一种电极极片及其制备方法与应用技术

本申请公开了一种电极极片及其制备方法与应用，所述电极极片，包括活性物质、导电剂、粘结剂和集流体，所述电极极片的厚度为0.5～4mm，所述电极极片上均布直径为0.1～0.3mm的孔，孔间距为2～5mm。该极片厚度可达3mm以上，同样不抽真空情况下，该多孔极片的电解液浸润速度比普通极片加快2h以上，提高了从加电解液到化成的时间效率；该极片的应用缩短了离子在电解液与电极材料中的传输路径，使用该极片的电池在不同电流密度下倍率放电性能提高了约5％。

【技术实现步骤摘要】
一种电极极片及其制备方法与应用
本申请涉及一种电极极片及其制备方法与应用，属于水系电池制造

技术介绍
锂离子电池由于高电压和高能量密度的优势自上个世纪90年代推出以来得到了广泛的认可，目前主要应用在数码产品及电动汽车领域。其电解液主要采用有机碳酸酯类电解液，能够很好地兼容钴酸锂或三元正极和石墨负极材料，并能承受钴酸锂/石墨体系锂离子电池的高电压。但此类电解液有毒性且属于易燃易爆产品，电池生产及使用过程中存在安全隐患所以不适合大规模布局的储能应用。近年来随着人们对电池安全性、环保性和成本要求的提高，水溶液电解质开始得到人们的重视。相比于传统锂电池有机电解液(主要是碳酸酯类电解液)，水系电解液具有无毒无害、不可燃、成本低和对生产环境要求低等优点，同时在水系电解液中，离子电导率要比在有机电解液中高几个数量级，极大改善了锂离子电池的倍率和快充性能。水系锂离子电池是以水溶液为基础的电池体系，具有高度安全、对环境友好、低成本等优势，非常适合大规模储能市场及用户侧对安全性要求高的应用场景，目前因厚极片的应用，导致水系锂离子电池实际电性能测试中，倍率性能并不是很高，且电解液浸入极片时间长，容易出现电解液浸润不到位导致产品质量问题的情况出现。
技术实现思路
根据本申请的第一个方面，提供了一种电极极片，同样不抽真空情况下，该多孔极片的电解液浸润速度比普通极片加快2h以上，提高了从加电解液到化成的时间效率；该极片的应用缩短了离子在电解液与电极材料中的传输路径，使用该极片的电池在不同电流密度下倍率放电性能提高了约5％。一种电极极片，包括活性物质、导电剂、粘结剂和集流体，其特征在于，所述电极极片的厚度为0.5～4mm，所述电极极片上均布直径为0.1～0.3mm的孔，孔间距为2～5mm。可选地，所述活性物质为聚酰亚胺/碳基复合材料或聚酰亚胺材料；或者所述活性物质为锂金属复合氧化物；所述锂金属复合氧化物选自锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂、镍锰钴三元正极、镍锰铝三元正极中的至少一种。可选地，所述粘结剂选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羟丙基纤维素、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚乙烯中的至少一种；可选地，所述导电剂选自导电炭黑、科琴黑或碳纳米管中的至少一种。可选地，所述集流体为金属或合金材质的网状结构；可选地，所述集流体的厚度为0.1～1mm；可选地，所述集流体选自Ni、Al、Fe、Cu、Pb、Ti、Cr、Mo中的至少一种，或经过钝化处理的上述金属中的至少一种，或不锈钢、碳钢、Al合金、Ni合金、Ti合金、Cu合金、Co合金、Ti-Pt合金中的至少一种，或经过钝化处理的上述合金中的至少一种；可选地，所述活性物质的面密度为140～180mg/cm2。根据本申请的第二个方面，提供了上述电极极片的制备方法，至少包括以下步骤：1)将含有活性物质、导电剂、粘结剂的膏状物制成原料片；2)将两片所述原料片分别贴合在集流体的两面，辊压成型，得到极片坯；3)对所述极片坯打孔，得到所述电极极片。可选地，所述活性物质为聚酰亚胺/碳基复合材料或聚酰亚胺材料；或者所述活性物质为锂金属复合氧化物；所述锂金属复合氧化物选自锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂、镍锰钴三元正极、镍锰铝三元正极中的至少一种。可选地，所述粘结剂选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羟丙基纤维素、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚乙烯中的至少一种；可选地，所述导电剂选自导电炭黑、科琴黑或碳纳米管中的至少一种。可选地，所述集流体为金属或合金材质的网状结构；可选地，所述集流体的厚度为0.1～1mm；可选地，所述集流体选自Ni、Al、Fe、Cu、Pb、Ti、Cr、Mo中的至少一种，或经过钝化处理的上述金属中的至少一种，或不锈钢、碳钢、Al合金、Ni合金、Ti合金、Cu合金、Co合金、Ti-Pt合金中的至少一种，或经过钝化处理的上述合金中的至少一种；可选地，所述活性物质的面密度为140～200mg/cm2。可选地，步骤1)所述膏状物通过以下方法获得：1-1)对活性物质与导电剂进行混合Ⅰ得到混合原料Ⅰ；1-2)对所述混合原料Ⅰ、粘结剂、溶剂和分散剂进行混合Ⅱ得到具有粘弹性的膏状物；其中，所述活性物质、导电剂、粘结剂的质量比为68～82：8～22：8～12；在一具体实施例中，所述活性物质为聚酰亚胺/碳基复合材料或聚酰亚胺材料，所述活性物质、导电剂、粘结剂的质量比为68～72：18～22：10；在另一具体实施例中，所述活性物质为锂金属复合氧化物，所述活性物质、导电剂、粘结剂的质量比为78～80：8～12：10；所述溶剂为水和乙醇的混合溶剂；所述溶剂的质量为所述活性物质质量的30～50％；所述混合溶剂中水的质量百分含量为85～95％；所述分散剂选自乙醇、丙酮、丙醇、异丙醇中的至少一种；所述分散剂的质量为所述活性物质的0.5～3％。可选地，步骤1-1)所述的混合I的具体条件包括：转速为1500～2500转/min；混合时间为10～20min；步骤1-2)所述的混合Ⅱ的具体条件包括：在捏合机中进行混合；混合温度为30～60℃；转速为22～34转/min；混合时间为20～40min。可选地，先将所述混合原料Ⅰ、粘结剂、溶剂捏合2～10分钟形成均匀混合物后再加入所述分散剂继续进行捏合。可选地，步骤1)所述的原料片通过以下方法得到：1-3)对所述膏状物投进行辊压得到原料片；所述辊压的具体条件包括：辊间距为0.8～2.5mm；辊压温度为40～60℃。可选地，步骤2)所述的辊压成型，具体包括：辊间距为0.8～2.5mm；辊压温度为40～60℃。优选地，在开炼机中进行开炼实现辊压成型。可选地，步骤3)所述的对所述极片坯打孔，具体包括：将所述极片坯放到针板上，通过施压打孔；水系锂离子电池极片打孔工装包括至少一所述针板，所述针板包括面板1、多个打孔针2及两个把手3；所述面板1为矩形平板结构；所述打孔针2的直径为0.1～0.3mm，所述打孔针2竖直设置在所述面板1上，且多个所述打孔针2均布，相邻两个打孔针2之间的距离为2～5mm；所述两个把手3对称设置在所述面板1的相对的两条侧边上。通过所述两个把手3按压所述面板2实现施压打孔。可选地，所述打孔针2包括本体21和打孔部22，所述本体21为圆柱结构，所述打孔部22为锥形结构，所述锥形结构的底面直径与所述圆柱结构的直径相同，均为0.1～0.3mm；可选地，所述锥形结构的锥角为30～60°，所述锥形结构的高度为1～3mm；为了避免打孔时损坏电极材料，方便打孔后脱离，将打孔针设置成底部的圆柱状及顶部的锥状。可选地，所述本体21和打孔部22一体成型；可选地，所述打孔针2为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极极片，包括活性物质、导电剂、粘结剂和集流体，其特征在于，所述电极极片的厚度为0.5～4mm，所述电极极片上均布直径为0.1～0.3mm的孔，孔间距为2～5mm。/n

