CN118231568A - 一种电池极片及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池极片及其制备方法与应用。涉及锂离子电池相关技术领域。上述电池极片的原料包括以下组分：活性材料；导电材料；辐射固化高分子材料预聚物；水。本发明的电池极片，含有辐射固化高分子材料预聚物，该辐射固化高分子材料预聚物在特定波长的紫外光辐照下，会在极片表面上形成无规则微起伏结构，从而增大了极片表面的比表面积。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池相关技术领域，尤其是涉及一种电池极片及其制备方法与应用。
背景技术
随着新能源汽车和智能装备的快速发展，二次电池市场需求呈现爆发式增长。二次电池，也称为可充电电池或蓄电池，是一种能够在放电后通过充电再次储存和释放电能的电池。与一次性电池不同，二次电池具有可反复使用的特点。二次电池的优点包括长时间使用寿命、可重复充放电、低碳排放等。相比一次性电池，二次电池在长期使用过程中可以节省更多资源，并减少对环境的污染。因此，二次电池广泛应用于各种领域，包括移动通信设备、电动车辆、储能系统等。随着市场竞争的加剧，降低电池成本并提高效率变得越来越受到关注。电池极片是指电池内部的正极和负极的薄片状材料，它们是电池的核心组成部分之一。在电池中，正负极极片分别位于电池的两个电极之间，通过电解质隔离，并与电解质和其他电池元件共同作用以实现电荷的储存和释放，电池的成本和性能在很大程度上取决于极片的制造工艺。
目前的技术中，电池主要通过正负极极片的卷绕实现，化学物质透过极片之间的薄膜进行离子转换以供电。电池生产厂商都致力于提高电池质量的一致性，其中最典型的质量指标是确保极片厚度均匀性和表面质量的一致性。在电池极片的生产过程中，涂料、辊压等环节都有可能导致极片损坏，造成划痕、露箔、颗粒、裂纹等缺陷，首先，涂料的均匀性问题会导致极片表面存在颗粒、划痕或裂纹等缺陷。极片的表面质量对电池的输出功率和循环寿命有重要影响。如果涂料不均匀，或者在涂布过程中存在涂层分离或凝聚，就会导致极片表面存在颗粒、划痕或裂纹等缺陷，这些缺陷会使得电池内阻增加，降低电池的输出功率，同时也会缩短电池的使用寿命。其次，辊压过程中的问题也会导致极片损坏，出现露箔等缺陷。电池极片卷绕时需要经过多次辊压过程，如果辊压过程不够仔细或设备不稳定，就会导致极片损坏，形成露箔的情况。露箔会使电池内部短路，从而导致电池发生局部过热、爆炸等严重事故。这些缺陷对电池的安全性和使用寿命都会产生负面影响，因为电池在使用过程中会不可避免地经历多次充放电循环，这些缺陷也会随着时间的推移逐渐恶化，导致电池的性能越来越差，最终使得电池无法正常工作。常用的涂装方式有刮涂、转移、挤压和微型凹版涂布机，它们的表面都是平整的，这导致电极与电解液/电解质的接触面积仅限于与集流体接触的面积。
基于此，亟需开发一种新型的电池极片，以解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：
提供一种电池极片。
本发明所要解决的第二个技术问题是：
提供一种所述电池极片的制备方法。
本发明所要解决的第三个技术问题是：
所述电池极片的应用。
本发明还提出一种电池。
为了解决所述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种电池极片，所述电池极片的原料包括以下组分：
活性材料；
导电材料；
辐射固化高分子材料预聚物；
水；
所述辐射固化高分子材料预聚物包括丙烯酸环氧酯、丙烯酸酚醛环氧酯、环氧化油的丙烯酸酯、改性丙烯酸环氧酯、聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、不饱和酯、丙烯酸树脂齐聚物和有机硅丙烯酸酯中的至少一种。
根据本发明的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
本发明的电池极片，含有辐射固化高分子材料预聚物，该辐射固化高分子材料预聚物在特定波长的紫外光辐照下，会在极片表面上形成无规则微起伏结构，从而增大了极片表面的比表面积。
根据本发明的一种实施方式，辐射固化高分子材料预聚物包括脂肪族氨酯丙烯酸酯(PUA)，PUA有良好的柔韧性、优异的耐电化学性能和不错的金属附着力。
根据本发明的一种实施方式，所述导电材料与所述辐射固化高分子材料预聚物的重量份比为0.01-0.1：0.98-0.9。
根据本发明的一种实施方式，活性材料颗粒、导电材料颗粒和辐射固化高分子材料预聚物的重量份比为：(1-x-y)：x：y；其中，x为0.01-0.1，y为0.01-0.1。
根据本发明的一种实施方式，x为0.02-0.05，y为0.02-0.05。
