专利名称：一种化学电源电极制造方法
技术领域：
本发明涉及化学电源制造领域，特别是一种化学电源电极制造方法。
背景技术：
化学电源是一种涉及物质化学能与电能之间相互转化的储能装置，主要包括电池、超级电容器等。目前，传统的化学电源电极制作方法主要有两种，一种为将活性物质、添加剂、粘结剂混合成浆料，直接涂覆在集流体上，经烘干、压实后制备成电极，如拉浆法、涂布法等。另一种为首先将金属导电粉末涂覆在集流体基材上，然后经高温烧结将粘结剂挥发后制备成多孔集流体，接着通过化学反应或电化学反应将活性物质、添加剂沉积在多孔集流体上，经洗涤、烘干、压实后制作成电极，如烧结法等。这些传统的电极制作方法都存在活性物质填充密度、涂覆密度不高，电极比容量偏低，不利于提高化学电源的比能量的缺点。如今，随着化学电源应用领域的不断扩大，许多使用场合对化学电源的储能密度提出了更高的要求，如消费电子产品(智能手机、数码相机等)、电动汽车等。
发明内容
为了改变传统化学电源电极制作方法制造的电极比容量偏低的不足，本发明提出了一种全新的化学电源电极制备方法，有效提高电极比容量，从而提高整个储能器件的能量密度，满足更广泛应用领域的使用要求。本发明提出一种化学电源电极制造方法，包括如下步骤
a).在活性物质片的一面涂覆或喷刷一层有机物浆料；
b).将所述活性物质片涂覆有有机物浆料的一面粘附在集流体上；
c).在高温环境下干燥制作成初级极片；
d).将所述初级极片放入温度为有机物浆料熔点的环境内静置一段时间；
e).立即取出压制成所需厚度电极。其中，所述活性物质片由活性物质粉末与添加剂粉末混合压制而成。其中，所述的活性物质片由活性物质粉末、添加剂粉末、粘结剂、溶剂混合成稠状液体压制成片状后，经干燥去除溶剂后，再压制成一定厚度制备而成。其中，所述有机物浆料由有机物粉末与溶剂混合而成。其中，所述有机物粉末采用聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚偏氟乙烯 (PVDF)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、羧甲基纤维素(CMC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、丁苯橡胶(SBR)中的至少一种。其中，所述溶剂采用去离子水、N-甲基吡咯烷酮、三氯甲烷、三氯乙烯、乙醇、异丙醇中的至少一种。其中，所述集流体由导电性良好的金属或非金属材料组成，形状为箔片、冲孔箔片、冲孔毛刺箔片中的一种。其中，所述金属材料采用银、金、铜、铝、镍、铅中的至少一种。
其中，所述非金属材料采用石墨、导电橡胶、导电聚合物中的至少一种。其中，使用热平压或热辊压方式压制。使用本发明方法制作的化学电源电极的体积比容量相对于传统制作方法要高 8 12%，有效提高了同体积下化学电源的储能密度，能很好地满足一些要求高储能应用场合的要求。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明。一种化学电源电极，由活性物质片、有机物浆料层、集流体组成，其制造方法按照如下步骤进行
(1)活性物质片的制备，有如下面两种制备方法
a).将活性物质粉末、添加剂粉末按一定比例混合均勻后，在平压机上压制成一定厚度活性物质片。b).将活性物质粉末、添加剂粉末、粘结剂、溶剂按一定比例混合成稠状液体后，在辊压机上反复辗压制成片状，经干燥去除溶剂后，再压制成一定厚度活性物质片。(2)有机物浆料的制备
将有机物粉末、溶剂按一定比例混合均勻，搅拌调制成粘稠状液体。(3)电极的制备
a).在活性物质片的一面涂覆或喷刷一层有机物浆料；
b).将所述活性物质片涂覆有有机物浆料的一面粘附在集流体上；
c).在高温环境(80 IO(TC)下干燥制作成初级极片；
d).将所述初级极片放入温度为有机物浆料熔点的环境内静置一段时间(3 5min)；
e).立即取出使用高温热平压机或热辊压机压制成所需厚度电极。实施例1 镍氢电池——氧氧化镍电极的制作
活性物质片的制备将氢氧化镍、氧化亚钴按质量比95 5的比例混合均勻，然后在平压机上使用50Mpa的压力压制成5(^20*0. 3mm3的活性物质片；
有机物浆料的制备将聚乙烯醇、去离子水按质量比98 2的比例混合均勻，调制成粘稠状液体。氢氧化镍电极的制备在一片活性物质片表面涂覆一层20μ厚的有机浆料，将其贴附在厚度为0. 08mm的镍箔上，然后放入80°C的烘箱内干燥30分钟后取出，再取一片活性物质片，在其表面同样涂覆一层20 μ厚的有机浆料，贴附在镍箔的另一面，接着放入80°C 的烘箱内干燥45分钟后取出，冷却至室温即为初级极片。将初级极片放入温度为140°C的烘箱内静置3分钟后立即取出，放入温度为100°C的热平压机内压制成厚度为0. 68mm的电极，电极活性物质密度为3. 55g/cm3，而泡沫式氢氧化镍电极的最高密度为3. 2g/cm3，相比高出10. 9%。氢氧化镍电极的测试将氢氧化镍电极、贮氢合金电极(尺寸100*40*0. 7mm3)、 聚丙烯隔膜组装成模拟电池，按照一定的化成制度活化后，测试了其0. 5C放电容量，计算出氢氧化镍的质量比容量为^K)mAh/g，与制作成传统泡沫镍电极测试结果一致，说明本制作方法不会影响活性物质性能的发挥，而制作电极的体积比容量相对于常规方法要提高10. 9%。实施例2 镍氢电池——C氢合金电极的制作
