一种集流体基带及基于该集流体基带制备电极的方法与流程

本发明属于二次电池，具体涉及一种集流体基带及基于该集流体基带制备电极的方法。

背景技术：

1、目前，商用的化学电源主要有锂离子电池、铅酸电池和碱性镍系电池（氢镍电池、镉镍电池、铁镍电池、锌镍电池）三大电池体系。除此之外，还有正处于研发阶段的钠离子电池、锂硫电池、锌离子电池等其它金属离子电池。所有这些电池的制备都离不开正负极活性物质所依附的集流体基带。集流体基带不仅起到承载活性物质的作用，而且用来接收活性物质上转移过来的电子并向外电路传递，充电时将外电路传递过来的电子传递给活性物质，从而实现化学能和电能的相互转换。可见，集流体基带是电池中不可或缺的重要组成部件之一。目前，使用有机电解液的锂离子电池和钠离子电池用铝箔和铜箔分别作为正极活性物质和负极活性物质的集流体基带，钛酸锂电池正负极都可以用铝箔集流体基带。活性物质与导电剂和粘合剂混合成浆料涂敷在铝箔和铜箔上，经烘干辊压和裁剪制备成正电极、负电极。使用水系电解液的氢镍、锌镍和锌离子等电池多使用不锈钢网、镀镍网、铜网、穿孔镀镍钢带、毛刺钢带，毛刺铜带、泡沫镍、泡沫铜等金属材质作为活性物质的集流体基带。由于水系电解液导电性能优于有机电解液，涂敷到集流体基带的浆料厚度可以稍厚，因此多采用拉浆工艺把活性物质浆料刮涂到集流体基带上，经烘干、辊压、裁剪制成电极。目前，现有的金属集流体中，泡沫镍和泡沫铜为多孔三维结构，刮涂到上面的活性物质可以充分与集流体金属接触，导电性能优良，但是成本较高，另外辊压后电极片强度低，容易在卷绕过程中断裂，活性物质容易脱落。平面金属网带和穿孔钢带价格低，活性物质可以通过穿孔相粘合不易脱落，但是上浆量少，负载的活性物质少，经烘干辊压制备成电极片组装成的电池能量密度低，电池成本相对较高。毛刺钢带有利于提高上浆量，增加活性物质的负载量，进而提高电池的能量密度，但是活性物质与基体的贴合程度低，容易形成“三明治”结构，在充放电过程中由于活性物质的膨胀而容易脱落，导致电池循环寿命降低。因此，如何能使得集流体基带同时满足上浆量多，负载的活性物质多，同时制成的电极其活性物质又不易脱落而且价格低，仍然是需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是提供了一种集流体基带及基于该集流体基带制备电极的方法，该集流体基带将毛刺孔基带和穿孔基带的优点设计集合到一种集流体基带上，进而使得该集流体基带能够同时满足上浆量多，负载的活性物质多，同时制成的电极其活性物质又不易脱落而且相对价格较低。

2、本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案：一种集流体基带，包括金属基带，其特征在于：所述金属基带上同时分布有毛刺孔和穿孔，该毛刺孔和穿孔交替错位排布。

3、进一步限定，所述金属基带为镍、不锈钢带、镀镍钢、铜，镀铜钢、镀锡铜、镀锌铜、铝、钛、铅或钛铅合金中的一种或多种。

4、进一步限定，所述金属基带的厚度为0.015-0.3mm。

5、进一步限定，所述金属基带上分布有双面毛刺孔，双面毛刺孔中正面毛刺孔和反面毛刺孔按照金属基带横向和纵向依次交替排布，纵向相邻的正面毛刺孔和反面毛刺孔之间设有穿孔，该穿孔与纵向相邻的正面毛刺孔和反面毛刺孔等间距交替错位排布。

