[发明专利]一种隔膜、电极和集流体一体化结构以及电池的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及电池领域，特别是涉及一种隔膜、电极和集流体一体化结构以及电池的制备方法。

【背景技术】

传统化石能源的过度消费也给自然环境和地球生态系统造成了巨大灾难，寻求替代传统化石能源的绿色能源体系以及能源的绿色节能使用模式，谋求人与环境的和谐显得尤为迫切。此外，随着信息化时代的到来，人们对快速、高效、便携、长续航能力的电子器件需求量迅速增加。电化学储能系统，特别是以锂离子电池、超级电容器、锂硫电池、锂空气电池等为代表的新一代电化学储能系统，因其具有的绿色、高效的储能效率，成为了目前电动汽车、智能电网以及便携式电子设备的重要储能装置。

锂离子电池作为目前较为成熟的二次电池体系，因其具有较高的能量密度和放电电压，已取得了广泛应用。然而，随着目前商业化锂离子电池电极材料的实际能量密度越来越接近理论值，特别是以石墨为代表的电极材料，如何进一步突破锂电池的发展瓶颈，满足能量输出端对能量密度和续航的更高要求，具有越来越大的挑战性。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种隔膜、电极和集流体一体化结构以及电池的制备方法，制得的一体化结构应用于电池中可提升电池的循环性能，且可提高电池的能量密度。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种隔膜、电极和集流体一体化结构的制备方法，包括以下步骤：S1，以隔膜为基体，通过印刷技术或打印技术在所述隔膜表面印制电极浆料，使所述电极浆料呈图案化分布在所述隔膜表面；S2，将步骤S1得到的隔膜进行真空干燥，使所述隔膜表面的电极浆料固化，形成图案化分布的电极材料；S3，通过真空镀膜技术或喷涂沉积技术，在图案化分布的电极材料的整个表面镀上或沉积上一层导电薄膜作为集流体，制得所述一体化结构。

一种根据如上所述的制备方法制得的隔膜、电极和集流体的一体化结构。

一种隔膜、电极和集流体一体化结构的制备方法，包括以下步骤：S1，以隔膜为基体，通过印刷技术或打印技术在所述隔膜的一侧表面印制正极电极浆料，在所述隔膜的另一侧表面印制负极电极浆料，使所述正极电极浆料和负极电极浆料均呈图案化分布在所述隔膜的两侧表面上；S2，将步骤S1得到的隔膜进行真空干燥，使所述隔膜表面的电极浆料固化，形成图案化分布的正极电极材料、负极电极材料；S3，通过真空镀膜技术或喷涂沉积技术，分别在图案化分布的正极电极材料、负极电极材料的整个表面镀上或喷上一层导电薄膜作为正极集流体、负极集流体，制得所述一体化结构。

一种隔膜、电极和集流体一体化结构的制备方法，包括以下步骤：根据如上所述的制备方法分别制得正电极或者负电极后，将所述正电极中的隔膜与所述负电极中的隔膜贴合在一起制得隔膜、电极和集流体的一体化结构。

一种电池的制备方法，根据如上所述的制备方法制备隔膜、电极和集流体的一体化结构，然后将所述一体化结构和电解液组装成电池。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

本发明的一体化结构的制备方法，通过印刷或打印形成图案化电极材料，配合真空镀膜或喷涂沉积技术形成导电薄膜作为集流体，从而制得制得隔膜、电极和集流体集成在一起的结构，且其中的电极活性物质呈现图案化分布，集流体为薄膜结构、厚度小。这种特定结构与电解液组装成电池后，电极材料因由传统的均匀涂布变成了图形化分布，使得电极材料之间具有周期分布的间隙，可以适应循环过程中的体积变化，因而能更好地释放应力，较好地避免了活性物的爆裂、脱落等情况。因而，电池的循环性能得到了提升。进一步地，在保持电池材料良好的力学性能的条件下，电极活性材料的厚度能在一定范围内进一步增大，而不降低电池的电化学性能。如此，电池的能量密度得到了提升。而采用真空镀膜或喷涂工艺实现集流体与活性物质的直接连接，一方面，可增强活性物质与集流体之间的结合力，降低一体化结构内部各组分的接触电阻，从而加快一体化结构的电化学动力学过程。另一方面，与商用金属集流体箔相比，得到的导电层厚度更小，能进一步降低电池的封装体积和重量，从而提升电池的能量密度。

【附图说明】

图1是本发明具体实施方式中在隔膜表面印刷电极材料呈圆点阵图案的示意图；

图2是本发明具体实施方式中在隔膜表面印刷电极材料呈方点阵图案的示意图；