活性物质片的制备将贮氢合金、镍粉按质量比96 4的比例混合均勻，然后在平压机上使用50Mpa的压力压制成5(^20*0. 25mm3的活性物质片；
有机物浆料的制备将聚乙烯醇、去离子水按质量比98 2的比例混合均勻，调制成粘稠状液体。贮氢合金电极的制备在一片活性物质片表面涂覆一层20μ厚的有机浆料，将其贴附在厚度为0. 08mm的镍箔上，然后放入80°C的烘箱内干燥30分钟后取出，再取一片活性物质片，在其表面同样涂覆一层20 μ厚的有机浆料，贴附在镍箔的另一面，接着放入80°C 的烘箱内干燥45分钟后取出，冷却至室温即为初级极片。将初级极片放入温度为140°C的烘箱内静置3分钟后立即取出，放入温度为100°C的热平压机内压制成厚度为0. 58mm的电极，电极活性物质密度为3. 84g/cm3，而泡沫式贮氢合金电极的最高密度为3. 5g/cm3，相比高出9. 73%。贮氢合金电极的测试将贮氢合金电极、氢氧化镍电极(尺寸100*40*0. 9mm3)、 聚丙烯隔膜组装成模拟电池，按照一定的化成制度活化后，测试了其0. 5C放电容量，计算出贮氢合金的质量比容量为310mAh/g，与制作成传统泡沫镍电极测试结果一致，说明本制作方法不会影响活性物质性能的发挥，而制作电极的体积比容量相对于常规方法要提高 9. 73%。实施例3 锂离子电池——钴酸锂电极的制作
活性物质片的制备将钴酸锂、导电炭黑、聚四氟乙烯乳液(固含量为60%)、去离子水按照质量比90 7 3 10的比例混合均勻后，在对辊机上反复辗压成厚度为0. 2mm的薄片，接着在100°C的烘箱干燥1小时后取出，冷却至室温后，用对辊机辗压至0. 1mm，裁切成 50*20mm2的活性物质片。有机物浆料的制备将聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮按照质量比95 5混合均勻， 调制成粘稠状液体。钴酸锂电极的制备在一片活性物质片表面涂覆一层15μ厚的有机浆料，将其贴附在厚度为0. 015mm的铝箔上，然后放入100°C的烘箱内干燥30分钟后取出，再取一片活性物质片，在其表面同样涂覆一层15μ厚的有机浆料，贴附在铝箔的另一面，接着放入100°C 的烘箱内干燥45分钟后取出，冷却至室温即为初级极片。将初级极片放入温度为170°C的烘箱内静置5分钟后立即取出，放入温度为100°C的热平压机内压制成厚度为0. 185mm的电极，电极活性物质密度为4. 35g/cm3，而普通涂布钴酸锂电极的最高密度为4. Og/cm3，相比高出8. 75%。钴酸锂电极的测试将钴酸锂电极、金属锂电极(尺寸60*30*0. 5mm3)、聚丙烯隔膜组装成模拟电池，按照一定的化成制度活化后，测试了其0. 5C放电容量，计算出钴酸锂的质量比容量为145mAh/g，与制作成传统涂布电极测试结果一致，说明本制作方法不会影响活性物质性能的发挥，而制作电极的体积比容量相对于常规方法要提高8. 75%。实施例4:锂离子电池——中间相碳微球电极的制作
活性物质片的制备将中间相碳微球、导电炭黑、聚四氟乙烯乳液(固含量为60%)、去离子水按照质量比92 5 3 12的比例混合均勻后，在对辊机上反复辗压成厚度为0. 2mm的薄片，接着在100°c的烘箱干燥1小时后取出，冷却至室温后，用对辊机辗压至0. 1mm，裁切成5(^20mm2的活性物质片。有机物浆料的制备将聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮按照质量比95 5混合均勻， 调制成粘稠状液体。中间相碳微球电极的制备在一片活性物质片表面涂覆一层15 μ厚的有机浆料， 将其贴附在厚度为0. OlOmm的铜箔上，然后放入100°C的烘箱内干燥30分钟后取出，再取一片活性物质片，在其表面同样涂覆一层15 μ厚的有机浆料，贴附在铜箔的另一面，接着放入100°C的烘箱内干燥45分钟后取出，冷却至室温即为初级极片。将初级极片放入温度为170°C的烘箱内静置5分钟后立即取出，放入温度为100°C的热平压机内压制成厚度为 0. 175mm的电极，电极活性物质密度为1. 97g/cm3，而普通涂布中间相碳微球电极的最高密度为1.8g/cm3，相比高出9. 44% 0中间相碳微球电极的测试将中间相碳微球电极、金属锂电极(尺寸 60*30*0. 5mm3)、聚丙烯隔膜组装成模拟电池，按照一定的化成制度活化后，测试了其0. 5C 放电容量，计算出中间相碳微球的质量比容量为300mAh/g，与制作成传统涂布电极测试结果一致，说明本制作方法不会影响活性物质性能的发挥，而制作电极的体积比容量相对于常规方法要提高9. 44%。实施例5 超级电容器——活性炭电极的制作
