自支撑极片及其制备方法、电池及其电芯技术

本发明专利技术涉及一种自支撑极片及其制备方法、使用该自支撑极片的电芯及采用该电芯的电池，上述自支撑极片的制备方法主要为在自支撑极片本体的活性层表面通过物理气相沉积方式形成一金属层，金属层构成该自支撑极片的金属集流体。通过在自支撑极片本体的活性层表面沉积一金属层，解决现有技术中自支撑极片没有金属集流体的问题，而且，可减小金属箔材等非活性物质在电池中所占的比重；沉积的金属层不存在金属毛刺等问题，可以避免电池因为毛刺引起的内短路问题；沉积的金属层与自支撑极片本体的结合强度更高，原子的沉积作用使得金属层可以与自支撑极片本体发生更多的接触，有效提高集流体的导电效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于蓄电能源
，涉及一种自支撑极片及其制备方法、使用该自支撑极片的电芯及采用该电芯的电池，尤其是锂电池。
技术介绍
传统的锂离子电池极片需要将浆料涂覆在金属集流体表面。以消费类电子产品中常用的钴酸锂电池为例，正极浆料涂覆在铝箔表面，负极浆料涂覆在铜箔表面。浆料中含有胶黏剂，依靠胶黏剂的粘结作用将活性物材料黏附在金属集流体表面，同时保持活性物颗粒之间的粘结效果。金属箔材未涂覆区域可以预留假极耳，在极片经叠片或者卷绕工艺制备成电芯后焊接极耳，从而引出电流。传统极片制备方法的特点在于：金属集流体起到支撑作用和导电作用。活性材料需要依附在金属集流体表面，以方便电池的制备；活性物正负极充放电过程中的电子传递依靠金属集流体实现。使用金属集流体的极片存在一些问题：一，金属箔材不参与电化学反应，不为电池的充放电提供能量。但是极片中金属箔材的比重很大，以负极双面涂覆面密度16mg/cm2为例，如果使用10um的铜箔，铜箔的面密度可达7.24mg/cm2，铜箔在负极片中所占的比重将达到31.1％，电池的质量能量密度严重受限。二，极片冲片过程中边缘位置金属箔材容易产生毛刺，进而造成短路等安全隐患。三，极片中的活性物质依靠粘结剂的粘结作用与金属箔材结合，当面密度稍大时，极片偏脆，并且粘合的强度也会受到影响，在电解液浸润情况下可能出现粘结不牢而掉料的情况。四，极片在反复弯曲的情况下会出现粉料的脱落，以及造成不可复原的凸点折痕。因此此类金属极片只能够制备固定形状不能弯曲的电池。当前，消费类电子产品对电池的性能需求不止体现在电池容量的提高上，对于当前电池固定和呆板的设计也提出了新的要求。柔性屏幕、柔性电路等相关技术已经逐步面世，电池也需要在外形的使用性能上获得突破。以当前比较流行的智能手表为例，其电池依旧受限于小型方块软包电池的设计，表盘主体笨重、不美观，并且电池容量有限，手表的续航能力差。通过更换活性物料层中组分的方式可以制备出不依靠金属集流体支撑而单独存在的电极片，我们称之为自支撑极片。极片具备充分的柔韧性和机械强度，弯曲直径可以达到1cm，但是由于没有金属集流体的存在，使用该极片直接制备的电池内阻很大，无法达到使用的要求。
技术实现思路
本专利技术实施例涉及一种自支撑极片及其制备方法、使用该自支撑极片的电芯及采用该电芯的电池，至少可解决现有技术的部分缺陷。本专利技术实施例涉及一种自支撑极片的制备方法，在自支撑极片本体的活性层表面通过物理气相沉积方式形成一金属层，所述金属层构成所述自支撑极片的金属集流体。作为实施例之一，所述物理气相沉积方法为真空蒸镀法、离子镀法、溅射镀法或电弧等离子体镀法。作为实施例之一，所述制备方法具体包括以下步骤：镀膜前准备：自支撑极片本体放入镀膜腔室并置于传送带表面，用于形成金属层的金属靶材被固定在镀膜腔室内并位于传送带上方；抽真空至真空度低于1.0×10-2Pa；镀膜过程：镀膜设备作用于金属靶材，在镀膜腔室内形成镀膜区，镀膜区长度不小于10cm，镀膜区宽度大于自支撑极片本体宽度；同时传送带带动自支撑极片本体匀速通过镀膜区域，速度不高于5cm/min；镀膜完成：自支撑极片本体镀膜完成后，镀膜设备停止工作，自支撑极片本体在镀膜腔室内静置降温处理，随后取出极片，在自支撑极片本体的活性层表面沉积形成一层金属层。作为实施例之一，所述物理气相沉积方法为磁控溅射法；其中，在所述镀膜前准备步骤中，抽真空并将真空度控制在1.0×10-4Pa～3.0×10-3Pa；镀膜过程步骤中，控制溅射功率密度在5W/cm2～10W/cm2；所述自支撑极片本体的运行速度为3cm/min～5cm/min。作为实施例之一，在所述金属层的表面覆一带有假极耳的箔材，用于电流引出，所述箔材与所述金属层电导通。作为实施例之一，所述箔材通过导电胶粘贴于所述金属层表面，所述导电胶由起粘结作用的粘胶剂和起导电作用的导电剂组成，其中，所述粘胶剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚苯乙烯-丁二烯共聚物；所述导电剂为石墨烯、碳纳米管、SP或KS-6；所述导电剂所占的重量百分比不小于10％。本专利技术实施例涉及一种通过如上所述的自支撑极片的制备方法制得的自支撑极片。本专利技术实施例涉及一种电池的电芯，包括正极片部分和负极片部分，所述正极片部分包括至少一片正极片，所述负极片部分包括至少一片负极片，各所述正极片和各所述负极片均采用如上所述的自支撑极片；各所述正极片与各所述负极片通过叠片或卷绕方式组合成型。作为实施例之一，至少其中一片所述正极片为双面极片；所述双面极片包括两片所述自支撑极片，两所述自支撑极片的所述金属层对置且通过导电胶粘贴在一起，其中一所述自支撑极片的所述金属层表面通过导电胶粘贴有带假极耳的箔材，且所述箔材靠近对应的所述金属层表面的至少其中一边缘设置。进一步地，至少其中一片所述负极片为所述双面极片。本专利技术实施例涉及一种电池，采用如上所述的电池的电芯。本专利技术实施例至少具有如下有益效果：通过在自支撑极片本体的活性层表面沉积一金属层，解决现有技术中自支撑极片没有金属集流体的问题，并具有以下优点：(1)金属层远比传统电极片中金属箔材的面密度要小，可以极大的减小金属箔材等非活性物质在电池中所占的比重，进而增大电池的质量能量密度；(2)沉积的金属层不存在金属毛刺等问题，可以避免电池因为毛刺引起的内短路问题；(3)沉积的金属层与自支撑极片本体的结合强度更高，原子的沉积作用使得金属层可以与自支撑极片本体发生更多的接触，有效提高集流体的导电效果，并且金属层与自支撑极片本体的结合不受极片面密度影响，电解液浸润也不会对金属层与自支撑极片本体的接触造成影响；(4)金属层与自支撑极片本体结合后不影响极片的弯曲，弯折部位不产生折痕，弯曲过程中不会存在掉料的现象。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例提供的自支撑极片的制备方法示意图；图2为本专利技术实施例提供的金属层沉积于自支撑极片本体的活性层表面的结构示意图。图3为本专利技术实施例提供的在金属层表面粘贴箔材的示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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它实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一如图1-图3，本专利技术实施例提供一种自支撑极片14的制备方法，该制备方法包括：在自支撑极片本体的活性层141表面通过物理气相沉积方式形成一金属层142，所述金属层142构成所述自支撑极片14的金属集流体。其中，所述物理气相沉积方法可以为真空蒸镀法、离子镀法、溅射镀法或电弧等离子体镀法，真空蒸镀法即在真空条件下使用电子束、激光束或离子束高能轰击金属靶材12，使金属蒸发沉积到自支撑极片本体表面；离子镀法即在真空条件下使用等离子电离技术将金属靶材12离子化，在电压作用下金属离子沉积到自支撑极片本体表面；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自支撑极片的制备方法，其特征在于：在自支撑极片本体的活性层表面通过物理气相沉积方式形成一金属层，所述金属层构成所述自支撑极片的金属集流体。