根据本发明的一种实施方式，所述活性材料包括LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiMnPO4、LiFexMn(1-x)PO4、LiNixMnyCo(1-x-y)O2、Li(1+x)NiyMnzCo(1-x-y-z)O2和Li(1+x)NiyMn(1-x)CozO2的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，所述活性材料还包括NaxMO2(M为Fe，Co，Ni，Mn，Cr，Ti等过渡金属元素)层状氧化物、NaxM[M’(CN)6]y·zH2O(其中M和M’代表Fe，Co，Ni，Mn，Cu，Zn等过渡金属元素)、普鲁士蓝、普鲁士白、聚阴离子型化合物中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，所述活性材料包括铜铁锰酸钠、铁镍锰酸钠、Na2FeFe(CN)6、以硫酸铁钠、氟磷酸钒钠和磷酸钒钠中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，所述导电材料包括石墨、乙炔黑和碳纳米管中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，所述电池极片的原料还包括金属颗粒，所述金属颗粒包括Pt颗粒、Ag颗粒、Au颗粒和Pd颗粒中的至少一种。本发明电池极片的原料包括金属颗粒，金属颗粒会在极片表面形成金属膜，该金属膜致密，不仅可以抑制电池充放电和储存过程中极片与电解液的反应，起到保护作用，还可以覆盖在极片表面的上述微起伏结构中，进一步增大比表面积。
为了解决所述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种制备所述电池极片的方法，包括以下步骤：
一种制备所述电池极片的方法，包括以下步骤：
S1混合活性材料、导电材料和辐射固化高分子材料预聚物于水中，形成混合物；
S2将所述混合物施加至集流体表面，经170-172nm波长的紫外光辐照固化、电子束固化，得到预处理极片；
S3在所述预处理极片的表面真空蒸镀金属颗粒，得到所述电池极片。
根据本发明的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
本发明制备所述电池极片的方法中，将所述混合物施加至集流体表面后，先170-172nm波长的紫外光辐照固化，由于此波段的紫外光穿透能力有限，其仅对涂层表面0.1μm厚度左右的涂层进行光固化，而更深厚度的预聚物则仍然处于液态，这样光固化的表层浆料由于收缩的原因，就会生成均匀皱褶而产生微观上的凹凸表面，该凹凸表面使得极片表面上形成无规则微起伏结构，从而增大了极片表面的比表面积，比表面积的增大使得极片电阻变小，电流流过时产生的热量少、温度升高度数小、电极氧化慢。随后，在进一步的电子束固化步骤中，使得混合物完全固化，得到极片。
根据本发明的实施方式，还包括以下步骤：在所述电池极片的表面真空蒸镀金属颗粒，得到含有金属颗粒的电池极片。
在所述电池极片的表面真空蒸镀金属颗粒，以在极片的表面上形成一层金属膜，该金属膜致密，不仅可以抑制电池充放电和储存过程中极片与电解液的反应，起到保护作用，还可以覆盖在极片表面的上述微起伏结构中，进一步增大比表面积，从而有效延长电池使用寿命，改善循环性能。
根据本发明的一种实施方式，还包括以下步骤：在保护气氛中，将得到的所述含有金属颗粒的电池极片进行退火处理。由于在制备的极片中，极片表面的上述微起伏结构上覆盖有一层致密，却不均匀的金属膜，对该极片进行进一步的退火处理，由于微起伏结构的特殊性，上述金属膜虽然致密，但并不是均匀的，在退火过程中，上述金属膜会在微起伏结构的极片表面上形成细微的纳米孔洞结构，该纳米孔洞结构，一方面进一步增大极片表面的比表面积，另一方面具有储存锂或钠离子的功能。
根据本发明的一种实施方式，所述退火处理，温度为200-280℃。退火的温度会直接影响到金属膜在极片表面的形貌，当温度过高或过低时，可能导致无法得到本发明的所述电池极片。
根据本发明的一种实施方式，所述保护气氛，包括氮气气氛和氩气气氛中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，所述混合物中，固含量为40-70％。固含量大于70％，会影响混合工艺和准分子工艺效果；固含量低于40％，会影响烘干效果。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，还包括以下步骤：采用湿法涂布工艺将所述混合物施加至集流体表面。
根据本发明的一种实施方式，所述湿法涂布工艺包括刮刀式、辊涂转移式和狭缝挤压式的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，集流体的厚度为3-30μm，幅宽为200-2000μm。
根据本发明的一种实施方式，集流体的厚度为8-20μm。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，集流体上混合物的重量为5-50g/cm2。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，集流体上混合物的重量为10-30g/cm2。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，集流体为金属薄膜。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，集流体为铜箔或者铝箔。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，紫外光辐照固化时，紫外光波长为170-172nm。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，紫外光辐照固化时，紫外光波长为172nm。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，紫外光辐照固化时，辐射照度为1-100mW/cm2。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，紫外光辐照固化时，辐射照度为1-50mW/cm2。