活性物质片的制备将活性炭、导电炭黑、聚四氟乙烯乳液(固含量为60%)、去离子水按照质量比90 7 3 15的比例混合均勻后，在对辊机上反复辗压成厚度为0. 25mm的薄片， 接着在100°C的烘箱干燥1小时后取出，冷却至室温后，用对辊机辗压至0. 125mm，裁切成 50*20mm2的活性物质片。有机物浆料的制备将聚乙烯醇、去离子水按质量比98 2的比例混合均勻，调制成粘稠状液体。活性炭电极的制备在一片活性物质片表面涂覆一层20μ厚的有机浆料，将其贴附在厚度为0. IOmm的镍箔上，然后放入80°C的烘箱内干燥30分钟后取出，再取一片活性物质片，在其表面同样涂覆一层20μ厚的有机浆料，贴附在镍箔的另一面，接着放入80°C 的烘箱内干燥45分钟后取出，冷却至室温即为初级极片。将初级极片放入温度为140°C的烘箱内静置3分钟后立即取出，放入温度为100°C的热平压机内压制成厚度为0. 25mm的电极，电极活性物质密度为0. 56g/cm3，而普通涂布活性炭电极的最高密度为0. 50g/cm3，相比尚出12 % ο活性炭电极的测试将活性炭电极、氢氧化镍电极(尺寸60*30*0. 5mm3)、聚丙烯隔膜组装成C/M (OH)2模拟电容器，按照一定的化成制度活化后，测试了其放电容量，计算出活性炭的质量比容量为^OF/g，与制作成传统涂布电极测试结果一致，说明本制作方法不会影响活性物质性能的发挥，而制作电极的体积比容量相对于常规方法要提高12%。本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种化学电源电极制造方法，其特征在于包括如下步骤a).在活性物质片的一面涂覆或喷刷一层有机物浆料；b).将所述活性物质片涂覆有有机物浆料的一面粘附在集流体上；c).在高温环境下干燥制作成初级极片；d).将所述初级极片放入温度为有机物浆料熔点的环境内静置一段时间；e).立即取出压制成所需厚度电极。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述活性物质片由活性物质粉末与添加剂粉末混合压制而成。
3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述的活性物质片由活性物质粉末、添加剂粉末、粘结剂、溶剂混合成稠状液体压制成片状后，经干燥去除溶剂后，再压制成一定厚度制备而成。
4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述有机物浆料由有机物粉末与溶剂混合而成。
5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于所述有机物粉末采用聚乙烯醇(PVA)、 聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、 羧甲基纤维素(CMC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、丁苯橡胶(SBR)中的至少一种。
6.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于所述溶剂采用去离子水、N-甲基吡咯烷酮、三氯甲烷、三氯乙烯、乙醇、异丙醇中的至少一种。
7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述集流体由导电性良好的金属或非金属材料组成，形状为箔片、冲孔箔片、冲孔毛刺箔片中的一种。
8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于所述金属材料采用银、金、铜、铝、镍、铅中的至少一种。
9.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于所述非金属材料采用石墨、导电橡胶、 导电聚合物中的至少一种。
10.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于使用热平压或热辊压方式压制。
全文摘要
本发明提出一种化学电源电极制造方法，包括如下步骤a)在活性物质片的一面涂覆或喷刷一层有机物浆料；b)将所述活性物质片涂覆有有机物浆料的一面粘附在集流体上；c)在高温环境下干燥制作成初级极片；d)将所述初级极片放入温度为有机物浆料熔点的环境内静置一段时间；e)立即取出压制成所需厚度电极。使用本发明方法制作的化学电源电极的体积比容量相对于传统制作方法要高8～12％，有效提高了同体积下化学电源的储能密度，能很好地满足一些要求高储能应用场合的要求。
文档编号H01M4/30GK102496699SQ20111043460
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者廖书田, 杨恩东, 许检红, 颜亮亮 申请人:上海奥威科技开发有限公司