CN115799443A - 一种钠离子电池微孔铝箔电极及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钠离子电池微孔铝箔电极及其制备方法，属于电材料化学技术领域，所述制备方法包括：获取微孔铝箔、高粘度正极活性浆料和高粘度负极活性浆料；将高粘度正极活性浆料或高粘度负极活性浆料分别均匀涂覆至微孔铝箔的涂料区的两侧面，每一侧涂覆后均烘干；将两侧均烘干的微孔铝箔压实，既得所述钠离子电池微孔铝箔电极。所述钠离子电池微孔铝箔电极由该制备方法制得。本发明制备过程简单、成本低，且电极正反面活性涂层能保持一致性，有效发挥电池容量和循环性能，提升钠离子电池能量密度。

Description

一种钠离子电池微孔铝箔电极及其制备方法

技术领域

本发明涉及电材料化学技术领域，具体是一种钠离子电池微孔铝箔电极的制备方法及其制备的钠离子电池微孔铝箔电极。

背景技术

钠离子电池（Sodium-ion battery），是一种二次电池（充电电池），具有价格低、储量丰富的优点，可用于储能系统、低速电动车等领域。其主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作：在充电过程中，钠离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极；在放电过程中，钠离子从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极。

钠离子电池正负极一般使用铝箔作为集流体，在铝箔表面涂布含活性物质的浆料形成极片，正极与负极经叠片或卷绕工序形成钠离子电池，为提升钠离子电池的能量密度，降低铝箔的重量，采用微孔铝箔制作电极结构成为一种可行的方法。

使用微孔铝箔制作电极结构，一方面降低了铝箔重量，有利于提高电池的能量密度；另一方面也使铝箔两面物料联通，正反面一体化，提高了电池的性能；同时还可以为电解液浸润提供通道，提高电解液浸润性，降低内阻，有利于保持电池的倍率性能、放电容量和循环寿命。

现有技术中，专利CN112652775A涉及一种将粉状或块状形态的外涂层直接压覆或涂覆在集流体正反两面形成锂电池电极的技术，该技术将粉状或块状形态的固态外涂层直接压覆在微孔集流体表面形成电极，不利于极片厚度一致性以及大量生产制造，且极片易掉粉导致电池容量和循环性能下降；另一专利CN114899412A中，则是首先采用高分子聚合物和有机溶剂混合处理得到第一胶液涂覆于微孔集流体表面形成保护层，再将外涂层涂覆于保护层表面制得锂电池电极结构，但该电极结构较为复杂，不利于制造过程且增加了极片厚度和成本投入，降低了电池能量密度，导致使用微孔集流体的优点无法发挥。

基于现有技术存在的不足，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钠离子电池微孔铝箔电极的制备方法，该制备方法简化了微孔铝箔电极的制造过程，有利于节约成本，适于大批量生产制造使用，且制备的微孔铝箔电极有利于保持电极一致性，能有效发挥电池容量和循环性能。同时本发明还公开了基于该制备方法制备的钠离子电池微孔铝箔电极。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：一种钠离子电池微孔铝箔电极的制备方法，包括以下步骤：获取微孔铝箔、高粘度正极活性浆料和高粘度负极活性浆料；将高粘度正极活性浆料或高粘度负极活性浆料分别均匀涂覆至微孔铝箔的涂料区的两侧面，每一侧涂覆后均烘干；将两侧均烘干的微孔铝箔压实，既得所述钠离子电池微孔铝箔电极。

在上述制备方法中，所述微孔铝箔由以下方法加工制得：

取厚度10~20μm的薄片铝箔，在薄片铝箔的涂料区以激光刻蚀或化学腐蚀的方式形成若干微孔，清理后既得所述微孔铝箔。

在上述制备方法中，所述微孔铝箔的微孔孔径为1μm~50μm。

在上述制备方法中，所述高粘度正极活性浆料由以下方法制备获得：取正极活性材料、导电剂、粘结剂按照90~99：2~5：2~5的质量比进行混合，混合后搅拌均匀，得正极混合材料；在正极混合材料内加入溶剂形成混合物，持续搅拌直至混合物粘度达到5000-9000mPa.s，过滤后既得所述高粘度正极活性浆料。

在上述制备方法中，所述正极活性材料为过渡金属层状氧化物、聚阴离子化合物或普鲁士蓝类似物。

在上述制备方法中，所述高粘度负极活性浆料由以下方法制备获得：获取质量比90~99：2~5：1~3：2~5的负极活性碳材料、导电剂、分散剂粉末、粘结剂，备用；按照比例将负极活性碳材料、导电剂、分散剂粉末进行混合后持续搅拌，得负极混合材料；在负极混合材料内加入溶剂形成混合物，持续搅拌直至混合物粘度达到5000-9000mPa.s；在混合物内按比例加入粘结剂并持续搅拌至均匀，搅拌后过滤，既得所述高粘度负极活性浆料。