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，紫外光辐照固化时，辐照设备电子加速器的电压为80-500kV。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，紫外光辐照固化时，辐照设备电子加速器的剂量为20-200kGy。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，紫外光辐照固化时，辐照设备电子加速器的剂量为20-80kGy。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，紫外光辐照固化时，氮气中氧含量为10～500ppm。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，紫外光辐照固化时，氮气中氧含量为10～100ppm。
根据本发明的一种实施方式，步骤S3中，还包括将所述电池极片进行辊压，以形成高密度极片的步骤。
本发明的另一个方面，还提供一种正极、隔膜、电解液和负极。包括如上述第1方面实施例所述的电池极片。由于该应用采用了上述电池极片的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。
本发明的另一个方面，本发明的电池极片，适用于各种电能储存的电化学装置，包含锂离子电池、钠离子电池、锌电池、固态电池，超级电容器的至少一种。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为实施例14中的极片的截面示意图。
具体实施方式
本发明中的词语“优选地”、“更优选地”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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，都属于本发明的范围。
本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
一种电池极片，上述电池极片的原料包括以下组分：
活性材料；
导电材料；
辐射固化高分子材料预聚物；
金属颗粒；
水；
上述活性材料为三元镍钴锰酸锂；
上述导电材料为乙炔黑；
上述辐射固化高分子材料预聚物为脂肪族氨酯丙烯酸酯；
上述金属颗粒为铝。
制备上述电池极片，包括以下步骤：
S1将30g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分散在600g纯净水中，然后将450g活性物质三元镍钴锰酸锂(NCM523)和20g导电剂乙炔黑加入分散液中，搅拌速度60rpm，分散速度3500rpm，直至浆料细度小于10μm，得到混合物；
S2通过刮刀涂布设备，将混合物均匀地施加至铝箔表面，依次经过准分子发生器、短烘箱排水和电子束辐照设备固化。其中，铝箔的传送速度为15m/s；其中，电子束辐照设备固化的过程包括：在氧含量低于80ppm的氮气条件下，经172nm波长的紫外光辐照固化，再进一步用电子加速器进行辐照固化，加速器的电压为250kV，辐射剂量为60kGy，得到预处理极片；
S3在上述预处理极片放入真空蒸镀机的样品室，将Al靶材放入蒸发室，将真空蒸镀机的真空度抽至2.0×10-3pa，设置蒸镀距离为15cm、蒸发电流为350A、电压为5V，蒸镀3min后取出极片，得到上述电池极片。
使用数字化测量仪器来测量物体表面的三维坐标数据，并通过计算得出电极的比表面积为2.1。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于：活性材料不同。其中，实施例1的活性材料为三元镍钴锰酸锂，实施例2的活性材料为人造石墨。
一种电池极片，上述电池极片的原料包括以下组分：
活性材料；
导电材料；
辐射固化高分子材料预聚物；
金属颗粒；
水；
上述活性材料为人造石墨；
上述导电材料为乙炔黑；
上述辐射固化高分子材料预聚物为脂肪族氨酯丙烯酸酯；
上述金属颗粒为铝。
制备上述电池极片，包括以下步骤：
S1将30g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分散在700g纯净水中，然后将450g活性物质人造石墨和20g导电剂乙炔黑加入分散液中，搅拌速度60rpm，分散速度3500rpm，直至浆料细度小于10μm，得到混合物；
S2通过刮刀涂布设备，将混合物均匀地施加至铝箔表面，依次经过准分子发生器、短烘箱排水和电子束辐照设备固化。其中，铝箔的传送速度为15m/s；其中，电子束辐照设备固化的过程包括：在氧含量低于80ppm的氮气条件下，经172nm波长的紫外光辐照固化，再进一步用电子加速器进行辐照固化，加速器的电压为250kV，辐射剂量为60kGy，得到预处理极片；
S3在上述预处理极片放入真空蒸镀机的样品室，将Al靶材放入蒸发室，将真空蒸镀机的真空度抽至2.0×10-3pa，设置蒸镀距离为15cm、蒸发电流为350A、电压为5V，蒸镀3min后取出极片，得到上述电池极片。
使用数字化测量仪器来测量物体表面的三维坐标数据，并通过计算得出电极的比表面积为2.3。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于：活性材料不同。其中，实施例1的活性材料为三元镍钴锰酸锂，实施例3的活性材料为镍铁锰酸钠。
一种电池极片，上述电池极片的原料包括以下组分：
活性材料；
导电材料；
辐射固化高分子材料预聚物；
金属颗粒；
水；
上述活性材料为镍铁锰酸钠；
上述导电材料为乙炔黑；
