一种高能量密度高功率密度铝离子电池制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高能量密度高功率密度铝离子电池，包括极片，其特征在于，所述极片包括集流体和涂覆于集流体上的电极材料，所述集流体上设置有若干穿孔，所述穿孔贯穿设置于集流体上，所述集流体包括正极集流体和负极集流体，所述电极材料包括正极活性材料和负极活性材料，所述正极活性材料涂覆于正极集流体上，所述负极活性材料涂覆于负极集流体上，相邻两个所述集流体之间设置有隔膜，相比现有技术，通过设置隔膜，既可以允许铝离子穿透但是电子绝缘防止正负极短路；通过穿孔和涂布于集流体上的电极材料能够在高电流密度充电和放电期间提高与电解质离子的反应以获得高能量密度以及高功率密度。

【技术实现步骤摘要】
一种高能量密度高功率密度铝离子电池
本技术涉及铝离子电池的电芯构造领域，具体涉及一种高能量密度高功率密度铝离子电池。
技术介绍
随着世界对于可再生能源开发需求的增长，电网电能存储系统的短板日益凸显。在铅酸、镍氢、锂离子等主流二次电池体系当中，锂离子电池能量密度高综合性能最好，但是锂的资源储量有限，同时存在较大安全性隐患问题。铅酸电池虽然安全性高成本低廉，但其能量密度偏度，并且铅元素有环境污染问题。因此，开发具备廉价、安全、长寿命、可快速充放电的新型电池体系成为目前世界二次电池领域研究热点。近年来，铝离子电池的出现为解决上述问题提供了新的解决方案。它利用地壳上最丰富的金属元素之一的铝元素做为电池材料，由于一个铝离子与铝原子间的转换，能够有三个电子的得失，使其理论比容量仅次于锂元素，具备高度开发潜力。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种重量轻且易于加工的高能量密度高功率密度铝离子电池。为了实现上述目标，本技术采用如下的技术方案：一种高能量密度高功率密度铝离子电池，包括极片，其特征在于，所述极片包括集流体和涂覆于集流体上的电极材料，所述集流体上设置有若干穿孔，所述穿孔贯穿设置于集流体上，所述集流体包括正极集流体和负极集流体，所述电极材料包括正极活性材料和负极活性材料，所述正极活性材料涂覆于正极集流体上，所述负极活性材料涂覆于负极集流体上，相邻两个所述集流体之间设置有隔膜。再优选地，前述极片的构造设置为叠片结构、卷绕结构或叠片与卷绕相结合的复合结构。更优选地，前述集流体由金属或非金属材料制成，所述集流体设置为箔片结构或网状构造。进一步优选地，前述正极集流体由钛箔制成，所述负极集流体由铝箔制成。更进一步优选地，前述穿孔以规律或不规律的排列组合方式进行排布。具体地，前述正极活性材料设置为石墨类材料、软碳、硬碳、石墨烯、金属氧化物、硫化物、氮化物以及导电高分子材料等其中的任一种。再优选地，前述负极活性材料设置为铝金属，铝合金以及铝化合物其中的任一种。更优选地，前述隔膜由微孔膜结构材料制成，允许铝离子穿透但是电子绝缘防止正负极短路。进一步优选地，前述隔膜由高分子聚合物多孔隔膜制成。更进一步优选地，前述电解液由离子液体类化合物制成，所述离子液体类化合物包括季铵盐类，尿素类离子液。本技术的有益之处在于：通过新型电极构造中的穿孔结构，可以获得以下的优点和功效：(1)集流体的重量占比降低，提升了电池的能量密度；(2)增加电解液的保液量，有利于循环寿命的提高；(3)电活性材料和集流体间的附着力增加；(4)集流体的柔软度提高：(5)增强铝离子电池中的电解质在各个方向的离子传递能力，铝离子在电解液中的迁移的效率提升，迁移过程可选择的路径增加，可以提高不同充电和放电速率下的充电和放电效率；进而满足电池高倍率放电以及快速充电技术需求。附图说明图1是本技术的电极构造的结构示意图；图2是本技术的制造方法的步骤流程图；图3是本技术的制造方法的步骤流程图；图4是本技术的电极构造的一种应用示意图；图5是本技术的电极构造的另一种应用示意图。图中附图标记的含义：10、集流体，20、电极材料，30、穿孔，40、隔膜。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术作具体的介绍。图1是本技术的电极构造的结构示意图，本技术主要针对铝离子电池的正极或负极部分电极结构。一种高能量密度高功率密度铝离子电池，包括极片，其特征在于，所述极片包括集流体10和涂覆于集流体10上的电极材料20，所述集流体10上设置有若干穿孔30，所述穿孔30贯穿设置于集流体10上，穿孔30为提高单体电池整体能量密度穿孔30主要穿透集流体10，通过集流体10上的穿孔30，增加集流体10表面活性物质负载量，提高单体电池能量密度；同时这些穿孔30也可以穿透集流体10以及电极材料20有助于电化学反应过程中的电解质铝离子在各个方向的离子传递能力，可以提高不同充电和放电速率下的充电和放电效率，穿孔30以规律或不规律的排列组合方式进行排布。