[發明專利]一種采用鋰箔帶制造的鋰離子負電極及其制備方法

在審

• 申請號: 201811630769.6
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109686587A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 胥建華
• 申請（專利權）人: 池州市修典新能源科技有限公司
• 主分類號: H01G11/26
• 分類號: H01G11/26;H01G11/50;H01G11/86;H01M4/13;H01M4/134;H01M4/139;H01M4/1395;H01M4/04;H01M10/0525;B32B15/04;B32B3/14
• 代理公司: 合肥中博知信知識產權代理有限公司 34142
• 代理人: 吳棟杰

本發明公開了一種采用鋰箔帶制造的鋰離子負電極及其制備方法，所述鋰離子負電極從下到上依次設置有下鋰箔帶、負電極帶、上鋰箔帶，所述下鋰箔帶設置有若干條平行的平鋪在負電極帶的下端面，所述上鋰箔帶設置有若干條平行的平鋪在負電極帶的上端面。所述鋰離子負電極是一種可用于鋰離子電容器的復合鋰負電極。本發明的制造工藝采用鋰箔帶，不需要任何粉末或噴霧的步驟，大大降低了電極制造過程的時間和成本，不需要粘合劑的干燥時間，不需要加熱的復合層壓輥，便于制造過程的質量控制，可獲得了具有高密度、高性能復合鋰負電極帶卷，適用于鋰電容負電極等，可廣泛推廣于新能源汽車、風力發電、備用電源、電動工具等領域，市場潛力巨大。

技術領域

本發明涉及一種電極的制造，特別是涉及一種采用鋰箔帶制造的鋰離子負電極及其制備方法

技術背景

鋰離子電極的制造涉及到一個相對柔韌的層附著到一個相對剛性的層，負極電極是用這種方法制造的一類電極。電極廣泛用于存儲電能的許多設備，包括初級(非充電)電池、二次電池、燃料電池和電容器。由于設計電極時需要考慮各種相互矛盾的性能標準，許多電極使用兩種甚至更多種材料構建。一種常用的復合電極應用實例是雙電層電容器結構，也稱為電化學電容器或超級電容器。雙層電容器采用作為能量存儲元件的電極，它被浸入電解質溶液(電解質)中。通常，浸漬電解質的多孔隔板確保電極彼此不接觸。在固體電極和電解質之間的每個界面上形成一層電荷。雙層電容器的這些層具有不同描述。與傳統電容器相比，雙層電容器的電容量與體積和重量有關。造成這種體積和重量效率的原因主要有兩個。首先，電荷分離層的寬度很小，按納米量級排列。第二，電極可以由多孔材料制成，每單位體積有非常大的有效面積，即非常大的歸一化有效面積。由于電容量與電極面積成正比，與電荷分離層的寬度成反比，窄電荷分離層和大表面積的綜合效應導致其電容量比傳統電容器電容量高很多。高電容量使雙層電容器能夠接收、儲存和釋放大量的電能。電容器的另一個重要性能參數是它的內阻，也稱為等效串聯電阻(ESR)。電容器的頻率響應取決于電容器的特征時間常數，而電容器的特性時間常數是電容和內阻的乘積，或RC。換言之，內部電阻限制電容器的充放電率，因為電阻限制了流入或流出電容器的電流。在許多應用中，最大化充放電速率是很重要的。例如，在混合動力汽車應用中，作為汽車發動機能量儲存元件的電容器必須能夠在加速過程中提供高瞬時功率，并接收再生制動所產生的功率。高內阻可在充放電周期內產生熱量。熱引起機械應力，加速各種化學反應，從而加速電容器老化。此外，轉換成熱能的能量也會丟失，從而降低電容器的效率。因此，降低電容器內阻是可取的。用于構成電極的活性材料，例如活性炭，通常具有相當有限的比電導。因此，可以要求大的接觸面積以將電極與其端子之間的接觸電阻降到最小?；钚圆牧弦部赡苓^于脆或不適合直接連接到端子。此外，該材料可能具有相對較低的抗拉強度，在某些應用中需要機械支撐。由于這些原因，電極通常包含電流收集器。電流收集器通常是一層導電材料，在該電極上沉積活性電極材料。鋁箔通常用作電極的電流收集材料。在一種電極制造過程中，制備溶劑基電極膜，然后用濕溶劑粘合劑或粘合劑層把它貼到薄鋁箔上。為提高電極活性材料薄膜與集流體之間的界面粘結質量，薄膜與集流器的結合是采用壓力復膜機完成的。例如，碾壓輥或夾送輥。壓力復膜增加了薄膜與集電器之間的結合力，降低了等效串聯電阻。在溶劑基電極膜、濕粘合劑和集流體經層壓之復合，隨后被干燥處理以除去任何液體溶劑、潤滑劑或雜質。正如已經提到的，雙層電容器的高電容在很大程度上是由于電極層較高的有效比面積引起的?；钚噪姌O層的孔隙率對提高有效表面積起著重要作用。一般情況下，當活性電極膜壓實致密時小尺度范圍的孔隙度是不變的。例如，通過碾壓輥或高壓夾送輥處理。由于壓實作用在保持孔隙表面相對不變的同時降低了膜的體積，使有效比表面積增大。此外，壓實往往會降低等效串聯電阻，也可能改善薄膜的結構完整性。由于這些原因，目前的溶劑型活性電極膜在粘貼到電流收集器之前通常是經壓實的。典型的活性電極膜的材料是可壓縮的和可延展的。當電極膜經輥子單獨地碾壓，或電極膜與濕粘合劑層一起碾壓，這不但會使通過施壓方向壓實，而且也會變形、伸長和平面橫向寬展。這會有問題的，有兩個原因。首先，致密化減少，可能需要多次壓實/致密的步驟。第二，電極膜可能需要修剪，因為延展，即伸長和寬展。例如，當電極膜擴散到集電極表面時，或者電極膜擴散到需要連接其它組件的集電極的區域，例如端子或其它電極時，就需要進行微調。額外的壓實和修整步驟增加了加工成本和時間，并且最好減少或完全避免。這些問題不一定局限于電極的制備，也與其它可壓縮材料的壓實和復合過程相關。