上述辐射固化高分子材料预聚物为脂肪族氨酯丙烯酸酯；
上述金属颗粒为铝。
制备上述电池极片，包括以下步骤：
S1将25g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分散在700g纯净水中，然后将465g活性物质镍铁锰酸钠和10g导电剂乙炔黑加入分散液中，搅拌速度60rpm，分散速度3500rpm，直至浆料细度小于10μm，得到混合物；
S2通过刮刀涂布设备，将混合物均匀地施加至铝箔表面，依次经过准分子发生器、短烘箱排水和电子束辐照设备固化。其中，铝箔的传送速度为15m/s；其中，电子束辐照设备固化的过程包括：在氧含量低于80ppm的氮气条件下，经172nm波长的紫外光辐照固化，再进一步用电子加速器进行辐照固化，加速器的电压为250kV，辐射剂量为60kGy，得到预处理极片；
S3在上述预处理极片放入真空蒸镀机的样品室，将Al靶材放入蒸发室，将真空蒸镀机的真空度抽至2.0×10-3pa，设置蒸镀距离为15cm、蒸发电流为350A、电压为5V，蒸镀3min后取出极片，得到上述电池极片。
使用数字化测量仪器来测量物体表面的三维坐标数据，并通过计算得出电极的比表面积为2.0。
实施例4
实施例4与实施例2的区别在于：原料用量不同。其中，实施例2的活性材料、导电材料、辐射固化高分子材料预聚物的用量依次为450g、20g和30g，实施例4的活性材料、导电材料、辐射固化高分子材料预聚物的用量依次为465g、10g和25g。
一种电池极片，上述电池极片的原料包括以下组分：
活性材料；
导电材料；
辐射固化高分子材料预聚物；
金属颗粒；
水；
上述活性材料为人造石墨；
上述导电材料为乙炔黑；
上述辐射固化高分子材料预聚物为脂肪族氨酯丙烯酸酯；
上述金属颗粒为铝。
制备上述电池极片，包括以下步骤：
S1将25g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分散在700g纯净水中，然后将465g活性物质人造石墨和10g导电剂乙炔黑加入分散液中，搅拌速度60rpm，分散速度3500rpm，直至浆料细度小于10μm，得到混合物；
S2通过刮刀涂布设备，将混合物均匀地施加至铝箔表面，依次经过准分子发生器、短烘箱排水和电子束辐照设备固化。其中，铝箔的传送速度为15m/s；其中，电子束辐照设备固化的过程包括：在氧含量低于80ppm的氮气条件下，经172nm波长的紫外光辐照固化，再进一步用电子加速器进行辐照固化，加速器的电压为250kV，辐射剂量为60kGy，得到预处理极片；
S3在上述预处理极片放入真空蒸镀机的样品室，将Al靶材放入蒸发室，将真空蒸镀机的真空度抽至2.0×10-3pa，设置蒸镀距离为15cm、蒸发电流为350A、电压为5V，蒸镀3min后取出极片，得到上述电池极片。
使用数字化测量仪器来测量物体表面的三维坐标数据，并通过计算得出电极的比表面积为2.2。
实施例5
实施例5与实施例2的区别在于：原料用量不同。其中，实施例2的活性材料、导电材料、辐射固化高分子材料预聚物的用量依次为450g、20g和30g，实施例5的活性材料、导电材料、辐射固化高分子材料预聚物的用量依次为465g、12g和30g。
一种电池极片，上述电池极片的原料包括以下组分：
活性材料；
导电材料；
辐射固化高分子材料预聚物；
金属颗粒；
水；
上述活性材料为人造石墨；
上述导电材料为乙炔黑；
上述辐射固化高分子材料预聚物为脂肪族氨酯丙烯酸酯；
上述金属颗粒为铝。
制备上述电池极片，包括以下步骤：
S1将30g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分散在700g纯净水中，然后将465g活性物质人造石墨和12g导电剂乙炔黑加入分散液中，搅拌速度60rpm，分散速度3500rpm，直至浆料细度小于10μm，得到混合物；
S2通过刮刀涂布设备，将混合物均匀地施加至铝箔表面，依次经过准分子发生器、短烘箱排水和电子束辐照设备固化。其中，铝箔的传送速度为15m/s；其中，电子束辐照设备固化的过程包括：在氧含量低于80ppm的氮气条件下，经172nm波长的紫外光辐照固化，再进一步用电子加速器进行辐照固化，加速器的电压为250kV，辐射剂量为60kGy，得到预处理极片；
S3在上述预处理极片放入真空蒸镀机的样品室，将Al靶材放入蒸发室，将真空蒸镀机的真空度抽至2.0×10-3pa，设置蒸镀距离为15cm、蒸发电流为350A、电压为5V，蒸镀3min后取出极片，得到上述电池极片。
使用数字化测量仪器来测量物体表面的三维坐标数据，并通过计算得出电极的比表面积为2.2。
实施例6
实施例6与实施例2的区别在于：辐射剂量不同。其中，实施例2的辐射剂量为60kGy，实施例6的辐射剂量为50kGy。
一种电池极片，上述电池极片的原料包括以下组分：
活性材料；
导电材料；
辐射固化高分子材料预聚物；
金属颗粒；
水；
上述活性材料为人造石墨；
上述导电材料为乙炔黑；
上述辐射固化高分子材料预聚物为脂肪族氨酯丙烯酸酯；
上述金属颗粒为铝。
制备上述电池极片，包括以下步骤：
S1将30g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分散在700g纯净水中，然后将450g活性物质人造石墨和20g导电剂乙炔黑加入分散液中，搅拌速度60rpm，分散速度3500rpm，直至浆料细度小于10μm，得到混合物；
