表面积，提高锂离子扩散速率。
因此，上文各实施例中电极由于在活性材料层2表面开设有向集流体1延伸的离子扩散通道3，并通过优化离子扩散通道3的尺寸和分布密度以及形状等优化，有效增大了所述电极与电解质的接触面积，能够使锂离子从所述电极表面和所述电极活性材料层2底部同时向心部扩散，有效提高了锂离子扩散速率，从而提高了所述电极的倍率性能和具有快速充电特性。
另一方面，本发明实施例还提供了一种电极的制备方法。结合图2，所述电极制备方法包括以下步骤：
S01：提供原电极，所述原电极包括集流体1和形成于所述集流体1表面的活性材料层2；
S02：对所述活性材料层进行刻蚀处理，在所述活性材料层2表面形成由所述活性材料层2表面向所述集流体1延伸的离子扩散通道3，并使所述离子扩散通道的直径为微米级。
这样，所述电极制备方法通过直接对活性材料层2进行刻蚀形成离子扩散通道3，从而使得制备的电极具有较大的表面积和丰富的锂离子扩散通道，从而增大了电极与电解质的接触面积，提高了锂离子扩散速率，赋予电极高的倍率性能和快速充电特性。而且所述电极制备方法能够有效保证制备的电极结构和电化学性能稳定，而且效率高，且刻蚀形成的锂离子扩散通道3尺寸、分布以及形态可控。
其中，所述步骤S01中的原电极可以按照现有制备电极片的制备方法制备，如通过混料-涂布-干燥-辊压的制备流程制备获得。所述原电极所含的集流体1和活性材料层2分别如上文本发明实施例电极所含的集流体1和活性材料层2所示。因此，在具体实施例中，所述原电极可以是硅碳负极。为了节约篇幅，在此不再对步骤S01中的集流体1和活性材料层2。
所述步骤S02中的刻蚀处理可以采用能够形成所述离子扩散通道3均可。在一实施例中，所述刻蚀处理为激光刻蚀处理。采用激光刻蚀形成锂离子扩散通道3，能够灵活控制锂离子扩散通道3的尺寸、分布密度和形态，提高锂离子扩散通道的尺寸精度和刻蚀效率以及可控性，并提高其可重复性以及刻蚀效率。
在优选实施例中，所述激光刻蚀处理是通过如下激光刻蚀装置实现的：
所述激光刻蚀装置如图3所示，其包括激光光源发射器4，还包括沿激光光路方向依次设置平凸透镜5、扩束镜6、双轴振镜7和场镜8。根据平凸透镜5至所述场镜8沿激光光路设置的位置关系，凸透镜5用于将由所述激光光源发射器发射的激光汇聚成平行光束，所述扩束镜6用于将所述平行光束直径放大至预定尺寸，所述双轴振镜7用于控制直径被放大的所述平行光束偏转，所述场镜8用于将经偏转的激光聚焦至所述原电极的活性材料层2表面并进行刻蚀处理。其中，所述原电极是放置在样品台9上，可以通过调整样品台9高度至场镜焦点处。这样，采用如图3所述激光刻蚀装置进行所述激光刻蚀处理，能够有效提高激光刻蚀形成的所述锂离子扩散通道的尺寸精度和形态，提高刻蚀效率以及可控性。
在具体实施例中，图3所示的激光刻蚀装置在进行所述激光刻蚀处理过程中，可以通过对平凸透镜5的选择，控制所述平行光束的直径优选为1-3mm，具体可以是1mm；所述扩束镜用于将所述平行光束直径放大优选为6-10mm，具体可以是6mm。
另外，所述激光刻蚀装置还包括数据采集单元10，具体的如数据采集卡。这样，使用数据采集单元10同步协调激光光源发射器1和双轴振镜7，将激光光源发射器1发射的激光，如脉冲激光反射到预定的位置。
另外，本发明实施例还能够通过其他方法进行刻蚀形成锂离子扩散通道3。具体的如通过模板法进行化学腐蚀也可以制备出锂离子扩散通道3，但是发明人通过实验后认为，其他刻蚀方法如化学腐蚀存在效率低，成本高，对不同直径、分布的通道需要重新设计模板，远不及激光法灵活。因此，本发明实施例优选使用激光刻蚀，特别是优选采用如图3所示的所述激光刻蚀装置完成上文所述的刻蚀处理以形成锂离子扩散通道3。
因此，上述各实施例中所述电极制备方法通过步骤和工艺条件的控制和优化，使得制备的电极具有较大的表面积和丰富的锂离子扩散通道3，从而增大了电极与电解质的接触面积，提高了锂离子扩散速率，赋予电极高的倍率性能和快速充电特性。而且所述电极制备方法能够有效保证制备的电极结构和电化学性能稳定，而且效率高，且刻蚀形成的锂离子扩散通道3尺寸、分布以及形态可控。
又一方面，本发明实施例提供了一种锂电池。所述锂电池包括负极和正极，当然包括锂电池必要的其他部件。如电解质等。其中，所述负极为上文所述电极。由于所述锂电池的负极为上文所述电极。因此，所述电极与电解质接触面积大，锂离子扩散速度快，能够使锂离子以高倍率在电极和电解质之间迁移，使得本发明锂电池具有高倍率性能和超高速充电性能。