在上述制备方法中，所述负极活性碳材料为硬碳或软碳。

在上述制备方法中，所述高粘度正极活性浆料和高粘度负极活性浆料涂覆的厚度均为50~400μm。

在上述制备方法中，所述微孔铝箔压实后，高粘度正极活性浆料压实密度为2.2~3g/cm³，高粘度负极活性浆料压实密度为0.9~1.3g/cm³。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明采用高粘度浆料直接涂覆在孔径较小的微孔铝箔表面，避免浆料透过微孔铝箔流到反面，采用现有涂覆设备即可进行涂覆生产，简化了生产制造过程且有利于节约成本，并且利用微孔铝箔制作电极结构，一方面降低了铝箔重量，有利于提高电池的能量密度，另一方面也使微孔铝箔两面物料联通，微孔铝箔正反面一体化，提高了电极的性能，同时还可以为电解液浸润提供通道，提高电解液浸润性，降低内阻，有利于保持电池的倍率性能、放电容量和循环寿命。

同时，本发明还基于以上钠离子电池微孔铝箔电极的制备方法，公开了一种钠离子电池微孔铝箔电极，所述钠离子电池微孔铝箔电极由上述的制备方法制得。

本钠离子电池微孔铝箔电极由于采用以上制备方法制得，制备过程简单、成本低，且电极正反面活性涂层能保持一致性，有效发挥电池容量和循环性能，提升钠离子电池能量密度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是钠离子电池微孔铝箔电极的制备方法的流程图；

图2是高粘度正极活性浆料的制备方法的流程图；

图3是高粘度负极活性浆料的制备方法的流程图；

图4是钠离子电池微孔铝箔电极的结构示意图；

图中标号分别表示为：1、微孔铝箔；2、活性浆料涂层；3、铝箔极耳位。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明第一个实施例提供了一种钠离子电池微孔铝箔电极的制备方法，该方法包括以下S1~S3三个步骤：

S1、获取微孔铝箔、高粘度正极活性浆料和高粘度负极活性浆料。

在具体实施时，微孔铝箔可采用以下制备方法制备获得：

取厚度10~20μm的薄片铝箔，在薄片铝箔的涂料区以激光刻蚀或化学腐蚀的方式形成若干微孔，清理后既得所述微孔铝箔。具体的，薄片铝箔的厚度可以是10μm、12μm、14μm、16μm、18μm、20μm。

作为一种具体的选择，所述微孔铝箔的微孔孔径为1μm~50μm。具体的，微孔的孔径可以是10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm。