S2通过刮刀涂布设备，将混合物均匀地施加至铝箔表面，依次经过准分子发生器、短烘箱排水和电子束辐照设备固化。其中，铝箔的传送速度为15m/s；其中，电子束辐照设备固化的过程包括：在氧含量低于80ppm的氮气条件下，经172nm波长的紫外光辐照固化，再进一步用电子加速器进行辐照固化，加速器的电压为250kV，辐射剂量为50kGy，得到预处理极片；
S3在上述预处理极片放入真空蒸镀机的样品室，将Al靶材放入蒸发室，将真空蒸镀机的真空度抽至2.0×10-3pa，设置蒸镀距离为15cm、蒸发电流为350A、电压为5V，蒸镀3min后取出极片，得到上述电池极片。
使用数字化测量仪器来测量物体表面的三维坐标数据，并通过计算得出电极的比表面积为1.9。
实施例7
实施例6与实施例2的区别在于：辐射剂量不同。其中，实施例2的辐射剂量为60kGy，实施例6的辐射剂量为70kGy。
一种电池极片，上述电池极片的原料包括以下组分：
活性材料；
导电材料；
辐射固化高分子材料预聚物；
金属颗粒；
水；
上述活性材料为人造石墨；
上述导电材料为乙炔黑；
上述辐射固化高分子材料预聚物为脂肪族氨酯丙烯酸酯；
上述金属颗粒为铝。
制备上述电池极片，包括以下步骤：
S1将30g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分散在700g纯净水中，然后将450g活性物质人造石墨和20g导电剂乙炔黑加入分散液中，搅拌速度60rpm，分散速度3500rpm，直至浆料细度小于10μm，得到混合物；
S2通过刮刀涂布设备，将混合物均匀地施加至铝箔表面，依次经过准分子发生器、短烘箱排水和电子束辐照设备固化。其中，铝箔的传送速度为15m/s；其中，电子束辐照设备固化的过程包括：在氧含量低于80ppm的氮气条件下，经172nm波长的紫外光辐照固化，再进一步用电子加速器进行辐照固化，加速器的电压为250kV，辐射剂量为70kGy，得到预处理极片；
S3在上述预处理极片放入真空蒸镀机的样品室，将Al靶材放入蒸发室，将真空蒸镀机的真空度抽至2.0×10-3pa，设置蒸镀距离为15cm、蒸发电流为350A、电压为5V，蒸镀3min后取出极片，得到上述电池极片。
使用数字化测量仪器来测量物体表面的三维坐标数据，并通过计算得出电极的比表面积为2.1。
实施例8
实施例8与实施例2的区别在于：金属颗粒不同。其中，实施例2的金属颗粒为铝，实施例8的金属颗粒为铂。
一种电池极片，上述电池极片的原料包括以下组分：
活性材料；
导电材料；
辐射固化高分子材料预聚物；
金属颗粒；
水；
上述活性材料为人造石墨；
上述导电材料为乙炔黑；
上述辐射固化高分子材料预聚物为脂肪族氨酯丙烯酸酯；
上述金属颗粒为铝。
制备上述电池极片，包括以下步骤：
S1将30g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分散在700g纯净水中，然后将450g活性物质人造石墨和20g导电剂乙炔黑加入分散液中，搅拌速度60rpm，分散速度3500rpm，直至浆料细度小于10μm，得到混合物；
S2通过刮刀涂布设备，将混合物均匀地施加至铝箔表面，依次经过准分子发生器、短烘箱排水和电子束辐照设备固化。其中，铝箔的传送速度为15m/s；其中，电子束辐照设备固化的过程包括：在氧含量低于80ppm的氮气条件下，经172nm波长的紫外光辐照固化，再进一步用电子加速器进行辐照固化，加速器的电压为250kV，辐射剂量为60kGy，得到预处理极片；
S3在上述预处理极片放入真空蒸镀机的样品室，将Pt靶材放入蒸发室，将真空蒸镀机的真空度抽至2.0×10-3pa，设置蒸镀距离为15cm、蒸发电流为350A、电压为5V，蒸镀3min后取出极片，得到上述电池极片。
使用数字化测量仪器来测量物体表面的三维坐标数据，并通过计算得出电极的比表面积为2.6。
实施例9
实施例9与实施例2的区别在于：金属颗粒不同。其中，实施例2的金属颗粒为铝，实施例9的金属颗粒为金。
一种电池极片，上述电池极片的原料包括以下组分：
活性材料；
导电材料；
辐射固化高分子材料预聚物；
金属颗粒；
水；
上述活性材料为人造石墨；
上述导电材料为乙炔黑；
上述辐射固化高分子材料预聚物为脂肪族氨酯丙烯酸酯；
上述金属颗粒为金。
制备上述电池极片，包括以下步骤：
S1将30g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分散在700g纯净水中，然后将450g活性物质人造石墨和20g导电剂乙炔黑加入分散液中，搅拌速度60rpm，分散速度3500rpm，直至浆料细度小于10μm，得到混合物；
S2通过刮刀涂布设备，将混合物均匀地施加至铝箔表面，依次经过准分子发生器、短烘箱排水和电子束辐照设备固化。其中，铝箔的传送速度为15m/s；其中，电子束辐照设备固化的过程包括：在氧含量低于80ppm的氮气条件下，经172nm波长的紫外光辐照固化，再进一步用电子加速器进行辐照固化，加速器的电压为250kV，辐射剂量为60kGy，得到预处理极片；
S3在上述预处理极片放入真空蒸镀机的样品室，将Au靶材放入蒸发室，将真空蒸镀机的真空度抽至2.0×10-3pa，设置蒸镀距离为15cm、蒸发电流为350A、电压为5V，蒸镀3min后取出极片，得到上述电池极片。
使用数字化测量仪器来测量物体表面的三维坐标数据，并通过计算得出电极的比表面积为2.3。
实施例10
实施例10与实施例2的区别在于：金属颗粒不同。其中，实施例2的金属颗粒为铝，实施例10的金属颗粒为钯。
一种电池极片，上述电池极片的原料包括以下组分：
活性材料；
导电材料；
辐射固化高分子材料预聚物；
金属颗粒；
水；
上述活性材料为人造石墨；
上述导电材料为乙炔黑；
上述辐射固化高分子材料预聚物为脂肪族氨酯丙烯酸酯；
上述金属颗粒为钯。