所述集流体10包括正极集流体10和负极集流体10，集流体10由金属或非金属材料制成，所述集流体10设置为箔片结构或网状构造，正极集流体10由钛箔制成，所述负极集流体10由铝箔制成。本专利提出的电极构造的铝离子电池，适合应用于电动车辆(electricvehicles，EVs)，混合动力电动车辆(hybridelectricvehicles，HEVs)，插电式混合动力电动车辆(plug-inhybridelectricvehicles，PHEVs)，无线电动工具，无线电源供应和其它的电化学储能设备。图2和图3均为本技术的制造方法的步骤流程图：方法一：准备一集流体10；在集流体10的表面涂布电极材料20，将电极材料20的浆料均匀地涂布在集流体10的表面，再通过干燥处理工艺在集流体10的表面形成均匀的涂层结构；通过打孔工艺形成穿孔30；该实施方式可以提高电池内部电解液种电解质的扩散速度，增加电池功率密度。方法二：先在准备好的集流体10通过打孔工艺形成穿孔30；然后再将电极材料20涂布在已形成有穿孔30的集流体10；相对于传统工艺该实施方式可以增加电池集流体10上活性物质质量，进而提高单体电池能量密度；实际使用中可以同时结合这两种实施方式，选择其中一种或者两种结合使用。所述电极材料20包括正极活性材料和负极活性材料，所述正极活性材料涂覆于正极集流体10上，所述负极活性材料涂覆于负极集流体10上，相邻两个所述集流体10之间设置有隔膜40。正极活性材料设置为石墨类材料（包括但不限于天然石墨，人造石墨，热解石墨，泡沫石墨，氟化石墨等）、软碳、硬碳、石墨烯、金属氧化物、硫化物、氮化物以及导电高分子材料等其中的任一种。负极活性材料设置为铝金属，铝合金以及铝化合物其中的任一种。隔膜40由微孔膜结构材料制成，允许铝离子穿透但是电子绝缘防止正负极短路，隔膜40由高分子聚合物多孔隔膜40制成。电解液由离子液体类化合物制成，包括但不限于季铵盐类，尿素类离子液等。通过穿孔30和涂布于集流体10上的电极材料20能够在高电流密度充电和放电期间提高与电解质离子的反应以获得高能量密度以及高功率密度。图4是本技术的电极构造的一种应用示意图,如图所示，本技术提出的电极构造以叠片的方式组装成叠片结构，在相邻二个相邻的正负极极片20之间由隔膜40分隔开，避免短路，多层叠片完成后，使用铝塑膜或者硬壳包装电芯，注入电解液，封装为铝离子电池。根据图5，本技术的电极构造也可以应用于卷绕结构的铝离子电池，将正负极极片20、隔膜40隔开避免短路，正极、隔膜以及负极三层通过卷绕制备出圆形或者方形的电芯。使用铝塑膜或者硬壳包装电芯，注入电解液，封装为铝离子电池。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高能量密度高功率密度铝离子电池，包括极片，其特征在于，所述极片设置于电解液中，所述极片包括集流体和涂覆于集流体上的电极材料，所述集流体上设置有若干穿孔，所述穿孔贯穿设置于集流体上，所述集流体包括正极集流体和负极集流体，所述电极材料包括正极活性材料和负极活性材料，所述正极活性材料涂覆于正极集流体上，所述负极活性材料涂覆于负极集流体上，相邻两个所述集流体之间设置有隔膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种高能量密度高功率密度铝离子电池，包括极片，其特征在于，所述极片设置于电解液中，所述极片包括集流体和涂覆于集流体上的电极材料，所述集流体上设置有若干穿孔，所述穿孔贯穿设置于集流体上，所述集流体包括正极集流体和负极集流体，所述电极材料包括正极活性材料和负极活性材料，所述正极活性材料涂覆于正极集流体上，所述负极活性材料涂覆于负极集流体上，相邻两个所述集流体之间设置有隔膜。


2.根据权利要求1所述的一种高能量密度高功率密度铝离子电池，其特征在于，所述极片的构造设置为叠片结构、卷绕结构或叠片与卷绕相结合的复合结构。


3.根据权利要求1所述的一种高能量密度高功率密度铝离子电池，其特征在于，所述集流体由金属或非金属材料制成，所述集流体设置为箔片结构或网状构造。


4.根据权利要求3所述的一种高能量密度高功率密度铝离子电池，其特征在于，所述正极...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖中平，张国兴，张耀法，王磊，王娟，
申请(专利权)人：南京鼎腾石墨烯研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32