一种电化学电源电极制造技术

本发明专利技术涉及一种电化学电源电极，由活性物质层和集流体复合构成。所述集流体表面有三维立体凸起；所述凸起为两端开口的中空结构；所述凸起底端的开口与集流体开放连接，并在集流体上形成贯穿的孔隙；所述凸起在集流体两侧交错排布。 三维立体凸起结构增大了活性物质层和集流体的结合力，增加电极密度，降低内阻，利于电化学电源性能的提升和寿命的延长。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电化学领域，具体地，本专利技术涉及一种电化学电源电极，该电极可应用于多种电化学电源，包括超级电容器、锂离子电容器、混合电容器、燃料电池和锂离子电池。
技术介绍
电化学电源是一种能量存储和释放装置，它通过物理或化学的方式进行能量的转化，为各种用电设施提供能源动力，涉及社会生活的多个方面，具有便携性和使用方便性，广泛应用于电子产品、电动工具、风能、太阳能、汽车、航空等领域。这种电化学电源包括超级电容器、锂离子电容器、混合电容器、燃料电池和锂离子电池等。电极是电化学电源的核心元件，是影响电化学电源性能的关键因素。电极由活性物质层和集流体复合而成。活性物质层包括活性物质、导电剂和粘结剂，其中活性物质是电极的主材料，用于提供容量；导电剂用于改善电极的导电性能；粘结剂用于把活性物质、导电剂以及集流体粘结在一起，集流体用于支撑活性物质层并提供电子迁移通道。现有技术一般都是把活性物质层复合在表面光滑的集流体上制成电极，这种技术存在以下缺陷：1、活性物质层与集流体的粘结强度不够，随使用时间的延长，充放电循环次数增多，部分活性物质会从集流体脱落，影响电极性能和寿命；2、集流体与活性物质为表面接触，接触面积有限，内阻偏大；3、电极装配成电化学电源时，需要把电极卷绕或叠加成接触较为紧密的极组，就会造成注液时电解液很难渗入极组内部，随着充放电循环的进行，电极内部电解液匮乏，导致电化学电源性能降低或损坏；4、现有技术中，为解决活性物质与集流体粘结强度和内阻问题，有的工艺是在两者中间再引入一层导电胶，但导电胶的引入增加了制造工序和材料、设备等成本，并增加引入杂质的机会；5、现有技术中，有的工艺是在集流体上通过物理或化学手段制作出贯穿或不贯穿的孔，对上述问题有一定改善，但效果不是太明显。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供一种不仅电极性能好、寿命长，而且内阻小、电源性能不容易降低或损坏的电化学电源电极。本专利技术通过以下方式实现：一种电化学电源电极，由活性物质层和集流体复合构成。所述集流体表面有三维立体凸起；所述凸起为两端开口的中空结构；所述凸起底端的开口与集流体开放连接，并在集流体上形成贯穿的孔隙；所述凸起在集流体两侧交错排布。作为优选，所述孔隙的面积占集流体面积的比例为10-80%。集流体上孔隙的存在利于注液时电解液的快速渗透，并能使电解液充分进入电极组内部，防止随充放电循环的进行而出现的电解液匮乏现象。孔隙结构还能减轻集流体的质量，从而减轻电化学电源质量，利于电化学电源的轻型化和小型化。作为优选，所述孔隙之间的中心距为0.05-1mm。位于集流体上下两侧的活性物质可以通过开放的凸起实现直接接触，利于离子传导，降低内阻。作为优选，所述凸起垂直于集流体表面的高度为活性物质层厚度的5%-50%。复合时部分活性物质进入凸起的中空部分，增大活性物质与集流体接触面积，增大电极密度，并提高结合力，延长电极使用寿命，减少粘结剂用量，降低内阻。作为优选，所述凸起的形成方式包括对集流体进行剪切、冲压、腐蚀、激光。凸起为对集流体本身加工而成，无需额外对集流体引入其他材料形成，从而减少材料成本和引入杂质的几率。作为优选，所述集流体材质包括铜、铝、镍、钢。作为优选，所述复合的作用方式包括静电、压力、热量、印刷、涂覆。活性物质层与具有三维凸起的集流体复合可以增加粘结力，从而能够根据材料特性选择更加适合和灵活多样的复合方式，扩大活性物质的材料适用范围。一种电化学电源，其特征是电极使用该专利技术技术提供的电化学电源电极。作为优选，所述电化学电源包括超级电容器、锂离子电容器、混合电容器、燃料电池和锂离子电池。本专利技术技术适用于上述电化学电源。需要说明的是，本专利技术技术尤其适用于锂离子电容器。锂离子电容器预嵌锂的工艺要求其集流体必须开有通孔以给锂离子提供迁移通道，现有技术都是对集流体额外加工形成通孔，而本专利技术技术的锂离子可以直接通过三维立体凸起开放的中空部位传输，完成预嵌锂。