[發明專利]一種隔膜、電極和集流體一體化結構以及電池的制備方法

在審

• 申請號: 201711182290.6
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN107946519A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 楊誠;鄒培超;吳鐺
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/18
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司44223
• 代理人: 余敏

【技術領域】

本發明涉及電池領域，特別是涉及一種隔膜、電極和集流體一體化結構以及電池的制備方法。

【背景技術】

傳統化石能源的過度消費也給自然環境和地球生態系統造成了巨大災難，尋求替代傳統化石能源的綠色能源體系以及能源的綠色節能使用模式，謀求人與環境的和諧顯得尤為迫切。此外，隨著信息化時代的到來，人們對快速、高效、便攜、長續航能力的電子器件需求量迅速增加。電化學儲能系統，特別是以鋰離子電池、超級電容器、鋰硫電池、鋰空氣電池等為代表的新一代電化學儲能系統，因其具有的綠色、高效的儲能效率，成為了目前電動汽車、智能電網以及便攜式電子設備的重要儲能裝置。

鋰離子電池作為目前較為成熟的二次電池體系，因其具有較高的能量密度和放電電壓，已取得了廣泛應用。然而，隨著目前商業化鋰離子電池電極材料的實際能量密度越來越接近理論值，特別是以石墨為代表的電極材料，如何進一步突破鋰電池的發展瓶頸，滿足能量輸出端對能量密度和續航的更高要求，具有越來越大的挑戰性。

以上背景技術內容的公開僅用于輔助理解本發明的發明構思及技術方案，其并不必然屬于本專利申請的現有技術，在沒有明確的證據表明上述內容在本專利申請的申請日已經公開的情況下，上述背景技術不應當用于評價本申請的新穎性和創造性。

【發明內容】

本發明所要解決的技術問題是：彌補上述現有技術的不足，提出一種隔膜、電極和集流體一體化結構以及電池的制備方法，制得的一體化結構應用于電池中可提升電池的循環性能，且可提高電池的能量密度。

本發明的技術問題通過以下的技術方案予以解決：

一種隔膜、電極和集流體一體化結構的制備方法，包括以下步驟：S1，以隔膜為基體，通過印刷技術或打印技術在所述隔膜表面印制電極漿料，使所述電極漿料呈圖案化分布在所述隔膜表面；S2，將步驟S1得到的隔膜進行真空干燥，使所述隔膜表面的電極漿料固化，形成圖案化分布的電極材料；S3，通過真空鍍膜技術或噴涂沉積技術，在圖案化分布的電極材料的整個表面鍍上或沉積上一層導電薄膜作為集流體，制得所述一體化結構。

一種根據如上所述的制備方法制得的隔膜、電極和集流體的一體化結構。

一種隔膜、電極和集流體一體化結構的制備方法，包括以下步驟：S1，以隔膜為基體，通過印刷技術或打印技術在所述隔膜的一側表面印制正極電極漿料，在所述隔膜的另一側表面印制負極電極漿料，使所述正極電極漿料和負極電極漿料均呈圖案化分布在所述隔膜的兩側表面上；S2，將步驟S1得到的隔膜進行真空干燥，使所述隔膜表面的電極漿料固化，形成圖案化分布的正極電極材料、負極電極材料；S3，通過真空鍍膜技術或噴涂沉積技術，分別在圖案化分布的正極電極材料、負極電極材料的整個表面鍍上或噴上一層導電薄膜作為正極集流體、負極集流體，制得所述一體化結構。

一種隔膜、電極和集流體一體化結構的制備方法，包括以下步驟：根據如上所述的制備方法分別制得正電極或者負電極后，將所述正電極中的隔膜與所述負電極中的隔膜貼合在一起制得隔膜、電極和集流體的一體化結構。

一種電池的制備方法，根據如上所述的制備方法制備隔膜、電極和集流體的一體化結構，然后將所述一體化結構和電解液組裝成電池。

本發明與現有技術對比的有益效果是：

本發明的一體化結構的制備方法，通過印刷或打印形成圖案化電極材料，配合真空鍍膜或噴涂沉積技術形成導電薄膜作為集流體，從而制得制得隔膜、電極和集流體集成在一起的結構，且其中的電極活性物質呈現圖案化分布，集流體為薄膜結構、厚度小。這種特定結構與電解液組裝成電池后，電極材料因由傳統的均勻涂布變成了圖形化分布，使得電極材料之間具有周期分布的間隙，可以適應循環過程中的體積變化，因而能更好地釋放應力，較好地避免了活性物的爆裂、脫落等情況。因而，電池的循環性能得到了提升。進一步地，在保持電池材料良好的力學性能的條件下，電極活性材料的厚度能在一定范圍內進一步增大，而不降低電池的電化學性能。如此，電池的能量密度得到了提升。而采用真空鍍膜或噴涂工藝實現集流體與活性物質的直接連接，一方面，可增強活性物質與集流體之間的結合力，降低一體化結構內部各組分的接觸電阻，從而加快一體化結構的電化學動力學過程。另一方面，與商用金屬集流體箔相比，得到的導電層厚度更小，能進一步降低電池的封裝體積和重量，從而提升電池的能量密度。

【附圖說明】

圖1是本發明具體實施方式中在隔膜表面印刷電極材料呈圓點陣圖案的示意圖；

圖2是本發明具體實施方式中在隔膜表面印刷電極材料呈方點陣圖案的示意圖；