一种高倍率厚电极及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种高倍率厚电极及其制备方法与应用。所述的制备方法包括：提供包含活性物、导电剂和粘结剂的均匀混合体系，对所述均匀混合体系进行加压处理，形成多个具有不同孔隙率的单层电极膜层，之后将多个具有不同孔隙率的单层电极膜层压合形成复合电极膜；以及，将所述复合电极膜与集流体结合，制得高倍率厚电极，其中，沿着逐渐远离集流体的方向，所述复合电极膜的压实密度减小而孔隙率增加。本发明专利技术的高倍率厚电极具有合适的孔道分布，从外向内的各个单层电极膜层的孔隙率减小，能够有效地浸润电解液，促进电解液由外向内渗透，进而提高厚极片离子电导率。同时，本发明专利技术的制备工艺易实现大规模加工量产。

A High Rate Thick Electrode and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种高倍率厚电极及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种高倍率厚电极，尤其涉及一种高倍率厚电极及其制备方法与应用，属于储能器件

技术介绍
大型动力设备如电动车等对储能器件的功率和能量的要求越来越高，而影响储能器件性能最核心的部件为电极，电极的设计与制造工艺决定了储能器件的能量、功率和循环寿命等性能。为使单体器件具有更高的能量密度，可以在保证安全工作的情况下尽可能地提高器件中储能材料所占比重，即采用厚电极，然而实际上随着电极厚度的增加，容量并不是呈正比的增长，尤其是在高倍率充放电时更为突出，这就要求电极具有理想的离子与电子传导性能。目前，东莞新能源科技有限公司的专利技术专利(CN102324493A)中设计了一种具有良好电化学性能的厚电极，其中不同位置的电极膜片具有不同的电导率和孔隙率，解决了厚极片中电子和离子传输困难的问题，但是该专利是采用浆料涂覆的方式将电极膜片与集流体及电极膜片复合，由于将湿的浆料涂覆在已烘干的电极膜片表面，难免会出现已烘干的材料再次溶出的现象，影响电极电子电导及孔隙分布。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种高倍率厚电极及其制备方法与应用，以克服现有技术中厚电极倍率性差的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种高倍率厚电极，其包括集流体和集合于集流体表面的复合电极膜；并且沿着逐渐远离集流体的方向，所述复合电极膜的压实密度减小而孔隙率增加。在一实施方案之中，所述复合电极膜由多个具有不同孔隙率的单层电极膜层压合形成。进一步的，所述单层电极膜层包括活性物、导电剂和粘结剂。本专利技术实施例还提供了一种高倍率厚电极的制备方法，其包括：提供包含活性物、导电剂和粘结剂的均匀混合体系，对所述均匀混合体系进行加压处理，形成具有不同孔隙率的单层电极膜层；将多个具有不同孔隙率的单层电极膜层压合形成复合电极膜；将所述复合电极膜压合于集流体表面制得高倍率厚电极，并且在所述高倍率厚电极中，沿着逐渐远离集流体的方向，所述复合电极膜的压实密度减小而孔隙率增加。在一些实施例中，所述制备方法包括：至少将活性物、导电剂、粘结剂和可以选择添加或不添加的溶剂均匀混合，并干燥、破碎形成作为均匀混合体系的混合颗粒，再进行加压处理而形成单层电极膜层。优选的，对所述混合颗粒进行加压处理而形成单层电极膜层的条件包括：辊压压力为1～10MPa，辊压速度为1～5m/min，温度为室温～130℃；或者，模压压力为2～30MPa，保压时间为0～5min，温度为室温～130℃。优选的，将多个具有不同孔隙率的单层电极膜层压合形成复合电极膜的条件包括：辊压压力为1～5MPa，辊压速度为1～5m/min，温度为室温～130℃；或者，模压压力为2～10MPa，保压时间为0～5min，温度为室温～130℃。本专利技术实施例还提供了由前述方法制备的高倍率厚电极。本专利技术实施例还提供了前述的高倍率厚电极于制备储能器件中的用途。例如，本专利技术实施例还提供了一种储能器件，包括正极及负极，所述正极及负极中的至少一者采用前述的高倍率厚电极。