一种解决高能高载量电极机械不稳定的方法技术

本发明专利技术属于电极制作技术领域，具体涉及一种解决高能高载量电极机械不稳定的方法，本发明专利技术方法采用叠

【技术实现步骤摘要】
一种解决高能高载量电极机械不稳定的方法


[0001]本专利技术属于电极制作
，具体涉及一种解决高能高载量电极机械不稳定的方法。

技术介绍

[0002]为了满足日益增长的锂离子电池对更高能量密度的需求，全球正致力于开发下一代锂离子电池的新型电池化学。锂金属(Li
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Metal)电池将是下一代锂离子电池最有希望的替代产品之一。厚电极设计在电池单体器件水平上最小化非活性成分比例，显著提高了电极活性材料的负载，为提高锂离子电池的整体能量密度提供了一个很好的平台。在这方面，一个有效的厚电极设计对锂金属电池化学的要求不仅需要考虑电池的能量密度，还必须解决这些新兴电池化学所伴随的问题，比如受限的电化学动力学和电极的机械不稳定性等。
[0003]电池结构设计为在不改变基本电池化学体系时进一步提高能量密度提供了一个可行的、普遍的方法。其设计核心思想就是最小化非活性材料的比例，常见的策略包括优化电池包装，使用更薄、更耐用的材料；降低电极的孔隙率从而提高电池整体的密度；提高电解液浸润性，降低用量；采用厚电极设计。经过不懈地努力，目前商业化锂离子的比能量密度已接近理论极限。因此，厚电极受到了很多关注。无论电池化学成分如何，厚电极都有可能通过降低非活性成分的体积比来进一步提高电池的能量密度。在过去的十多年里，无论是传统的可充电电池还是新兴的锂电池，厚电极设计和工程制备都经历了蓬勃发展。而目前阻碍厚电极应用的主要挑战在于以下三个方面：1)由于电荷传输距离的增加，特别是在厚电极设计中离子传输缓慢的情况下，反应动力学发生了恶化；2)厚电极的结构失效会导致活性材料从集流体上脱落；3)在规模化制备和成本效益中还有一些限制。厚电极设计方法可大幅增加活性材料负载，降低了非活性组分比率，从而提高电池能量密度，同时降低成本。但是，电极厚度增加会延长电子和锂离子传输路径，增加了电池阻抗，电池倍率性能和电极反应动力学差，而且电极涂层结合强度低，容易脱落以及电极制备过程易断等一系列问题，因此，解决相应厚电极问题，是厚电极性能提升的机遇。
[0004]值得注意的是，厚电极设计不仅作为有效的策略来提高电池的能量密度，而且它还提供了无数机会来解决许多新兴化学电池所面临的关键问题，如控制锂枝晶生长，抑制电极体积变化，锂
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空气电池中电荷/气体传输通道的分离。电化学的发展(如催化、电解质的开发、添加剂的开发和新型电化学反应机制)与电极结构设计(如孔结构设计、渗流网络构筑、三
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连续结构集成)相结合被认为是新兴锂离子电池厚电极设计的一个有吸引力的方向。此外，更好地理解电化学反应与电极结构之间的关系对于有效设计高性能厚电极也至关重要。
[0005]因此，针对高能高载量厚极片在普通卷绕电芯制备过程的低迂曲度的电极结构设计和集流体以及循环过程中电流不均匀导致极片材料膨胀不均匀循环后极片断裂，严重威胁电池循环性能和机械稳定性的问题，提供了一种新思路。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术的不足，提出了一种解决高能高载量电极机械不稳定的方法。
[0007]具体是通过以下技术方案来实现的：
[0008]一种解决高能高载量电极机械不稳定的方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0009]1)设计Z字型新型叠
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卷结构的正极片：其可由五金模具冲切、激光切片机等制备而成，其形状设计尺寸大小由电芯设计相关，正极片上设有集流体引出，且集流体引出的对称线与正极片对称线不重合；
[0010]2)预准备：在负极上放置隔膜，隔膜长度≥2倍负极长度；
[0011]3)正极一次叠放：按照正极集流体引出侧边与负极极耳侧边对齐的原则将正极放置在隔膜上；
[0012]4)一次卷制：以正极片侧边为折叠线，将隔膜、负极进行折叠；
[0013]5)正极二次叠放：将隔膜沿负极侧边折叠后，按照步骤3)的原则放置正极，使隔膜位于正极与负极中间，同时，使每个单片正极集流体引出的对称线重合；
[0014]6)二次卷制：以正极片侧边为折叠线，将隔膜、负极进行折叠；
[0015]7)重复步骤4)
