电池复合极片及其制备方法与流程

1.本发明涉及二次电池极片制备的技术领域，具体而言，涉及电池复合极片及其制备方法。


背景技术：

2.在二次电池的设计中，隔膜和集流体(包括铜箔、铝箔)是电池的重要组成部分，直接影响电池的生产过程、电性能和安全性能。铜箔作为负极常见集流体，具有较高的延展能力和抗拉强度，通常使用厚度为5～10um；铝箔作为正极集流体，延展性和抗拉强度低于铜箔，通常使用厚度为10～20um；隔膜的常见厚度在10～20um。
3.目前商业化的二次电池是通过将正负极片与隔膜以叠片或者卷绕的形式组装，然后注入电解液封装而成。在正极片和负极片之间设置隔膜，以防止电池的正极和负极直接相连而造成短路。但是这种电池内部结构设计，不仅装配加工相对复杂，难以适用各种超薄或异型尺寸的加工，而且由于正负极与隔膜之间存在较大间隙，导致正负极片之间的界面阻抗大，循环性能差，以及电池空间利用率低，能量密度小。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供电池复合极片及其制备方法，旨在解决现有技术中，二次电池正负极片之间的界面阻抗大的问题。
5.本发明是这样实现的，电池复合极片的制备方法，包括以下步骤：
6.s10：选取用于电池的多孔铜箔，在所述多孔铜箔的一侧表面上涂覆上固态电解质，形成固态电解质层；
7.s20：在所述固态电解质层的表面上涂覆或镀设多孔铝箔；
8.s30：在所述多孔铝箔的表面上涂覆正极材料，形成正极涂层；在所述多孔铜箔的另一侧表面上涂覆负极材料，形成负极涂层；最后获得所述电池复合极片。
9.可选的，经步骤s10～s20后，形成多孔复合集流体。
10.可选的，所述固态电解质层的材料选自锂镧钛氧、锂镧锆氧、锂镧锆钛氧、磷酸钛铝锂、磷酸锗铝锂的一种或几种。
11.可选的，所述固态电解质层的厚度为3～20μm。
12.可选的，所述多孔铜箔和所述多孔铝箔的厚度为5～20μm，孔径为1～100μm，孔隙率为20～80％。
13.可选的，所述正极涂层和所述负极涂层的厚度为50-100μm。
14.可选的，所述多孔铜箔上具有第一通孔，所述多孔铝箔上具有第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔一一对应。
15.可选的，所述第一通孔和所述第二通孔的形状为圆形。
16.一种电池复合极片，由上述的电池复合极片的制备方法所制备获得的所述电池复合极片，所述负极涂层、所述多孔铜箔、所述固态电解质层、所述多孔铝箔、所述正极涂层依
次叠加形成一体化结构。
17.与现有技术相比，本发明提供的电池复合极片的制备方法，通过将负极涂层、多孔铜箔、固态电解质层、多孔铝箔、正极涂层依次叠加形成贯通式一体化的电池复合极片，这种正极与负极复合成的一体化结构，不仅制作简单，可以降低电池制造成本，而且有效减少正负极间的接触内阻，大幅提升电池内部空间利用率，从而提高电池的综合性能。其中通过在多孔铜箔上涂覆固体电解质层，取代了现有技术中的隔膜，使得电池安全性能更高；相比正极、负极与隔膜卷绕的方式，有效减少了正负极片之间的界面阻抗。
附图说明
18.图1是本发明提供的电池复合极片的制备方法中多孔复合集流体的截面示意图；
19.图2是本发明提供的电池复合极片的制备方法所获得的电池复合极片的截面示意图。
20.附图标记说明：
21.1-多孔复合集流体，11-多孔铜箔，12-固态电解质层，13-多孔铝箔；
22.2-电池复合极片，21-负极涂层，23-正极涂层。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
24.以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
25.本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
26.参照图1-2所示，为本发明提供的较佳实施例。
27.电池复合极片的制备方法，包括以下步骤：
28.s10：选取用于电池的多孔铜箔11，在多孔铜箔11的一侧表面上涂覆上固态电解质，形成固态电解质层12；
29.s20：在固态电解质层12的表面上涂覆或镀设多孔铝箔13；