基于上文所述电极结构和电化学性能，一实施例中，所述锂电池为固态电池。这样，所述固态电池具有高的倍率性能和超高速充电性能。
以下通过多个具体实施例来举例说明本发明实施例电极及其制备方法和应用等。
一.电池电极及其制备方法实施例
实施例1
本实施例提供一种电极及其制备方法。所述电极为硅碳负极，且在其硅碳活性层上设有离子扩散通道。其中，离子扩散通道呈边长为200μm的六边形密排矩阵分布，且所述离子扩散通道的直径为50μm。
所述电极的制备方法包括如下步骤：
S1.传统硅碳负极制备：按照传统工艺制备硅碳负极，包括混料，涂布，干燥，辊压；
S2.激光微纳加工：将传统硅碳负极置于图3所示样品台9，通过数据采集卡控制激光器4与振镜7配合，将高斯激光束汇聚于硅碳负的硅碳活性层表面，制备出呈六边形密排矩阵分布的微米级锂离子快速扩散通道。控制脉冲激光功率为8.0W，脉冲数为20，控制振镜单步步进200μm，制备出直径为50μm的快速扩散通道，且呈边长为200μm的六边形密排矩阵分布。
实施例2
本实施例提供一种电极及其制备方法。所述电极为硅碳负极，且在其硅碳活性层上设有离子扩散通道。其中，离子扩散通道呈边长为150μm的六边形密排矩阵分布，且所述离子扩散通道的直径为50μm。
所述电极的制备方法包括如下步骤：
S1.传统硅碳负极制备：重复实施例1中的S1；
S2.激光微纳加工：重复实施例1中的S2，控制脉冲激光功率为8.0W，脉冲数为20，控制振镜单步步进150μm，制备出直径为50μm的快速扩散通道，且呈边长为150μm的六边形密排矩阵分布。
实施例3
本实施例提供一种电极及其制备方法。所述电极为硅碳负极，且在其硅碳活性层上设有离子扩散通道。其中，离子扩散通道呈边长为200μm的六边形密排矩阵分布，且所述离子扩散通道的直径为35μm。
所述电极的制备方法包括如下步骤：
S1.传统硅碳负极制备：重复实施例1中的S1；
S2.激光微纳加工：重复实施例1中的S2，控制脉冲激光功率为6.4W，脉冲数为15，控制振镜单步步进200μm，制备出直径为35μm的快速扩散通道，且呈边长为200μm的六边形密排矩阵分布。
实施例4
本实施例提供一种电极及其制备方法。所述电极为硅碳负极，且在其硅碳活性层上设有离子扩散通道。其中，离子扩散通道呈边长为150μm的六边形密排矩阵分布，且所述离子扩散通道的直径为35μm。
所述电极的制备方法包括如下步骤：
S1.传统硅碳负极制备：重复实施例1中的S1；
S2.激光微纳加工：重复实施例1中的S2，控制脉冲激光功率为6.4W，脉冲数为15，控制振镜单步步进150μm，制备出直径为35μm的快速扩散通道，且呈边长为150μm的六边形密排矩阵分布。
实施例5
本实施例提供一种电极及其制备方法。所述电极为硅碳负极，且在其硅碳活性层上设有离子扩散通道。其中，离子扩散通道呈边长为100μm的六边形密排矩阵分布，且所述离子扩散通道的直径为35μm。
所述电极的制备方法包括如下步骤：
S1.传统硅碳负极制备：重复实施例1中的S1；
S2.激光微纳加工：重复实施例1中的S2，控制脉冲激光功率为6.4W，脉冲数为15，控制振镜单步步进100μm，制备出直径为35μm的快速扩散通道，且呈边长为100μm的六边形密排矩阵分布。
实施例6
本实施例提供一种电极及其制备方法。所述电极为硅碳负极，且在其硅碳活性层上设有离子扩散通道。其中，离子扩散通道呈边长为150μm的六边形密排矩阵分布，且所述离子扩散通道的直径为20μm。
所述电极的制备方法包括如下步骤：
S1.传统硅碳负极制备：重复实施例1中的S1；
S2.激光微纳加工：重复实施例1中的S2，控制脉冲激光功率为4.4W，脉冲数为12，控制振镜单步步进150μm，制备出直径为20μm的快速扩散通道，且呈边长为150μm的六边形密排矩阵分布。
实施例7
本实施例提供一种电极及其制备方法。所述电极为硅碳负极，且在其硅碳活性层上设有离子扩散通道。其中，离子扩散通道呈边长为100μm的六边形密排矩阵分布，且所述离子扩散通道的直径为20μm。
所述电极的制备方法包括如下步骤：
S1.传统硅碳负极制备：重复实施例1中的S1；
S2.激光微纳加工：重复实施例1中的S2，控制脉冲激光功率为4.4W，脉冲数为12，控制振镜单步步进100μm，制备出直径为20μm的快速扩散通道，且呈边长为100μm的六边形密排矩阵分布。
对比例
按照实施例1中的步骤S1制备传统硅碳负极。