【技术特征摘要】
1.一种自支撑极片的制备方法，其特征在于：在自支撑极片本体的活性层表面通过物理气相沉积方式形成一金属层，所述金属层构成所述自支撑极片的金属集流体。2.如权利要求1所述的自支撑极片的制备方法，其特征在于：所述物理气相沉积方法为真空蒸镀法、离子镀法、溅射镀法或电弧等离子体镀法。3.如权利要求2所述的自支撑极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：镀膜前准备：自支撑极片本体放入镀膜腔室并置于传送带表面，用于形成金属层的金属靶材被固定在镀膜腔室内并位于传送带上方；抽真空至真空度低于1.0×10-2Pa；镀膜过程：镀膜设备作用于金属靶材，在镀膜腔室内形成镀膜区，镀膜区长度不小于10cm，镀膜区宽度大于自支撑极片本体宽度；同时传送带带动自支撑极片本体匀速通过镀膜区域，速度不高于5cm/min；镀膜完成：自支撑极片本体镀膜完成后，镀膜设备停止工作，自支撑极片本体在镀膜腔室内静置降温处理，随后取出极片，在自支撑极片本体的活性层表面沉积形成一层金属层。4.如权利要求3所述的自支撑极片的制备方法，其特征在于：所述物理气相沉积方法为磁控溅射法；其中，在所述镀膜前准备步骤中，抽真空并将真空度控制在1.0×10-4Pa～3.0×10-3Pa；镀膜过程步骤中，控制溅射功率密度在5W/cm2～10W/cm2；所述自支撑...

【专利技术属性】
技术研发人员：解明，
申请(专利权)人：柔电武汉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42