30.s30：在多孔铝箔13的表面上涂覆正极材料，形成正极涂层23；在多孔铜箔11的另一侧表面上涂覆负极材料，形成负极涂层21；最后获得电池复合极片2。
31.本实施例提供的电池复合极片的制备方法，通过将负极涂层21、多孔铜箔11、固态电解质层12、多孔铝箔13、正极涂层23依次叠加形成贯通式一体化的电池复合极片2，这种正极与负极复合成的一体化结构，不仅制作简单，可以降低电池制造成本，而且有效减少正负极间的接触内阻，大幅提升电池内部空间利用率，从而提高电池的综合性能。其中通过在多孔铜箔11上涂覆固体电解质层，取代了现有技术中的隔膜，使得电池安全性能更高；相比
正极、负极与隔膜卷绕的方式，有效减少了正负极片之间的界面阻抗。
32.在本实施例中，经步骤s10～s20后，形成多孔复合集流体1。然后在多孔复合集流体1的多孔铝箔13表面涂覆正极材料，在多孔复合集流体1的多孔铜箔11的表面涂覆负极材料，从而形成电池复合极片2。
33.多孔铜箔11上具有多个第一通孔，多个第一通孔呈阵列状布置。多孔铝箔13上具有第二通孔，多个第二通孔呈阵列状布置。优选的，第一通孔和第二通孔呈一一对应布置。这样一一对应的通孔结构布置利于锂离子的传输，减小电池的内阻。
34.第一通孔和第二通孔的形状可以是圆形、方形、菱形、矩形中的一种或几种。
35.具体的，固态电解质层12的材料选自锂镧钛氧llto、锂镧锆氧llzo、锂镧锆钛氧llzto、磷酸钛铝锂latp、磷酸锗铝锂lagp的一种或几种。
36.较为典型的无机陶瓷氧化物固态电解质分别有钙钛矿型、石榴石型、lisicon型、nasicon型等。
37.其中，钙钛矿型固态电解质的代表材料为llto(锂镧钛氧/钛酸镧锂，li
0.33
la
0.56
tio3)，石榴石型固态电解质的代表材料为llzo(锂澜锆氧/锆酸镧锂，li7la3zr2o
12
)，nasicon(钠超离子导体)型固态电解质的代表材料为latp(磷酸钛铝锂，li
1.3
al
0.3
ti
1.7
(po4)3)。
38.锂镧钛氧llto在室温下体电导率可以达到1x10-3
s/cm，但是其晶界电导率比体电导率小两个数量级，短板效应使得llto的总电导率较低，需通过一定的掺杂改性等手段提高总电导率。
39.锂镧锆氧llzo在25℃时的离子电导率为3
×
10-4
s/cm，其晶界电阻占总电阻的比例《50％，llzo的总体离子电导率与晶内离子电导率处于同一量级，保证了其作为固态电解质的较高的总体离子电导率。
40.磷酸钛铝锂latp和磷酸锗铝锂lagp在室温下的离子电导率高达10-4
s/cm。latp在湿化空气或二氧化碳中化学稳定，具有较高的离子电导率和较宽的电化学窗口，适合作为高压固态电池的固体电解质材料。
41.具体的，固态电解质层12的厚度为3～20μm。
42.可选的，多孔铜箔11和多孔铝箔13的厚度为5～20μm，孔径为1～100μm，孔隙率为20～80％。
43.可选的，正极涂层23和负极涂层21的厚度为50-100μm。
44.在另一实施例中，电池复合极片的制备方法，包括以下步骤：
45.s10：选取用于电池的多孔铜箔11，在多孔铜箔11的一侧表面上涂覆上固态电解质，形成固态电解质层12；
46.s20：在多孔铝箔13的表面涂覆粘合剂，形成有粘合剂层，将多孔铝箔13通过粘合剂层与固态电解质层12粘合；
47.s30：在多孔铝箔13的表面上涂覆正极材料，形成正极涂层23；在多孔铜箔11的另一侧表面上涂覆负极材料，形成负极涂层21；最后获得电池复合极片2。
48.其中，粘合剂层为聚氨酯类粘合剂，粘合剂层的厚度为1～3μm。
49.具体的，固态电解质层12的材料选自锂镧钛氧llto、锂镧锆氧llzo、锂镧锆钛氧llzto、磷酸钛铝锂latp、磷酸锗铝锂lagp的一种或几种。
50.具体的，固态电解质层12的厚度为3～20μm。
51.可选的，多孔铜箔11和多孔铝箔13的厚度为5～20μm，孔径为1～100μm，孔隙率为20～80％。
52.可选的，正极涂层23和负极涂层21的厚度为50-100μm。
53.在另一实施例中，电池复合极片的制备方法，包括以下步骤：
54.s10：选取用于电池的多孔铜箔11，在多孔铜箔11的一侧表面上涂覆上粘合剂，形成有粘合剂层；