如图2所示，在具体实施时，高粘度正极活性浆料由以下方法制备获得，该方法包括A1~A2两个步骤：

A1、取正极活性材料、导电剂、粘结剂按照90~99：2~5：2~5的质量比进行混合，混合后搅拌均匀，得正极混合材料。

本步骤中，正极活性材料、导电剂、粘结剂混合后搅拌时间为1~2个小时。优选的，搅拌时间为1.5小时。

A2、在正极混合材料内加入溶剂形成混合物，持续搅拌直至混合物粘度达到5000-9000mPa.s，过滤后既得所述高粘度正极活性浆料。

本步骤中，混合物搅拌时间为3~6个小时。优选的，搅拌时间为4个小时。

作为具体的选择，溶剂可选用去离子水。

需要说明的是，混合物粘度可根据实际需要或微孔孔径进行合理选择，如5000、6000、7000、8000、9000 mPa.s都可根据需要调整。

作为具体的选择，正极活性材料为过渡金属层状氧化物、聚阴离子化合物或普鲁士蓝类似物。

如图3所示，在具体实施时，高粘度负极活性浆料由以下方法制备获得，该方法包括B1~B4共计四个步骤：

B1、获取质量比90~99：2~5：1~3：2~5的负极活性碳材料、导电剂、分散剂、粘结剂，备用；

本步骤中，负极活性碳材料可选用硬碳或软碳。

B2、按照比例将负极活性碳材料、导电剂、分散剂进行混合后持续搅拌，得负极混合材料；

本步骤中，负极活性碳材料、导电剂、分散剂进行混合后持续搅拌时间为1~2个小时。优选的，搅拌时间为1.5小时。

B3、在负极混合材料内加入溶剂形成混合物，持续搅拌直至混合物粘度达到5000-9000mPa.s；

本步骤中，混合物的持续搅拌时间为3~6个小时。优选的，搅拌时间为4个小时。相同的，溶剂同样可采用去离子水。

B4、在混合物内按比例加入粘结剂并持续搅拌至均匀，搅拌后过滤，既得所述高粘度负极活性浆料。

本步骤中，加入粘结剂后再搅拌20~80分钟。优选的，搅拌时间为50分钟。

需要说明的是，在步骤A2和步骤B4中，过滤可采用80~120目的筛网进行过滤。优选的，筛网选用100目筛网。

S2、将高粘度正极活性浆料或高粘度负极活性浆料分别均匀涂覆至微孔铝箔的涂料区的两侧面，每一侧涂覆后均烘干。

在该S2步骤中，正极活性浆料或高粘度负极活性浆料应当在对应侧涂覆完成后开始烘干，烘干后再进行另一侧的涂覆，方可保证同侧的浆料不会通过微孔流到另一侧而影响另一侧的表面平整。

作为具体的选择，高粘度正极活性浆料和高粘度负极活性浆料在涂覆时，可采用现有技术的涂布机进行涂覆，进而简化涂覆流程，无需其余特殊设备即可完成。

作为具体的选择，高粘度正极活性浆料和高粘度负极活性浆料在涂覆时，涂覆的厚度均为50~400μm。优选的，涂覆的厚度为120μm。

需要说明的是，涂料区是指微孔铝箔上设置微孔并需要涂覆浆料的区域，其可根据微孔开始数量、孔径等决定面积大小，也可根据具体使用需求进行划分。

S3、将两侧均烘干的微孔铝箔压实，既得所述钠离子电池微孔铝箔电极。

本步骤中，微孔铝箔可选用辊压机进行辊压。

作为具体的选择，所述微孔铝箔压实后，高粘度正极活性浆料压实密度为2.2~3g/cm³，高粘度负极活性浆料压实密度为0.9~1.3g/cm³。优选的，高粘度正极活性浆料压实密度为2.27g/cm³，高粘度负极活性浆料压实密度为0.98g/cm³。

以上即为钠离子电池微孔铝箔电极的制备方法，结合说明可知：

本制备方法利用高粘度的高粘度正极活性浆料和高粘度负极活性浆料直接涂覆在微孔铝箔上，高粘度导致浆料可以稳定粘附在微孔铝箔表面，无法流入铝箔涂料区的微孔中，可以避免浆料透过微孔流向微孔铝箔的另一侧，并且涂覆时，一侧浆料涂布完成后首先进行烘干，再将另一侧涂料涂覆、烘干后得到双面涂布的电池极片，由于浆料未通过微孔流到相对侧，相对侧表面未出现不平整，涂布时可以控制涂布厚度一致，得到均匀涂布的极片，后续辊压可以顺利进行，进而，使用微孔铝箔制作电极结构，利用高粘度浆料以直接涂覆的方式，一方面降低了铝箔重量，有利于提高电池的能量密度；另一方面也使铝箔两面物料连通，正反面一体化，提高了电池的性能；同时还可以为电解液浸润提供通道，提高电解液浸润性，降低内阻，有利于保持电池的倍率性能、放电容量和循环寿命，且整个制备过程简单，使用设备均可采用现有设备，成本低廉，且由于制备过程简单，也能进行大批量的快速生产制造，相比于现有技术的结构和流程复杂、成本高、电极厚度厚、稳定性差及电池能量密度低等诸多缺陷来说，本制备方法制备的电极结构均有较大改善和提升，适于大面积的技术推广和应用。

为了本发明更好的理解和实施，下面结合具体实施例来进一步的解释和说明。

具体实施例

一种钠离子电池微孔铝箔电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：获取微孔铝箔、高粘度正极活性浆料和高粘度负极活性浆料。

