双电极电解池「锂电池阳极」

今天带来双电极电解池「锂电池阳极」，关于双电极电解池「锂电池阳极」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

CN 112310406 欣旺达电动汽车电池有限公司

技术背景：

锂离子电池是目前使用最广泛的电池技术，具有容量高、循环寿命长等特点。随着智能可穿戴电子设备的发展和普及，特别是柔性电子器件的出现，人们对锂离子电池需求也相应地提出了轻、薄、柔等要求。一方面，传统锂离子电池为实现高电压所采用的内并外串结构会增加极耳重量并占用电池的空间，显然背离了体积轻薄的要求。对此，解决方案是在集流体两侧涂覆不同极性的活性物质形成双极性电极，通过叠加将内部结构串联，从而在实现高电压、高电池能量密度的同时实现轻量化。

另一方面，集流体作为锂离子电池中连接电极和外接电路的组成部分，对电池的柔性有着至关重要的影响，柔性集流体也就成了柔性锂离子电池的关键部件之一。因此，双极性柔性集流体，对高电压高比能量柔性锂离子电池的设计和制备极为重要。

传统的铜箔和铝箔等集流体材料虽然电子电导率很高，但柔性欠佳，容易弯折并留下不可逆的折痕甚至裂纹，而且不具备弹性，在充放电时电池容易因体积膨胀/收缩而导致界面阻抗增加。

为了增加集流体材料的柔性，研究人员尝试利用聚合物材料作为基底，在两侧沉积金属层。然而，聚合物基底本身导电性有限，而且沉积的金属难以完全覆盖薄膜的孔隙，容易在内部形成通孔而使电解液穿透造成短路。

发明内容：

本申请的一个实施例提供了一种柔性集流体，该柔性集流体包括三维导电骨架和填充在三

维导电骨架内的复合材料，复合材料包括聚合物基体和掺杂在聚合物基体内的导电材料。

双极性电极

有益效果：

1.本申请实施例所提供的柔性集流体使用三维导电骨架，在保证了集流体的机械强度的同时，为集流体提供了连续的导电网络，有效提高了复合材料的导电性。同时，在聚合物基体中加入一定含量的导电材料能进一步提高集流体的导电率。

2.本申请实施例所采用的在三维导电骨架内填充聚合物基体和导电材料的方式可以有效避免内部孔隙的出现，防止出现因内部通孔而造成短路等现象。

3.本申请实施例所提供的柔性集流体能应用于内部串联的锂离子电池中，在实现电池的高电压的同时有效提高了电池的能量密度，具有良好的应用前景。

特点：

1、三维导电骨架的孔隙率为60％～95％。三维导电骨架的孔隙率在60％～95％时，复合材料的柔性与骨架的机械强度之间能够获得较好的平衡。泡沫金属选自泡沫铜、泡沫镍、泡沫铝、泡沫铁、泡沫钛、泡沫银、泡沫锌、泡沫铁镍、泡沫镍铬、泡沫钴镍或泡沫不锈钢中的至少一种。

2、采用弹性体橡胶材料能够提高集流体的弹性和柔韧性，有效适应集流体表面涂覆的活性材料在工作状态下发生的体积变化以及电池的弯折。同时，弹性体橡胶的添加使柔性集流体更具弹性，从而减少界面阻抗。通过浸润的方式使复合材料对三维导电骨架实现有效填充，更有效避免内部通孔造成短路。而且，该制备方法步骤简单，适合大规模生产。

3、导电材料选自碳纳米管、石墨烯、乙炔黑、石墨、碳纤维、炭黑、金属粉末中的至少一种

制备方法包括以下步骤：

S1、将导电材料和聚合物基体混合形成聚合物前驱体溶液；

S2、将三维导电骨架依次经过酸洗、水洗和硅烷偶联剂表面处理并干燥后，浸入所述聚合物前驱体溶液，浸润后固化，得到柔性集流体

S2中固化的方式为真空热压成型。通过真空热压成型的方式，可以更加彻底地去除集流体中的气泡，避免使用过程中电解液的穿透。

采用该双极性电极的电池结构：

本申请的一个实施例提供了一种电池，该电池包括上述的极片。该电池可以是液态锂电池或固态锂电池，液态锂电池包括上述极片、隔膜、电解液和铝塑膜，极片相互叠加，极片之间用隔膜隔开，注入电解液后采用铝塑膜进行封装即得内部串联的柔性液态锂离子电池；固态锂电池包括上述极片、固态电解质膜和铝塑膜，极片叠加，中间用固态电解质膜隔开，通过铝塑膜封装后即得内部串联的柔性固态锂离子电池。

实施例：

S1.在去离子水中加入炭黑，常温高速搅拌形成稳定的炭黑悬浮液；搅拌加入丁苯橡胶胶乳，水浴加热至80°C，保温15min，得到聚合物前驱体溶液。

S2.泡沫铝经过3％硝酸溶液超声清洗10min，再经去离子水超声清洗10min，加入质量比为2％的硅烷偶联剂进行表面改性处理，改性处理后的泡沫铝浸入聚合物前驱体溶液并抽真空，当泡沫铝上完全没有气泡的时候视为完全填充，待聚合物前驱体溶液完全浸润并填充泡沫铝的孔隙后取出泡沫铝，真空条件(‑0.1MPa)下150°C热压成型，得到柔性集流体。

测试结果：

比较实施例和对比例可以看到，在将复合材料导入三维导电骨架后，集流体的电阻率下降显著，平均输出电压有了明显提高，该结果表明通过这种方式可以有效提高集流体的导电性。