[發明專利]一種金屬網能量存儲電極的制備方法

在審

• 申請號: 201811613172.0
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN110197892A
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 陳圖強
• 申請（專利權）人: 陳圖強
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/13;H01M4/74;H01G11/28;H01G11/70;H01G11/86
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔

本發明公開了一種金屬網能量存儲電極的制備方法。它通過將預壓成型的粉末材料電極薄膜熱壓進金屬網集電器的孔結構中，來形成金屬網電極。其應用主要包括鋰離子電池以及超級電容器電極的制備。與傳統制備金屬箔集電器電極的方法相比，它無需溶劑、不制備漿料、不需要將漿料涂敷在金屬薄膜集電器上，因而制備成本更低、更清潔環保。

關于美國聯邦政府資助的研發的聲明

無。

技術領域

本發明涉及能量存儲電極及其制備方法，主要包括鋰離子電池及超級電容器電極及其制備方法。更具體地，本發明涉及一種金屬網能量存儲電極及其制備方法。

背景技術

傳統電池或超級電容器通常是二維(2-D)結構，其中陽極和陰極薄膜用隔膜/電解質層隔離，通過纏繞或折疊形成器件。傳統鋰離子電池及超級電容器在電極形式、制備工藝及設備上基本相同，都以粉末活性電極材料與導電添加劑、聚合物粘合劑、以及有機溶劑混合形成漿料，涂覆在導電金屬箔上。干燥后的膜電極被裁剪、組裝成所謂的二維電池或電容器。這種制備工藝需要使用有機溶劑，如二甲基甲酰胺(DMF)。而且這些溶劑在隨后的干燥過程中被蒸發釋放到空氣中。這中工藝成本高，不清潔環保，制備周期可能更長。然而，當用金屬箔基材制備電極時，似乎必須使用溶劑形成漿料涂敷在金屬箔上，以確保電極膜與金屬箔的充分粘合。

近年來，為改進鋰離子電池和超級電容器的工作性能，金屬網被用作電極的集電器，替代金屬箔。CHEN在美國專利(US 9,905,370B2)中公開了一種3-D鋰離子電池和超級電容器，其中超細金屬網(UMM)被用作集電器。電極材料和固態電解質的薄膜依次沉積在超細金屬網線的表面上，形成所謂的UMM電極。這些UMM陽極和陰極交替堆疊和層壓，形成超細金屬網基3-D能量存儲裝置，進而獲得更優良的電化學性能和結構性能。SHI等人在一篇論文中(NANO ENERGY，2014,6,82-91)報道了一種柔性超級電容器。它通過在不銹鋼(SS)金屬網上涂敷碳材料來制備網狀電極，然后用有機電解質潤濕的隔膜隔離一對網狀電極，形成所謂的柔性超級電容器。

與傳統金屬箔電極相比，這些金屬網電極，由于更高的網孔隙率，可以承載更多的活性電極材料，從而改善電池或超級電容器的性能。這些性能包括能量密度和功率密度，以及由于電極的柔性結構，使電池或超級電容器外形設計上更具靈活性。另外，金屬網孔結構具有更高表面積，使電極材料和金屬網基體的結合力更強。不僅如此，網狀結構還允許電極材料從網的一側到另一側形成固有連續的結構，使金屬網鑲嵌在電極材料結構中，從而使金屬網與電極材料膜的結合更強。而對于金屬箔來講，這種結構是不可能的，金屬箔不允許兩邊電極膜結合在一塊。這種金屬網電極的新穎結構，使新的、更有效的制備方法成為可能。然而，CHEN和SHI在各自的文獻中所描述的還是傳統常規的制備方法，涉及使用溶液和漿料。

發明內容

本發明的目的是解決現有能量存儲電極制備方法中存在的問題。本發明包括：1)應用金屬網作為電極基體集電器，2)通過壓制電極粉末混合物制備電極材料膜，以及3)通過熱壓電極材料膜使其鑲嵌在金屬網孔結構中，形成一整體的電極部件，用于制備鋰離子電池和超級電容器。

因此，本發明的一個目的就是發明一種制備金屬網能量存儲電極的方法，不使用溶劑制備漿料、成本低、且清潔環保。本發明的另一個目的是公開一種能量存儲電極，它將電極材料嵌入柔性金屬網狀集電器中，以提高鋰離子電池和超級電容器的能量密度和功率密度，以及提供制備柔性電池及超級電容器的可能性。

根據本發明，制備金屬網能量存儲電極的方法包括以下步驟：1)在不存在溶劑的情況下混合粉末電極材料；2)通過熱壓粉末電極材料制備獨立的電極膜或者在不沾朔料薄膜上制備電極膜，以及3)將金屬網放在兩個電極膜之間，通過熱壓形成金屬網能量存儲電極。

附圖說明

本發明的原理可參考具體實施列，并結合附圖來理解。其中：

圖1顯示網狀電極的橫截面圖。