6、进一步限定，所述毛刺孔开口形状为多边形，该毛刺孔开口面积为0.36-9mm2，正面毛刺孔和反面毛刺孔开口后的总高度为0.5-3mm，穿孔的孔径为0.6-3mm，横向相邻毛刺孔之间的距离及纵向相邻毛刺孔与穿孔之间的距离均≤5mm。

7、进一步限定，所述毛刺孔开口形状为长方形、正方形或三角形。

8、本发明所述的基于集流体基带制备电极的方法，其特征在于具体步骤为：

9、步骤s1：通过设计和计算分别用针刺机和冲孔机模具在金属基带上冲出规定大小和特定排列方式的毛刺孔和穿孔形成集流体基带；

10、步骤s2：将电池活性物质、导电剂、碳纤维、粘合剂和溶剂混合制备成均匀的活性物质浆料；

11、步骤s3：采用拉浆方式将活性物质浆料刮涂到集流体基带两面，经烘干、辊压、裁片制备成正极电极和负极电极。

12、进一步限定，步骤s3中所述正极电极和负极电极的厚度均为0.15-2mm。

13、本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：

14、1. 本发明设计的集流体基带可以同时满足上浆量更多，负载的活性物质更多，制成的电极其活性物质与集流体基带粘附结合力强，在充放电过程中活性物质不脱落，循环寿命长，而且价格相对较低，具有很强的市场竞争力。

15、2. 本发明电极组成的电池能量密度高，并具有大电流充放电性能。

16、3. 本发明电极不仅适合贫液态电池，也适合富液态电池。

技术特征：

1.一种集流体基带，包括金属基带，其特征在于：所述金属基带上同时分布有毛刺孔和穿孔，该毛刺孔和穿孔交替错位排布。

2.根据权利要求1所述的集流体基带，其特征在于：所述金属基带为镍、不锈钢带、镀镍钢、铜，镀铜钢、镀锡铜、镀锌铜、铝、钛、铅或钛铅合金中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的集流体基带，其特征在于：所述金属基带的厚度0.015-0.3mm。

4.根据权利要求1所述的集流体基带，其特征在于：所述金属基带上分布有双面毛刺孔，双面毛刺孔中正面毛刺孔和反面毛刺孔按照金属基带横向和纵向依次交替排布，纵向相邻的正面毛刺孔和反面毛刺孔之间设有穿孔，该穿孔与纵向相邻的正面毛刺孔和反面毛刺孔等间距交替错位排布。

5.根据权利要求1所述的集流体基带，其特征在于：所述毛刺孔开口形状为多边形，该毛刺孔开口面积为0.36-9mm2，正面毛刺孔和反面毛刺孔开口后的总高度为0.5-3mm；穿孔的孔径为0.6-3mm，横向相邻毛刺孔之间的距离及纵向相邻毛刺孔与穿孔之间的距离均≤5mm。

6.根据权利要求1所述的集流体基带，其特征在于：所述毛刺孔开口形状为长方形、正方形或三角形。

7.一种基于权利要求1-6中任意一项所述的集流体基带制备电极的方法，其特征在于具体步骤为：

8.根据权利要求7所述的防范，其特征在于：步骤s3中所述正极电极和负极电极的厚度均为0.15-2mm。

技术总结
本发明公开了一种集流体基带及基于该集流体基带制备电极的方法，属于二次电池技术领域。本发明的技术方案要点为：一种集流体基带，包括金属基带，其特征在于：所述金属基带上同时分布有毛刺孔和穿孔，该毛刺孔和穿孔交替错位排布。本发明还公开了基于上述集流体基带制备电极的方法。本发明的集流体基带将毛刺孔基带和穿孔基带的优点设计集合到一种集流体基带上，进而使得该集流体基带能够同时满足上浆量多，负载的活性物质多，同时制成的电极其活性物质又不易脱落而且相对价格较低，大大延长了电池的循环使用寿命，此外这种电极制备成本相对交底，具有很强的市场竞争力。

技术研发人员：杨玉锋,常照荣,丁立,李喜歌,雷越,王晓燕
受保护的技术使用者：河南创力新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11