制备上述电池极片，包括以下步骤：
S1将30g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分散在700g纯净水中，然后将450g活性物质人造石墨和20g导电剂乙炔黑加入分散液中，搅拌速度60rpm，分散速度3500rpm，直至浆料细度小于10μm，得到混合物；
S2通过刮刀涂布设备，将混合物均匀地施加至铝箔表面，依次经过准分子发生器、短烘箱排水和电子束辐照设备固化。其中，铝箔的传送速度为15m/s；其中，电子束辐照设备固化的过程包括：在氧含量低于80ppm的氮气条件下，经172nm波长的紫外光辐照固化，再进一步用电子加速器进行辐照固化，加速器的电压为250kV，辐射剂量为60kGy，得到预处理极片；
S3在上述预处理极片放入真空蒸镀机的样品室，将Pd靶材放入蒸发室，将真空蒸镀机的真空度抽至2.0×10-3pa，设置蒸镀距离为15cm、蒸发电流为350A、电压为5V，蒸镀3min后取出极片，得到上述电池极片。
使用数字化测量仪器来测量物体表面的三维坐标数据，并通过计算得出电极的比表面积为2.5。
实施例11
实施例11与实施例2的区别在于：导电材料不同。其中，实施例2的导电材料为乙炔黑，实施例11的导电材料为碳纳米管。
一种电池极片，上述电池极片的原料包括以下组分：
活性材料；
导电材料；
辐射固化高分子材料预聚物；
金属颗粒；
水；
上述活性材料为人造石墨；
上述导电材料为碳纳米管；
上述辐射固化高分子材料预聚物为脂肪族氨酯丙烯酸酯；
上述金属颗粒为铝。
制备上述电池极片，包括以下步骤：
S1将30g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分散在700g纯净水中，然后将450g活性物质人造石墨和20g导电剂乙炔黑加入分散液中，搅拌速度60rpm，分散速度3500rpm，直至浆料细度小于10μm，得到混合物；
S2通过刮刀涂布设备，将混合物均匀地施加至铝箔表面，依次经过准分子发生器、短烘箱排水和电子束辐照设备固化。其中，铝箔的传送速度为15m/s；其中，电子束辐照设备固化的过程包括：在氧含量低于80ppm的氮气条件下，经172nm波长的紫外光辐照固化，再进一步用电子加速器进行辐照固化，加速器的电压为250kV，辐射剂量为60kGy，得到预处理极片；
S3在上述预处理极片放入真空蒸镀机的样品室，将Al靶材放入蒸发室，将真空蒸镀机的真空度抽至2.0×10-3pa，设置蒸镀距离为15cm、蒸发电流为350A、电压为5V，蒸镀3min后取出极片，得到上述电池极片。
使用数字化测量仪器来测量物体表面的三维坐标数据，并通过计算得出电极的比表面积为2.3。
实施例12
实施例12与实施例2的区别在于：加速器的电压不同。其中，实施例2的加速器的电压为250kV，实施例12的加速器的电压为200kV。
一种电池极片，上述电池极片的原料包括以下组分：
活性材料；
导电材料；
辐射固化高分子材料预聚物；
金属颗粒；
水；
上述活性材料为人造石墨；
上述导电材料为乙炔黑；
上述辐射固化高分子材料预聚物为脂肪族氨酯丙烯酸酯；
上述金属颗粒为铝。
制备上述电池极片，包括以下步骤：
S1将30g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分散在700g纯净水中，然后将450g活性物质人造石墨和20g导电剂乙炔黑加入分散液中，搅拌速度60rpm，分散速度3500rpm，直至浆料细度小于10μm，得到混合物；
S2通过刮刀涂布设备，将混合物均匀地施加至铝箔表面，依次经过准分子发生器、短烘箱排水和电子束辐照设备固化。其中，铝箔的传送速度为15m/s；其中，电子束辐照设备固化的过程包括：在氧含量低于80ppm的氮气条件下，经172nm波长的紫外光辐照固化，再进一步用电子加速器进行辐照固化，加速器的电压为200kV，辐射剂量为60kGy，得到预处理极片；
S3在上述预处理极片放入真空蒸镀机的样品室，将Al靶材放入蒸发室，将真空蒸镀机的真空度抽至2.0×10-3pa，设置蒸镀距离为15cm、蒸发电流为350A、电压为5V，蒸镀3min后取出极片，得到上述电池极片。
使用数字化测量仪器来测量物体表面的三维坐标数据，并通过计算得出电极的比表面积为2.3。
实施例13
实施例13与实施例2的区别在于：步骤S2中，氧含量不同。其中，实施例2的氧含量为低于80ppm，实施例13的氧含量为低于100ppm。
一种电池极片，上述电池极片的原料包括以下组分：
活性材料；
导电材料；
辐射固化高分子材料预聚物；
金属颗粒；
水；
上述活性材料为人造石墨；
上述导电材料为乙炔黑；
上述辐射固化高分子材料预聚物为脂肪族氨酯丙烯酸酯；
上述金属颗粒为铝。
制备上述电池极片，包括以下步骤：
S1将30g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分散在700g纯净水中，然后将450g活性物质人造石墨和20g导电剂乙炔黑加入分散液中，搅拌速度60rpm，分散速度3500rpm，直至浆料细度小于10μm，得到混合物；
S2通过刮刀涂布设备，将混合物均匀地施加至铝箔表面，依次经过准分子发生器、短烘箱排水和电子束辐照设备固化。其中，铝箔的传送速度为15m/s，然后在氧含量低于100ppm的氮气条件下，经172nm波长的紫外光辐照固化，再进一步用电子加速器进行辐照固化，加速器的电压为250kV，辐射剂量为60kGy，得到预处理极片；
S3在上述预处理极片放入真空蒸镀机的样品室，将Al靶材放入蒸发室，将真空蒸镀机的真空度抽至2.0×10-3pa，设置蒸镀距离为15cm、蒸发电流为350A、电压为5V，蒸镀3min后取出极片，得到上述电池极片。