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：本专利技术提供的高倍率厚电极主要是为满足储能器件的高功率、高比能量的需要，主要通过加压方式的调节实现对不同的单层电极膜层设计不同的孔隙结构，具有合适的孔道分布，从外向内的各个单层电极膜层的孔隙率减小，能够有效地浸润电解液，促进了电解液在厚电极中从极片外部向内部不断导通渗透，适合离子的高速迁移，进而提高厚极片离子电导率，适合电极的大电流充放电，解决厚电极倍率性差的问题；同时，本专利技术的制备工艺中极片的厚度及孔隙率可以调节，容易实现大规模加工量产。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅作为本文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他附图。图1是本专利技术实施例1所获复合电极膜的截面SEM图。图2是本专利技术对比例1所获复合电极膜的截面SEM图。具体实施方式如前所述，鉴于现有技术的缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其主要是提供一种高倍率厚电极及其成型工艺，为解决厚电极倍率性差的问题提供有益思路。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。作为本专利技术技术方案的一个方面，其所涉及的系一种高倍率厚电极，其包括集流体和集合于集流体表面的复合电极膜；并且沿着逐渐远离集流体的方向，所述复合电极膜的压实密度减小而孔隙率增加。在一实施方案之中，所述复合电极膜由多个具有不同孔隙率的单层电极膜层压合形成。进一步的，所述单层电极膜层包括活性物、导电剂和粘结剂。更进一步的，所述单层电极膜包括活性物70～95wt％、导电剂0～20wt％以及粘结剂5～20wt％。在一实施方案之中，所述活性物包括多孔活性物、一般活性物等。优选的，所述多孔活性物的孔隙率大于30％，例如活性炭、碳气凝胶等，但不限于此。优选的，所述一般活性物的孔隙率大于10％，例如硬碳材料、石墨和锂离子电池正极材料等，但不限于此。更进一步的，所述活性物可以包括超级电容器使用的活性炭、碳纤维、石墨烯、碳纳米管、碳气凝胶，也可以是赝电容器使用的过渡金属氧化物、导电聚合物，或者是锂离子电容器正极使用的含锂化合物、锂离子电容器负极使用的硬碳材料、软碳材料、石墨和含锂化合物等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。在一实施方案之中，所述导电剂包括炭黑、乙炔黑、科琴黑、Super-P、石墨、碳纳米管和石墨烯等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。在一实施方案之中，所述粘结剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和聚氧化乙烯等超级电容器或锂离子电池常用粘结剂中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。在一实施方案之中，所述集流体包括铝箔、铜箔和镍箔等中的任意一种，但不限于此。优选的，所述集流体表面覆设有碳层。优选的，所述复合电极膜被压合于表面覆设碳层的集流体表面。优选的，所述复合电极膜被压合于集流体表面。在一实施方案之中，沿着逐渐远离集流体的方向，所述复合电极膜的孔隙率在10％～90％范围内变化。在一实施方案之中，靠近集流体的最内层单层电极膜层的孔隙率为10％～70％，远离集流体的最外层单层电极膜层的孔隙率为20％～90％，从内向外孔隙率提高。优选的，当选用多孔活性物时，所获靠近集流体的最内层单层电极膜层的孔隙率为40％～70％，远离集流体的最外层单层电极膜层的孔隙率为60％～90％，由内向外孔隙率升高(孔隙率计算公式为1-ρc/ρph，其中ρc为电极膜层压实密度，ρph为电极膜层各组成材料平均真密度)。进一步的，当选用一般活性物质时，所获靠近集流体的最内层单层电极膜层的孔隙率为10％～30％，远离集流体的最外层单层电极膜层的孔隙率为20％～40％，由内向外孔隙率升高，此种结构有利于电解液从膜层外部向内部扩散。在一实施方案之中，所述复合电极膜的厚度大于100μm，从靠近集流体至远离集流体(由内向外)的单层电极膜层的压实密度减小，孔隙率增加。优选的，所述单层电极膜层的厚度为50～200μm。作为本专利技术技术方案的另一个方面，其所涉及的系一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高倍率厚电极，其特征在于包括集流体和集合于集流体表面的复合电极膜；并且沿着逐渐远离集流体的方向，所述复合电极膜的压实密度减小而孔隙率增加。