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6)的操作，制得负极、隔膜呈Z字型的电芯；
[0016]8)正极极耳焊接：将极耳焊接在正极集流体引出上，即完成制作。
[0017]在步骤3)中，所述极耳侧边为与正极片对称线距离更近的一侧。
[0018]在步骤4)中，所述正极片侧边为与集流体引出对称线距离更近的一侧。
[0019]在步骤6)中，所述正极片侧边为与集流体引出对称线距离更远的一侧。
[0020]所述负极为极耳对称线与负极片对称线重合的负极。
[0021]所述负极为长极片，所述正极为切片。
[0022]所述电芯中的正极极耳通过超声焊接形成并联电极。
[0023]所述负极包括但不限于锂带。
[0024]所述锂带选自纯锂电材质、锂铜复合带、锂铜网复合带、锂硼复合带中的一种或多种。
[0025]有益效果：
[0026]本专利技术方法采用叠
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卷结合的方法制备电芯，正极选择切片进行叠放，负极选择长片进行卷绕，形成了负极呈Z字型结构的电芯结构，达到稳定电芯结构的作用。该方法有适用于电芯一级极片不易剪裁、不适合叠片生产方式，如高能量密度的薄锂带,只能以电池卷绕进行，但另一极极片机械强度差易断，不适合卷绕生产方式。
[0027]本专利技术方法解决了充放电时电池电流在极片分布不均匀的问题，同时解决了卷绕电极在弯角处断裂断路问题，提高了高载量高能(≥550Wh/kg)锂系二次电池的循环性能。
[0028]本专利技术Z字型结构可有效的增加空间利用率，加强电芯结构稳定性，反应速率相对一致，多极片并联，内阻较小，电池倍率性能较高，应力分布更一致，可保持界面平整，稳定性更高，同时减少不必要的重量(例如：多余隔膜)。
[0029]本专利技术极耳两端设计和Z字型结构电芯，可解决后期电池组装配困难，同时该电芯设计可以有效的降低电池组发热产生热失控的风险。
附图说明
[0030]图1：实施例1正极的结构示意图，其中1为集流体引出，2
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正极片；
[0031]图2：实施例1负极的结构示意图；
[0032]图3：实施例1中负极与隔膜的位置的示意图；
[0033]图4：实施例1中步骤3)、步骤4)的对齐线、折叠线示意图；
[0034]图5：实施例1中步骤4)折叠后示意图；
[0035]图6：实施例1中步骤6)的折叠线示意图；
[0036]图7：实施例1制备的电芯结构侧视图；
[0037]图8：对比例1的生产过程示意图；
[0038]图9：实施例1所得电芯与对比例1所得电芯的循环性能图；
[0039]图10：对比例1的循环后卷绕电池拆解图。
具体实施方式
[0040]下面对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，但本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种解决高能高载量电极机械不稳定的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)设计Z字型新型叠
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卷结构的正极片：其可由五金模具冲切、激光切片机等制备而成，其形状设计尺寸大小由电芯设计相关，正极片上设有集流体引出，且集流体引出的对称线与正极片对称线不重合；2)预准备：在负极上放置隔膜，隔膜长度≥2倍负极长度；3)正极一次叠放：按照正极集流体引出侧边与负极极耳侧边对齐的原则将正极放置在隔膜上；4)一次卷制：以正极片侧边为折叠线，将隔膜、负极进行折叠；5)正极二次叠放：将隔膜沿负极侧边折叠后，按照步骤3)的原则放置正极，使隔膜位于正极与负极中间，同时，使每个单片正极集流体引出的对称线重合；6)二次卷制：以正极片侧边为折叠线，将隔膜、负极进行折叠；7)重复步骤4)
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6)的操作，制得负极、隔膜呈Z字型的电芯；8)正极极耳焊接：将极耳焊接在正极集流体引出上，即完成制作。2.如权利要求1所述一种解决高能高载量电极机械不稳定的方法，其特征在于，在步骤3)中，所述极...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵珊，徐星，杨清华，罗善雄，杨泽林，郭灏，付微婷，徐旭升，覃婳，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：