本专利技术的有益效果：提高活性物质层和集流体的结合力，延长电化学电源使用寿命；增加单位面积的活性物质质量，增加电极密度，提高容量，增大能量密度；减少粘结剂用量，降低内阻，提高功率密度；减轻集流体质量，减小电化学电源质量或体积；减少电源模块数量或体积，利于电源模块轻型化和小型化，降低成本；利于电解液迅速渗入电极内部，防止电解液匮乏；本专利技术技术尤其适用于锂离子电容器。附图说明图1为本专利技术的一种电化学电源电极剖视结构示意图；图2为现有技术电极的剖视结构示意图；图中；1、活性物质层，2、集流体，3、凸起，4、孔隙，5、普通集流体。具体实施方式下面结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术的实质性特点作进一步的说明。如图1所示的一种电化学电源电极，由活性物质层1和集流体2复合构成。所述集流体2表面有三维立体凸起3；所述凸起为两端开口的中空结构；所述凸起底端的开口与集流体开放连接，并在集流体上形成贯穿的孔隙4；所述凸起在集流体两侧交错排布。所述凸起是中空的立方体，可以有规则或不规则的形状，可以举例如山峰状、纤维状等。所述凸起两端开口可以是规则的和不规则的各种几何形状，可以举例如圆形、椭圆形等。集流体材质包括铜、铝、镍、钢等。所述凸起是通过对集流体本身进行剪切、冲压、腐蚀、激光等方式加工而成。图2为现有技术电极的剖视结构示意图。普通集流体为表面光滑的平板结构。对比图1和图2，可以明显看到，本专利技术技术的电极，活性物质可以进入集流体上的中空突起内部，增加单位面积的活性物质，增大电极密度，提高容量和能量密度。而且位于集流体上下两侧的活性物质可以通过凸起开放的两端直接接触，利于离子的传导，降低内阻。所述孔隙的面积占集流体面积的比例优选为10-80%。集流体上孔隙的存在利于注增加单位面积活性物质质量，并能使电解液快速充分进入电极内部。同时，孔隙结构还能减轻集流体的质量，从而减轻电化学电源质量，利于电化学电源的轻型化和小型化。所述集流体的厚度优选5-100um，更具体地，优选8-50um。所述凸起垂直于集流体表面的高度优选为活性物质层厚度的5%-50%，具体的高度数值优选为5-80um。高度的具体数值可以根据实际生产情况调整确定，均应视为本专利技术的具体实施例。活性物质层和集流体的复合可以通过静电、压力、热量、印刷、涂覆等多种方式实现。具体复合方式可以根据材料特性和生产需求确定，均应视为本专利技术的具体实施例。另外，在复合前可以对集流体进行预处理。具体地，可以举例如，在集流体表面预涂有中间过渡层，所述中间过渡层的主要成分为导电物质和粘结剂，可以进一步增加活性物质层与集流体的结合强度同时进一步降低内阻。本专利技术的电化学电源电极适用于电化学电源领域，包括超级电容器、锂离子电容器、混合电容器、燃料电池和锂离子电池等领域。本专利技术的技术方案尤其适用于锂离子电容器领域。锂离子电容器由于其预嵌锂工艺的特殊要求，在装配时需要预先在极组一侧装入锂片，然后锂离子要穿过集流体嵌入每层活性物质中，这就要求集流体必本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学电源电极，由活性物质层（1）和集流体（2）复合构成,所述集流体（2）表面有三维立体凸起（3）；所述凸起为两端开口的中空结构；所述凸起底端的开口与集流体开放连接，并在集流体上形成贯穿的孔隙（4）；所述凸起在集流体两侧交错排布。

【技术特征摘要】
1.一种电化学电源电极，由活性物质层（1）和集流体（2）复合构成,所述集流体（2）表面有三维立体凸起（3）；所述凸起为两端开口的中空结构；所述凸起底端的开口与集流体开放连接，并在集流体上形成贯穿的孔隙（4）；所述凸起在集流体两侧交错排布。
2.如权利要求1所述的一种电化学电源电极，其特征是所述孔隙的面积占集流体面积的比例为10-80%。
3.如权利要求1所述的一种电化学电源电极，其特征是所述孔隙之间的中心距为0.05-1mm。
4.如权利要求1所述的一种电化学电源电极，其特征是所述凸起垂直于集流体表面的高度为活性物质层厚度的5%-50%。
5.如权利要求1所述的一种电化学电源电极，其特征是所述凸起形成方式包括对集流...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛龙均，
申请(专利权)人：东阳市元江电工有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33