【技术特征摘要】
1.一种高倍率厚电极，其特征在于包括集流体和集合于集流体表面的复合电极膜；并且沿着逐渐远离集流体的方向，所述复合电极膜的压实密度减小而孔隙率增加。2.根据权利要求1所述的高倍率厚电极，其特征在于：所述复合电极膜由多个具有不同孔隙率的单层电极膜层压合形成；优选的，所述单层电极膜层包括活性物、导电剂和粘结剂；尤其优选的，所述单层电极膜包括活性物70～95wt％、导电剂0～20wt％以及粘结剂5～20wt％。3.根据权利要求2所述的高倍率厚电极，其特征在于：所述活性物包括多孔活性物或一般活性物；优选的，所述多孔活性物的孔隙率大于30％；尤其优选的，所述多孔活性物包括活性炭和/或碳气凝胶；优选的，所述一般活性物的孔隙率大于10％；尤其优选的，所述一般活性物包括硬碳材料、石墨和锂离子电池正极材料中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述活性物包括活性炭、碳纤维、石墨烯、碳纳米管、碳气凝胶、过渡金属氧化物、导电聚合物、含锂化合物、硬碳材料、软碳材料和石墨中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述导电剂包括炭黑、乙炔黑、科琴黑、Super-P、石墨、碳纳米管和石墨烯中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述粘结剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和聚氧化乙烯中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述集流体包括铝箔、铜箔和镍箔中的任意一种；优选的，所述集流体表面覆设有碳层；优选的，所述复合电极膜被压合于表面覆设碳层的集流体表面。4.根据权利要求2所述的高倍率厚电极，其特征在于：沿着逐渐远离集流体的方向，所述复合电极膜的孔隙率在10％～90％范围内变化；优选的，所述复合电极膜内与集流体距离最近的单层电极膜层、最远的单层电极膜层的孔隙率分别为10％～70％、20％～90％；更优选的，所述活性物选自多孔活性物质，所述复合电极膜内与集流体距离最近的单层电极膜层、最远的单层电极膜层的孔隙率分别为40％～70％、60％～90％；更优选的，所述活性物选自一般活性物质，所述复合电极膜内与集流体距离最近的单层电极膜层、最远的单层电极膜层的孔隙率分别为10％～30％、20％～40％。5.根据权利要求2-4中任一项所述的高倍率厚电极，其特征在于：所述复合电极膜的厚度大于100μm；和/或，所述单层电极膜层的厚度为50～200μm。6.一种高倍率厚电极的制备方法，其特征在于包括：提供包含活性物、导电剂和粘结剂的均匀混合体系，对所述均匀混合体系进行加压处理，形成具有不同孔隙率的单层电极膜层；将多个具有不同孔隙率的单层电极膜层压合形成复合电极膜；将所述复合电极膜压合于集流体表面制得高倍率厚电极，并且在所述高倍率厚电极中，沿着逐渐远离集流体的方向，所述复合电极膜的压实密度减小而孔隙率增加。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于包括：至少将活性物、导电剂、粘结剂和可以选择添加或不添加的溶剂均匀混合，并干燥、破碎形成作为均匀混合体系的混合颗粒，再进行加压处理而形成单层电极膜层；优选的，所述加压处理包括辊压和/或模压；优选的，对所述混合颗粒进行加压处理而形成单层电极膜层的条件包括：辊压压力为1～10MPa，辊压速度为1～5m/min，温度为室温～130℃；或者，模压压力为2～30MPa，保压时间为0～5min，温度为室温～130℃；优选的，所述单层电极膜层的孔隙率为10～90％。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于包括：对所述均匀混合体系进行加压处理而形成单层电极膜层；优选的，其中加压的次数为一次以上；优选的，其中任一单层电极膜层经过一次加压后的压缩度为0％～50％。9.根据权利要求6所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：高珊，卢威，陈立桅，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32