55.s20：在多孔铝箔13的表面涂覆粘合剂，形成有粘合剂层；
56.s30：将s10和s20中多孔铜箔11和多孔铝箔13分别通过粘合剂层与固态电解质层12的正面、反面压合、粘合，形成多孔复合集流体1；
57.s40：在多孔复合集流体1的多孔铝箔13的表面上涂覆正极材料，形成正极涂层23；在多孔复合集流体1的多孔铜箔11的另一侧表面上涂覆负极材料，形成负极涂层21；最后获得电池复合极片2。
58.其中，粘合剂层为聚氨酯类粘合剂，粘合剂层的厚度为1～3μm。
59.具体的，固态电解质层12的材料选自锂镧钛氧llto、锂镧锆氧llzo、锂镧锆钛氧llzto、磷酸钛铝锂latp、磷酸锗铝锂lagp的一种或几种。
60.具体的，固态电解质层12的厚度为3～20μm。
61.可选的，多孔铜箔11和多孔铝箔13的厚度为5～20μm，孔径为1～100μm，孔隙率为20～80％。
62.可选的，正极涂层23和负极涂层21的厚度为50-100μm。
63.一种电池复合极片2，由上述的电池复合极片的制备方法所制备获得的电池复合极片2，负极涂层21、多孔铜箔11、固态电解质层12、多孔铝箔13、正极涂层23依次叠加形成一体化结构。这种电池复合极片2可直接以平铺状应用于超薄电池，而不需要额外附加隔膜、电子绝缘层等。
64.在以下具体实施例1中，
65.电池复合极片2，包括依次叠合的负极涂层21、多孔铜箔11、固态电解质层12、多孔铝箔13、正极涂层23，其中多孔铜箔11、固态电解质层12、多孔铝箔13形成了多孔复合集流体1。在多孔复合集流体1的多孔铝箔13表面涂覆有正极涂层23，在多孔复合集流体1的多孔铜箔11的表面涂覆有负极涂层21。
66.制作步骤如下：
67.s10：选取用于电池的多孔铜箔11，其厚度为5μm，孔径为50μm，孔隙率为40％。在多孔铜箔11的一侧表面上涂覆上固态电解质，形成固态电解质层12，固态电解质层12的厚度为4μm；
68.s20：在固态电解质层12的表面上涂覆或镀设多孔铝箔13，其厚度为5μm，孔径为50μm，孔隙率为40％；
69.s30：在多孔铝箔13的表面上涂覆正极材料，形成正极涂层23，正极涂层23的厚度为50μm；在多孔铜箔11的另一侧表面上涂覆负极材料，形成负极涂层21，负极涂层21的厚度为50μm；最后获得电池复合极片2。
70.在以下具体实施例2中，
71.电池复合极片2，包括依次叠合的负极涂层21、多孔铜箔11、固态电解质层12、多孔铝箔13、正极涂层23，其中多孔铜箔11、固态电解质层12、多孔铝箔13形成了多孔复合集流体1。在多孔复合集流体1的多孔铝箔13表面涂覆有正极涂层23，在多孔复合集流体1的多孔铜箔11的表面涂覆有负极涂层21。
72.制作步骤如下：
73.s10：选取用于电池的多孔铜箔11，其厚度为5μm，孔径为50μm，孔隙率为40％。在多孔铜箔11的一侧表面上涂覆上固态电解质，形成固态电解质层12，固态电解质层12的厚度为4μm；
74.s20：在多孔铝箔13的表面涂覆粘合剂，形成有粘合剂层，粘合剂层的厚度为1μm，将多孔铝箔13通过粘合剂层与固态电解质层12粘合，其中，多孔铝箔13的厚度为5μm，孔径为50μm，孔隙率为40％；
75.s30：在多孔铝箔13的表面上涂覆正极材料，形成正极涂层23，正极涂层23的厚度为50μm；在多孔铜箔11的另一侧表面上涂覆负极材料，形成负极涂层21，负极涂层21的厚度为50μm；最后获得电池复合极片2。
76.在以下具体实施例3中，
77.电池复合极片2，包括依次叠合的负极涂层21、多孔铜箔11、固态电解质层12、多孔铝箔13、正极涂层23，其中多孔铜箔11、固态电解质层12、多孔铝箔13形成了多孔复合集流体1。在多孔复合集流体1的多孔铝箔13表面涂覆有正极涂层23，在多孔复合集流体1的多孔铜箔11的表面涂覆有负极涂层21。
78.制作步骤如下：
79.s10：选取用于电池的多孔铜箔11，其厚度为5μm，孔径为50μm，孔隙率为40％。在多孔铜箔11的一侧表面上涂覆上粘合剂，形成有粘合剂层，粘合剂层的厚度为1μm；
80.s20：在多孔铝箔13的表面涂覆粘合剂，形成有粘合剂层，粘合剂层的厚度为1μm，其中，多孔铝箔13的厚度为5μm，孔径为50μm，孔隙率为40％；