使用数字化测量仪器来测量物体表面的三维坐标数据，并通过计算得出电极的比表面积为2.4。
实施例14
实施例14与实施例2的区别在于：实施例14还包括退火的步骤。
一种电池极片，上述电池极片的原料包括以下组分：
活性材料；
导电材料；
辐射固化高分子材料预聚物；
金属颗粒；
水；
上述活性材料为人造石墨；
上述导电材料为乙炔黑；
上述辐射固化高分子材料预聚物为脂肪族氨酯丙烯酸酯；
上述金属颗粒为铝。
制备上述电池极片，包括以下步骤：
S1将30g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分散在700g纯净水中，然后将450g活性物质人造石墨和20g导电剂乙炔黑加入分散液中，搅拌速度60rpm，分散速度3500rpm，直至浆料细度小于10μm，得到混合物；
S2通过刮刀涂布设备，将混合物均匀地施加至铝箔表面，依次经过准分子发生器、短烘箱排水和电子束辐照设备固化。其中，铝箔的传送速度为15m/s；其中，电子束辐照设备固化的过程包括：在氧含量低于80ppm的氮气条件下，经172nm波长的紫外光辐照固化，再进一步用电子加速器进行辐照固化，加速器的电压为250kV，辐射剂量为60kGy，得到预处理极片；
S3在上述预处理极片放入真空蒸镀机的样品室，将Al靶材放入蒸发室，将真空蒸镀机的真空度抽至2.0×10-3pa，设置蒸镀距离为15cm、蒸发电流为350A、电压为5V，蒸镀3min后取出极片；
S4将步骤S2得到的产物放入管式高温炉，以95sccm氩气为保护气体，温度为280℃，保温时间为90分钟的条件进行退火，得到上述电池极片。实施例14的极片的截面示意图如图1所示。
使用数字化测量仪器来测量物体表面的三维坐标数据，并通过计算得出电极的比表面积为2.9。
实施例15
实施例15与实施例14的区别在于：退火的温度不同。
一种电池极片，上述电池极片的原料包括以下组分：
活性材料；
导电材料；
辐射固化高分子材料预聚物；
金属颗粒；
水；
上述活性材料为人造石墨；
上述导电材料为乙炔黑；
上述辐射固化高分子材料预聚物为脂肪族氨酯丙烯酸酯；
上述金属颗粒为铝。
制备上述电池极片，包括以下步骤：
S1将30g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分散在700g纯净水中，然后将450g活性物质人造石墨和20g导电剂乙炔黑加入分散液中，搅拌速度60rpm，分散速度3500rpm，直至浆料细度小于10μm，得到混合物；
S2通过刮刀涂布设备，将混合物均匀地施加至铝箔表面，依次经过准分子发生器、短烘箱排水和电子束辐照设备固化。其中，铝箔的传送速度为15m/s；其中，电子束辐照设备固化的过程包括：在氧含量低于80ppm的氮气条件下，经172nm波长的紫外光辐照固化，再进一步用电子加速器进行辐照固化，加速器的电压为250kV，辐射剂量为60kGy，得到预处理极片；
S3在上述预处理极片放入真空蒸镀机的样品室，将Al靶材放入蒸发室，将真空蒸镀机的真空度抽至2.0×10-3pa，设置蒸镀距离为15cm、蒸发电流为350A、电压为5V，蒸镀3min后取出极片；
S4将步骤S2得到的产物放入管式高温炉，以95sccm氩气为保护气体，温度为250℃，保温时间为90分钟的条件进行退火，得到上述电池极片。
使用数字化测量仪器来测量物体表面的三维坐标数据，并通过计算得出电极的比表面积为3.2。
实施例16
实施例16与实施例1的区别在于：实施例16的上述电池极片的原料中不含有金属颗粒。
一种电池极片，上述电池极片的原料包括以下组分：
活性材料；
导电材料；
辐射固化高分子材料预聚物；
水；
上述活性材料为三元镍钴锰酸锂；
上述导电材料为乙炔黑；
上述辐射固化高分子材料预聚物为脂肪族氨酯丙烯酸酯；
上述金属颗粒为铝。
制备上述电池极片，包括以下步骤：
S1将30g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分散在600g纯净水中，然后将450g活性物质三元镍钴锰酸锂(NCM523)和20g导电剂乙炔黑加入分散液中，搅拌速度60rpm，分散速度3500rpm，直至浆料细度小于10μm，得到混合物；
S2通过刮刀涂布设备，将混合物均匀地施加至铝箔表面，依次经过准分子发生器、短烘箱排水和电子束辐照设备固化。其中，铝箔的传送速度为15m/s；其中，电子束辐照设备固化的过程包括：在氧含量低于80ppm的氮气条件下，经172nm波长的紫外光辐照固化，再进一步用电子加速器进行辐照固化，加速器的电压为250kV，辐射剂量为60kGy，得到上述电池极片。
使用数字化测量仪器来测量物体表面的三维坐标数据，并通过计算得出电极的比表面积为1.6。
实施例17
实施例17与实施例16的区别在于：实施例17的步骤S2中，铝箔经过短烘箱排水后，使用带纹理的辊压实铝箔，使铝箔表面的混合物压印出现凹凸纹理，再使用电子束辐照设备固化，且电子束辐照设备固化过程中不含有预固化的步骤。
一种电池极片，上述电池极片的原料包括以下组分：
活性材料；
导电材料；
辐射固化高分子材料预聚物；
水；
上述活性材料为三元镍钴锰酸锂；
上述导电材料为乙炔黑；
上述辐射固化高分子材料预聚物为脂肪族氨酯丙烯酸酯。
制备上述电池极片，包括以下步骤：
S1将30g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分散在600g纯净水中，然后将450g活性物质三元镍钴锰酸锂(NCM523)和20g导电剂乙炔黑加入分散液中，搅拌速度60rpm，分散速度3500rpm，直至浆料细度小于10μm，得到混合物；
