一种高导电电极结构及其制备方法

本发明涉及锂电池制备生产，特别涉及一种高导电电极结构及其制备方法。

背景技术：

1、随着传统化石能源的短缺，人们对能源问题日益重视，锂离子电池作为新能源受到人们普遍关注，除了现有的生活中便携式的电池应用，其在大功率高能量动力电池、大型储能的发展越来越重要。

2、动力锂电池在使用过程中需要大电流、大功率充放电，因此对电池的电化学性能、安全性能和热性能提出了更高的要求，市场上有比较成熟的动力锂离子电池包括磷酸锂电池、锰酸锂电池、钛酸锂电池。目前，人们在电极中加入石墨烯，碳纳米管等低维碳材料实现导电性的增强。由于石墨化晶体的导电性能在沿“ab平面”和“c轴”方向之间的差异非常大，差异可能高达6个数量级。在现有技术条件下，如图1所示，电池内部低维导电碳材料在电极内部呈随机无序的取向，不利于发挥它们的导电优势。如何将导电碳材料的“ab”平面方向与电池内部电荷移动方向对齐，有着巨大的科学与工程价值。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提供一种高导电电极结构及其制备方法，以解决现有技术中的不足。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种高导电电极结构，包括涂布基材和涂布于所述涂布基材上的电极浆料，所述电极浆料包括若干低维导电碳材料，各所述低维导电碳材料的高导电晶体方向与所述涂布基材的平面呈垂直关系；

3、其中，所述低维导电碳材料均匀弥散分布于所述电极浆料的内部，所述低维导电碳材料包括石墨化晶体结构，所述石墨化晶体结构为碳纳米管、石墨烯微片和石墨片中的一种或至少两种混合物，所述高导电晶体方向为所述石墨化晶体的ab平面方向。

4、为实现上述目的，本发明还提供了一种高导电电极结构的制备方法，用于制备上述中所述的高导电电极结构，所述方法包括：

5、通过低温等离子发生器和交流电场产生的交流电泳作用于电极浆料，以使均匀弥散分布于所述电极浆料内部的各低维导电碳材料的高导电晶体方向垂直于涂布基材的平面。

6、优选的，所述通过低温等离子发生器和交流电场产生的交流电泳作用于电极浆料的步骤包括：

7、将低温等离子发生器置于涂布基材的上方，在所述涂布基材上涂布电极浆料的过程中，利用所述低温等离子发生器产生导电的低温等离子体，其中，所述低温等离子体覆盖于电极浆料涂层上，并在电极浆料周围的空间形成导电介质。

8、优选的，所述低温等离子体的导电率不小于4×10-2s/m。

9、优选的，所述方法还包括：

10、将所述涂布基材和外部交流电极作为交流电场的两个电极，并通过所述低温等离子体形成导电闭环以建立交流电场，其中，所述交流电场的电流方向垂直于所述涂布基材的平面。

11、优选的，所述低维导电碳材料由碳纳米管、石墨烯微片和石墨片组成，通过低温等离子发生器和交流电场产生的交流电泳作用于电极浆料的步骤包括：

12、通过低温等离子发生器和交流电场产生的交流电泳作用于所述电极浆料，以使所述电极浆料内部弥散分布的各低维导电碳材料开始移动和旋转，直至到达垂直于所述涂布基材的平面。

13、优选的，所述交流电场的频率为10 hz-10 khz，以及其电场振幅为在10 v/cm-50v/cm。

14、优选的，所述方法还包括：

15、基于放电电离原理产生低温等离子体，具体为，利用低温等离子发生器内部电极之间的电压差，使气体中的电子加速并与气体分子相撞,发生电离形成低温等离子体。

16、优选的，所述方法还包括：

17、基于激光电离原理产生低温等离子体，具体为，通过低温等离子发生器发出激光，在所述激光与靶材气体相互作用的过程中，所述激光的能量转移给气体分子或气体原子，使所述气体分子或所述气体原子被激发成高能态，当所述气体分子或所述气体原子在高能态中失去电子时，形成等离子体。

18、本发明的有益效果是：通过低温等离子发生器在电极浆料的表面产生导电的低温等离子体，然后通过低温等离子体以无接触的方式传递交流电泳至涂布基材，以使各低维导电碳材料在所述交流电泳的作用下沿垂直于涂布基材的方向定向排列，提高电极浆料中低维导电碳材料的有序性和导电率，增强其导电性能。

19、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种高导电电极结构，包括涂布基材和涂布于所述涂布基材上的电极浆料，其特征在于，所述电极浆料包括若干低维导电碳材料，各所述低维导电碳材料的高导电晶体方向与所述涂布基材的平面呈垂直关系；

2.一种高导电电极结构的制备方法，用于制备权利要求1所述的高导电电极结构，其特征在于，所述方法包括：

3.根据权利要求2所述的高导电电极结构的制备方法，其特征在于，所述通过低温等离子发生器和交流电场产生的交流电泳作用于电极浆料的步骤包括：

4.根据权利要求3所述的高导电电极结构的制备方法，其特征在于，所述低温等离子体的导电率不小于4×10-2 s/m。

5.根据权利要求3所述的高导电电极结构的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：

6.根据权利要求2所述的高导电电极结构的制备方法，其特征在于，所述低维导电碳材料包括石墨化结构，所述石墨化结构为碳纳米管、石墨烯微片和石墨片中的一种或至少两种混合物，通过低温等离子发生器和交流电场产生的交流电泳作用于电极浆料的步骤包括：

7.根据权利要求2所述的高导电电极结构的制备方法，其特征在于，所述交流电场的频率为10 hz-10 khz，以及其电场振幅为在10 v/cm-50 v/cm。

8.根据权利要求2所述的高导电电极结构的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：

9.根据权利要求2所述的高导电电极结构的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：

技术总结
本发明提供了一种高导电电极结构及其制备方法，该高导电电极结构包括涂布基材和电极浆料，电极浆料包括若干低维导电碳材料，各低维导电碳材料的高导电晶体方向与涂布基材的平面呈垂直关系，低维导电碳材料均匀弥散分布于电极浆料的内部，低维导电碳材料包括石墨化晶体结构，石墨化晶体结构为碳纳米管、石墨烯微片和石墨片中的一种或至少两种混合物，高导电晶体方向为石墨化晶体的ab平面方向。通过本申请，利用等离子传导和电泳原理将各低维导电碳材料的高导电晶体方向垂直于涂布基材的平面，使得各低维导电碳材料的高导电晶体方向与电流移动方向一致，以发挥出低维导电碳材料的导电优势，提升该高导电电极结构的导电性能。

技术研发人员：王亚超,朱小宝,黄靛
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12