81.s30：将s10和s20中多孔铜箔11和多孔铝箔13分别通过粘合剂层与固态电解质层12的正面、反面压合、粘合，形成多孔复合集流体1，固态电解质层12的厚度为5μm；
82.s40：在多孔复合集流体1的多孔铝箔13的表面上涂覆正极材料，形成正极涂层23，正极涂层23的厚度为50μm；在多孔复合集流体1的多孔铜箔11的另一侧表面上涂覆负极材料，形成负极涂层21，负极涂层21的厚度为50μm；最后获得电池复合极片2。
83.本发明提供的电池复合极片的制备方法及其制备得到的电池复合极片，通过将负极涂层21、多孔铜箔11、固态电解质层12、多孔铝箔13、正极涂层23依次叠加形成贯通式一体化的电池复合极片2，这种正极与负极复合成的一体化结构，不仅制作简单，可以降低电池制造成本，而且有效减少正负极间的接触内阻，大幅提升电池内部空间利用率，从而提高电池的综合性能。其中通过在多孔铜箔11上涂覆固体电解质层，取代了现有技术中的隔膜，使得电池安全性能更高；相比正极、负极与隔膜卷绕的方式，有效减少了正负极片之间的界面阻抗。这种电池复合极片2可直接以平铺状应用于超薄电池，而不需要额外附加隔膜、电子绝缘层等。
84.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.电池复合极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s10：选取用于电池的多孔铜箔，在所述多孔铜箔的一侧表面上涂覆上固态电解质，形成固态电解质层；s20：在所述固态电解质层的表面上涂覆或镀设多孔铝箔；s30：在所述多孔铝箔的表面上涂覆正极材料，形成正极涂层；在所述多孔铜箔的另一侧表面上涂覆负极材料，形成负极涂层；最后获得所述电池复合极片。2.如权利要求1所述的电池复合极片的制备方法，其特征在于，经步骤s10～s20后，形成多孔复合集流体。3.如权利要求2所述的电池复合极片的制备方法，其特征在于，所述固态电解质层的材料选自锂镧钛氧、锂镧锆氧、锂镧锆钛氧、磷酸钛铝锂、磷酸锗铝锂的一种或几种。4.如权利要求3所述的电池复合极片的制备方法，其特征在于，所述固态电解质层的厚度为3～20μm。5.如权利要求1所述的电池复合极片的制备方法，其特征在于，所述多孔铜箔和所述多孔铝箔的厚度为5～20μm，孔径为1～100μm，孔隙率为20～80％。6.如权利要求1所述的电池复合极片的制备方法，其特征在于，所述正极涂层和所述负极涂层的厚度为50-100μm。7.如权利要求1所述的电池复合极片的制备方法，其特征在于，所述多孔铜箔上具有第一通孔，所述多孔铝箔上具有第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔一一对应。8.如权利要求7所述的电池复合极片的制备方法，其特征在于，所述第一通孔和所述第二通孔的形状为圆形。9.一种电池复合极片，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的电池复合极片的制备方法所制备获得的所述电池复合极片，所述负极涂层、所述多孔铜箔、所述固态电解质层、所述多孔铝箔、所述正极涂层依次叠加形成一体化结构。

技术总结
本发明涉及二次电池极片制备的技术领域，公开了电池复合极片的制备方法，包括以下步骤：S10：选取用于电池的多孔铜箔，在多孔铜箔的一侧表面上涂覆上固态电解质，形成固态电解质层；S20：在固态电解质层的表面上涂覆或镀设多孔铝箔；S30：在多孔铝箔的表面上涂覆正极材料，形成正极涂层；在多孔铜箔的另一侧表面上涂覆负极材料，形成负极涂层；最后获得电池复合极片。通过将负极涂层、多孔铜箔、固态电解质层、多孔铝箔、正极涂层依次叠加形成贯通式一体化的电池复合极片，这种正极与负极复合成的一体化结构，不仅制作简单，可以降低电池制造成本，而且有效减少正负极间的接触内阻，大幅提升电池内部空间利用率，从而提高电池的综合性能。性能。性能。


技术研发人员：唐世弟 郭密 周恒捷 赵川 万里鹏
受保护的技术使用者：东莞市振华新能源科技有限公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/14