S2通过刮刀涂布设备，将混合物均匀地施加至铝箔表面，将铝箔经过短烘箱排水，随后使用带纹理的辊压实铝箔，再使用电子束辐照设备固化。其中，铝箔的传送速度为15m/s；其中，使用电子加速器进行辐照固化时，加速器的电压为250kV，辐射剂量为60kGy，得到预处理极片；
S3在上述预处理极片放入真空蒸镀机的样品室，将Al靶材放入蒸发室，将真空蒸镀机的真空度抽至2.0×10-3pa，设置蒸镀距离为15cm、蒸发电流为350A、电压为5V，蒸镀3min后取出极片，得到上述电池极片。
实施例18
实施例18与实施例1的区别在于：实施例18的步骤S2中，铝箔经过短烘箱排水后，使用带纹理的辊压实铝箔，再使用电子束辐照设备固化，且电子束辐照设备固化过程中不含有预固化的步骤。
一种电池极片，上述电池极片的原料包括以下组分：
活性材料；
导电材料；
辐射固化高分子材料预聚物；
金属颗粒；
水；
上述活性材料为三元镍钴锰酸锂；
上述导电材料为乙炔黑；
上述辐射固化高分子材料预聚物为脂肪族氨酯丙烯酸酯；
上述金属颗粒为铝。
制备上述电池极片，包括以下步骤：
S1将30g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分散在600g纯净水中，然后将450g活性物质三元镍钴锰酸锂(NCM523)和20g导电剂乙炔黑加入分散液中，搅拌速度60rpm，分散速度3500rpm，直至浆料细度小于10μm，得到混合物；
S2通过刮刀涂布设备，将混合物均匀地施加至铝箔表面，将铝箔经过短烘箱排水，随后使用带纹理的辊压实铝箔，再使用电子束辐照设备固化。其中，铝箔的传送速度为15m/s；其中，使用电子加速器进行辐照固化时，加速器的电压为250kV，辐射剂量为60kGy，得到预处理极片；
S3在上述预处理极片放入真空蒸镀机的样品室，将Al靶材放入蒸发室，将真空蒸镀机的真空度抽至2.0×10-3pa，设置蒸镀距离为15cm、蒸发电流为350A、电压为5V，蒸镀3min后取出极片，得到上述电池极片。
性能测试：
将实施例1-18的电池极片与钠片组装成半电池，并进行以下测试，测试结果如表1。
库伦效率测试：将电池置于25℃恒温条件下，以相对于电池的理论容量为0.05C(20h，以正极计算，1C＝1mA)的电流值进行恒流充电，在电压为5V时结束充电。以此获得电池的库伦效率和放电容量，另通过测试电池EIS表征阻抗。
表1
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以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种电池极片，其特征在于：所述电池极片的原料包括以下组分：
活性材料；
导电材料；
辐射固化高分子材料预聚物；
水；
所述辐射固化高分子材料预聚物包括丙烯酸环氧酯、丙烯酸酚醛环氧酯、环氧化油的丙烯酸酯、改性丙烯酸环氧酯、聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、不饱和酯、丙烯酸树脂齐聚物和有机硅丙烯酸酯中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种电池极片，其特征在于：所述导电材料与所述辐射固化高分子材料预聚物的重量份比为0.01-0.1：0.98-0.9。
3.根据权利要求1所述的一种电池极片，其特征在于：所述活性材料包括LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiMnPO4、LiFexMn(1-x)PO4、LiNixMnyCo(1-x-y)O2、Li(1+x)NiyMnzCo(1-x-y-z)O2和Li(1+x)NiyMn(1-x)CozO2的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种电池极片，其特征在于：所述导电材料包括石墨、乙炔黑和碳纳米管中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种电池极片，其特征在于：所述电池极片的原料还包括金属颗粒，所述金属颗粒包括Pt颗粒、Ag颗粒、Au颗粒和Pd颗粒中的至少一种。
6.一种制备如权利要求1至5任一项所述的一种电池极片的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1混合活性材料、导电材料和辐射固化高分子材料预聚物于水中，形成混合物；
S2将所述混合物施加至集流体表面，经170-172nm波长的紫外光辐照固化、电子束固化，得到预处理极片；
S3在所述预处理极片的表面真空蒸镀金属颗粒，得到所述电池极片。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于：还包括以下步骤：在所述电池极片的表面真空蒸镀金属颗粒，得到含有金属颗粒的电池极片。
8.根据权利要求7所述方法，其特征在于：还包括以下步骤：在保护气氛中，将得到的所述含有金属颗粒的电池极片进行退火处理。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于：所述退火处理，温度为200-280℃。
10.一种电池，其特征在于：包括正极、隔膜、电解液和如权利要求1至5任一项所述的电池极片。
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