二.锂固态电池实施例
将实施例1至实施例7和对比例1提供的电极按照锂固态电池如下方法组装成锂固态电池：
负极极片：分别将实施例1至实施例7和对比例1提供电极；
正极极片：镍钴锰酸锂为正极材料的正极片；
固态电解质：锂镧锆氧；
固态电池组装：将所述负极极片、正极极片、固态电解质按照固态电池组装要求组装固态电池。
三.相关特性测试
1.循环性能测试：将锂固态电池实施例中组装的各锂固态电池在4C超高速充电条件下进行循环性能测试(按照GB/T 37201-2018测试循环性能)。其中，实施例1和含对比例电极的锂固态电池的循环曲线如图4所示。由图4可知，在4C超高速充电条件下，传统硅碳负极在200周循环后容量损失率为33.8％，而带有微米级锂离子快速扩散通道的本发明实施例提供的硅碳负极的容量损失率只为4.2％，是前者的1/8。另外，对其他实施例提供的锂固态电池循环性能测试，测试结果与实施例1的循环曲线近似并接近。这表明本发明实施例提供的电极能够有效提高电池的倍率性能，实现超高速充电。
2.超高速充电条件下首次放电容量损失测试：
将锂固态电池实施例中组装的各锂固态电池在6C超高速充电条件下进行首次放电容量损失测试。各锂固态电池的首次放电容量损失如下表1所示：
表1
Figure BDA0002666271320000131
由表1可以看出，本发明实施例提供的电极能够有效降低超高速充电条件下的容量损失，而且适当增大本发明实施例电极所含的离子扩散通道体积所占比例，可以更显著的减小超高速充电条件下的容量损失。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电极，包括集流体和结合在所述集流体表面的活性材料层，其特征在于：在所述活性材料层上开设有离子扩散通道，所述离子扩散通道由所述活性材料层表面向所述集流体方向延伸，且所述离子扩散通道的直径为微米级。
2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于：所述离子扩散通道穿透所述活性材料层延伸至所述集流体或延伸至所述集流体并穿透所述集流体。
3.根据权利要求1或2所述的电极，其特征在于：所述离子扩散通道的直径为20-50μm；和/或
所述离子扩散通道在所述活性材料层分布的体积密度为2％-10％；和/或
所述离子扩散通道是呈六边形的阵列分布于所述活性材料层中。
4.根据权利要求1或2所述的电极，其特征在于：所述活性材料层的厚度为100-200μm；和/或
所述活性材料层所含的活性材料为硅碳活性材料。
5.一种电极的制备方法，包括如下步骤：
提供原电极，所述原电极包括集流体和形成于所述集流体表面的活性材料层；
对所述活性材料层进行刻蚀处理，在所述活性材料层表面形成由所述活性材料层表面向所述集流体方向延伸的离子扩散通道，并使所述离子扩散通道的直径为微米级。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述刻蚀处理为激光刻蚀处理。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述激光刻蚀处理是通过如下激光刻蚀装置实现的：
所述激光刻蚀装置包括激光光源发射器，还包括沿激光光路方向依次设置平凸透镜、扩束镜、双轴振镜和场镜；其中，所述凸透镜用于将由所述激光光源发射器发射的激光汇聚成平行光束，所述扩束镜用于将所述平行光束直径放大至预定尺寸，所述双轴振镜用于控制直径被放大的所述平行光束偏转，所述场镜用于将经偏转的激光聚焦至所述活性材料层表面并进行刻蚀处理。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述平行光束的直径为1-3mm；所述扩束镜用于将所述平行光束直径放大至6-10mm。
9.一种锂电池，包括负极和正极，其特征在于：所述负极为权利要求1-4任一项所述的电极或由权利要求5-8任一项所述的制备方法制备的电极。
10.根据权利要求9所述的锂电池，其特征在于：所述锂电池为固态电池。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023173782A1 (zh) * 2022-03-15 2023-09-21 华南理工大学 一种结构化电极及其制备方法与应用

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