【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池，具体涉及具有三维孔道结构的厚电极及其制备方法和应用。
技术介绍
1、近年来，得益于新能源汽车的推广普及、消费类电子产品的快速发展以及大规模储能系统的迭代更新，锂离子电池的应用需求日益增长，开发具有高能量和功率密度、高安全性和长循环寿命的锂离子电池则成为研究热点，其中高面容量电极技术是提高电池能量密度的有效方案，主要包括高比容量的电极材料的应用、高压实密度电极技术和厚电极技术，综合分析厚电极技术更具有工业化应用潜力。
2、目前，低迂曲度厚电极被认为是助力厚电极兼具高能量密度和高功率密度的有效方案，主要方法包括激光刻蚀、3d打印和模板法等。相较于激光刻蚀和3d打印，模板法更具成本低和可扩展性高的优势。专利文献cn 115692615 a公开了一种在极片内形成垂直于或近似垂直于集流体表面的纵向直通通道的低迂曲度厚电极的制备方法，该方法制备的电极经机械辊压后电极的直通孔道难以保持垂直于或近似垂直于集流体表面，从而极大削弱了直通通道对电极电子和离子传输性能提升的优势。
3、因此，亟需开发一种兼具优异离子/电子传输性能、成本低和可扩展性高等优势于一体的具有三维孔道结构厚电极制备方法。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种具有三维孔道结构的厚电极及其制备方法和应用，通过对粘结剂种类的优化，旨在解决现有锂离子电池厚电极离子/电子传输性能导致的的电化学极化大和电化学性能差的问题。
2、本专利技术提供的具有三维
3、优选地，所述可溶于水且具有粘附作用的高分子量有机高分子为羧甲基纤维素钠(400000＞m.w.≥200000)、聚丙烯酸(2000000＞m.w.≥1000000)、聚乙烯醇(500000＞
4、m.w.≥150000)、聚丙烯腈(500000＞m.w.≥150000)和羟丙基甲基纤维素(2000000＞
5、m.w.≥1200000)中的一种或多种。
6、优选地，所述锂离子电池电极活性物质为锂离子电池正极活性物质或负极活性物质中的一种。
7、优选地，锂离子电池正极活性物质为钴酸锂、三元材料、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、富锂锰基材料、镍酸锂、镍锰酸锂、磷酸钒锂、钒酸锂、三氟化铁、三氟化钴、三氟化镍、硫中的一种或多种。
8、优选地，锂离子电池负极活性物质为石墨、硬碳、软碳、钛酸锂、三氧化二铁、三氧化二钴、硅、锡、磷、铝中的一种或多种。
9、优选地，所述碳基材料为导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维中的一种或多种。
10、优选地，所述可溶于水具有粘附作用的高分子量有机高分子占所述具有三维孔道结构的厚电极的质量分数为1％-50％。
11、本专利技术还提供上述具有三维孔道结构的厚电极的制备方法，具体步骤为：
12、(1)将水系粘结剂、电极活性物质、导电剂和溶剂水混合均匀，获得稳定性良好的电极浆料；
13、(2)将步骤(1)中获得的电极浆料均匀涂覆与电极集流体上，得到涂覆有电极浆料的电极片；
14、(3)将步骤(2)中获得的涂覆有电极浆料的电极片置于零度以下低温环境中进行冷冻处理，使所述电极片中的溶剂水凝固；随后，将上述溶剂水凝固的电极片置于真空环境下进行干燥处理，以去除电极片中的溶剂水凝固后的冰晶，在所述电极片内形成三维孔道结构；
15、(4)将步骤(3)获得的电极片进行机械辊压，得到所述具有三维孔道结构的厚电极。
16、本专利技术提供上述三维孔道结构的厚电极在制备锂离子二次电池中的应用，即该锂离子二次电池的电极包括上述的电极。
17、本专利技术中，所述厚电极，一般指厚度为150微米以上的电极。
18、本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
19、(1)本专利技术提供的具有三维孔道结构的厚电极的制备方法中可溶于水具有粘附作用的高分子量有机高分子能够与溶剂水相互作用并结合对应制备方法能够在电极内部构建三维孔道结构，有效提升厚电极的离子电子传输性能，进而有效提升厚电极的倍率性能，最终使得厚电极兼具高能量密度和高功率密度；
20、(2)本专利技术提供的具有三维孔道结构的厚电极在机械辊压过程中保持电极内部孔道的连续性从而保证厚电极具有优异的电子和离子传输性能，满足实际生产过程中对电极性能的要求；
21、(3)本专利技术提供的具有三维孔道结构的厚电极的制备方法简单绿色，无需苛刻的生产条件，成本低，所采用的溶剂水可以有效消除电极制备过程中采用的有机溶剂对环境的污染。
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1.一种具有三维孔道结构的厚电极，其特征在于，包括水系粘结剂、电极活性物质、导电剂，所述水系粘结剂为可溶于水且具有粘附作用的高分子量有机高分子；所述电极活性物质为锂离子电池电极活性物质；所述导电剂为碳基材料；所述水系粘结剂能够与溶剂水相互作用在厚电极内部构建三维孔道结构。
2.根据权利要求1所述的厚电极，其特征在于，所述有机高分子为400000＞M.W.≥200000的羧甲基纤维素钠、2000000＞M.W.≥1000000的聚丙烯酸、500000＞M.W.≥150000的聚乙烯醇、500000＞M.W.≥150000的聚丙烯腈和2000000＞M.W.≥1200000羟丙基甲基纤维素中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的厚电极，其特征在于，所述锂离子电池电极活性物质为锂离子电池正极活性物质或负极活性物质中的一种。
4.根据权利要求3所述的厚电极，其特征在于，所述锂离子电池正极活性物质为钴酸锂、三元材料、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、富锂锰基材料、镍酸锂、镍锰酸锂、磷酸钒锂、钒酸锂、三氟化铁、三氟化钴、三氟化镍、硫中的一种或多种。
<...【技术特征摘要】
1.一种具有三维孔道结构的厚电极，其特征在于，包括水系粘结剂、电极活性物质、导电剂，所述水系粘结剂为可溶于水且具有粘附作用的高分子量有机高分子；所述电极活性物质为锂离子电池电极活性物质；所述导电剂为碳基材料；所述水系粘结剂能够与溶剂水相互作用在厚电极内部构建三维孔道结构。
2.根据权利要求1所述的厚电极，其特征在于，所述有机高分子为400000＞m.w.≥200000的羧甲基纤维素钠、2000000＞m.w.≥1000000的聚丙烯酸、500000＞m.w.≥150000的聚乙烯醇、500000＞m.w.≥150000的聚丙烯腈和2000000＞m.w.≥1200000羟丙基甲基纤维素中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的厚电极，其特征在于，所述锂离子电池电极活性物质为锂离子电池正极活性物质或负极活性物质中的一种。
4.根据权利要求3所述的厚电极，其特征在于，所述锂离子电池正极活性物质为钴酸锂、三...
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