本步骤中，微孔铝箔由以下方法加工制得：

取厚度16μm的薄片铝箔，在薄片铝箔的涂料区以激光刻蚀的方式形成若干孔径25μm的微孔，清理后既得所述微孔铝箔。

本步骤中，高粘度正极活性浆料由以下方法制备获得：

取正极活性材料、导电剂、粘结剂按照93.5：2.5：2.5的质量比进行混合，混合后搅拌均匀，得正极混合材料；其中，所述正极活性材料为过渡金属层状氧化物。

在正极混合材料内加入去离子水形成混合物，持续搅拌直至混合物粘度达到7000mPa.s，过滤后既得所述高粘度正极活性浆料。其中，过滤采用100目筛网过滤。

本步骤中，高粘度负极活性浆料由以下方法制备获得：

获取质量比93.5：2.5：1.5：2.5的负极活性碳材料、导电剂、分散剂粉末、粘结剂，备用；其中，负极活性碳材料为硬碳。

按照比例将负极活性碳材料、导电剂、分散剂粉末进行混合后持续搅拌，得负极混合材料；

在负极混合材料内加入去离子水形成混合物，持续搅拌直至混合物粘度达到7000mPa.s；

在混合物内按比例加入粘结剂并持续搅拌至均匀，搅拌后过滤，既得所述高粘度负极活性浆料；其中，过滤采用100目筛网过滤。

步骤2：将高粘度正极活性浆料和高粘度负极活性浆料分别均匀涂覆至微孔铝箔的涂料区的两侧面，每一侧涂覆后均烘干。

本步骤中，涂覆采用带烘干涂布机执行，涂布后直接利用烘干功能进行烘干，在涂覆时，高粘度正极活性浆料和高粘度负极活性浆料涂覆的厚度均为120μm。

步骤3：将两侧均烘干的微孔铝箔压实，既得所述钠离子电池微孔铝箔电极。

本步骤中，微孔铝箔压实采用辊压机辊压压实，高粘度正极活性浆料压实密度为2.27g/cm³，高粘度负极活性浆料压实密度为0.98g/cm³。

如图4所示，本发明第二个实施例还基于以上实施例的钠离子电池微孔铝箔电极的制备方法，提供了一种钠离子电池微孔铝箔电极，该钠离子电池微孔铝箔电极由上述的制备方法制得。本实施例的钠离子电池微孔铝箔电极制备过程简单、成本低，且电极正反面活性涂层能保持一致性，有效发挥电池容量和循环性能，提升钠离子电池能量密度。

作为具体的结构说明，本实施例的钠离子电池微孔铝箔电极中间为微孔铝箔1，微孔铝箔1位于涂料区的两侧面则为涂覆的活性浆料涂层2（两侧分别为高粘度正极活性浆料和高粘度负极活性浆料），微孔铝箔1在涂料区外侧则还形成有铝箔极耳位3。

需要说明的是，所述铝箔极耳位3包含多种规格形式，可以形成包括全极耳、半极耳、单极耳、多极耳、对极耳等的极耳焊接位，其材质与微孔铝箔1相同，可由微孔铝箔1一体成型，但并不包含微孔也即不设置涂料区。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钠离子电池微孔铝箔电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取微孔铝箔、高粘度正极活性浆料和高粘度负极活性浆料；

将高粘度正极活性浆料和高粘度负极活性浆料分别均匀涂覆至微孔铝箔的涂料区的两侧面，每一侧涂覆后均烘干；

将两侧均烘干的微孔铝箔压实，既得所述钠离子电池微孔铝箔电极。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微孔铝箔由以下方法加工制得：

取厚度10~20μm的薄片铝箔，在薄片铝箔的涂料区以激光刻蚀或化学腐蚀的方式形成若干微孔，清理后既得所述微孔铝箔。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述微孔铝箔的微孔孔径为1μm~50μm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高粘度正极活性浆料由以下方法制备获得：

取正极活性材料、导电剂、粘结剂按照90~99：2~5：2~5的质量比进行混合，混合后搅拌均匀，得正极混合材料；

在正极混合材料内加入溶剂形成混合物，持续搅拌直至混合物粘度达到5000-9000mPa.s，过滤后既得所述高粘度正极活性浆料。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述正极活性材料为过渡金属层状氧化物、聚阴离子化合物或普鲁士蓝类似物。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高粘度负极活性浆料由以下方法制备获得：

获取质量比90~99：2~5：1~3：2~5的负极活性碳材料、导电剂、分散剂、粘结剂，备用；

按照比例将负极活性碳材料、导电剂、分散剂粉末进行混合后持续搅拌，得负极混合材料；

在负极混合材料内加入溶剂形成混合物，持续搅拌直至混合物粘度达到5000-9000mPa.s；

在混合物内按比例加入粘结剂并持续搅拌至均匀，搅拌后过滤，既得所述高粘度负极活性浆料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述负极活性碳材料为硬碳或软碳。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高粘度正极活性浆料和高粘度负极活性浆料涂覆的厚度均为50~400μm。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微孔铝箔压实后，高粘度正极活性浆料压实密度为2.2~3g/cm³，高粘度负极活性浆料压实密度为0.9~1.3g/cm³。

10.一种钠离子电池微孔铝箔电极，其特征在于，该钠离子电池微孔铝箔电极由权利要求1-9任一项所述的制备方法制得。

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