【技术特征摘要】
1.一种电极极片，包括活性物质、导电剂、粘结剂和集流体，其特征在于，所述电极极片的厚度为0.5～4mm，所述电极极片上均布直径为0.1～0.3mm的孔，孔间距为2～5mm。


2.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述活性物质为聚酰亚胺/碳基复合材料或聚酰亚胺材料；或者
所述活性物质为锂金属复合氧化物；
所述锂金属复合氧化物选自锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂、镍锰钴三元正极、镍锰铝三元正极中的至少一种。


3.权利要求1或2所述电极极片的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
1)将含有活性物质、导电剂、粘结剂的膏状物制成原料片；
2)将两片所述原料片分别贴合在集流体的两面，辊压成型，得到极片坯；
3)对所述极片坯打孔，得到所述电极极片。


4.权利要求3所述电极极片的制备方法，其特征在于，步骤1)所述膏状物通过以下方法获得：
1-1)对活性物质与导电剂进行混合Ⅰ得到混合原料Ⅰ；
1-2)对所述混合原料Ⅰ、粘结剂、溶剂和分散剂进行混合Ⅱ得到具有粘弹性的膏状物；
优选地，所述活性物质、导电剂、粘结剂的质量比为68～82：8～22：8～12；
优选地，所述溶剂为水和乙醇的混合溶剂；
优选地，所述混合溶剂中水的质量百分含量为85～95％；
优选地，所述分散剂选自乙醇、丙酮、丙醇、异丙醇中的至少一种；
优选地，所述分散剂的质量为所述活性物质的0.5～3％；
优选地，步骤1-1)所述的混合I的具体条件包括：
转速为1500～2500转/min；
混合时间为10～20min；
优选地，步骤1-2)所述的混合Ⅱ的具体条件包括：
在捏合机中进行混合；
混合温度为30～60℃；
转速为22～34转/min；
混合时间为20～40min。


5.权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：任江涛，李忆非，王耀国，
申请(专利权)人：宁波锋成先进能源材料研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33