[发明专利]一种厚电极和电池

说明书

本发明涉及电池制备技术领域，特别涉及一种厚电极和电池。所述电极包括集流体；以及设置在所述集流体至少一个外表面上的含有活性材料的活性材料层；所述集流体包括：一夹层空间，配置为容纳电解液；一集流部，所述集流部具有至少一活性材料设置表面，配置为安置活性材料；其中，所述活性材料设置表面开设有与所述夹层空间相连通的至少一个通孔，以使所述电解液中的锂离子可通过所述通孔进入所述活性材料和/或所述活性材料中的锂离子可通过所述通孔进入所述电解液。通过本发明的设计能够实现锂离子电池的厚电极设计，大大提高了单体电芯的容量。

技术领域

本发明涉及电池制备技术领域，特别涉及一种厚电极和电池。

背景技术

目前的储能技术主要包括机械储能、化学储能、电磁储能和相变储能。与其它几种方式相比，电化学储能具有使用方便、环境污染少，不受地域限制，在能量转换上不受卡诺循环限制、转化效率高、比能量和比功率高等优点。传统的电化学储能以铅酸电池为主，铅酸电池使用寿命一般在2～3年，根本无法匹配风能和太阳能站的服务寿命。锂离子电池自1991商业化以来，在数码和电动汽车领域发展迅速，并已经占据主导地位。近几年风光发电大力发展极大拉动了储能锂离子电池的发展并提出更多的挑战。

现今生产的储能电站用锂离子电池单体容量基本小于500Ah，维持了3C和EV的设计理念，追求体积和质量能量密度，单体内部贫液。储能电站为了达到设计储能容量和电压需要进行大量的串并联工作，需要从单体的几十到上百瓦时，集成到几十到上百兆瓦时，这样就极大的增加了单体电芯的监控成本。单体电池容量太小会降低电芯生产效率。厚电极设计可大幅增加集流体上活性材料负载，大大增加单体电芯容量，降低了非活性组分比率，从而提高电池能量密度，同时降低成本。但是，电极厚度增加会延长电子和锂离子传输路径，增加了电池阻抗，电池倍率性能和电极反应动力学差，而且电极涂层结合强度低，容易脱落等一系列问题，因此，无限增加电极厚度时，材料利用率降低，电池能量密度反而会降低。

锂离子的传输，包括3个部分：1)锂离子在电极孔隙的电解液中的传输过程，与孔隙率、孔结构、电极/电解液的润湿性相关；2)锂通过SEI膜的扩散过程，受SEI膜成分、厚度等影响；3)锂在电极材料固体颗粒内部的扩散，与原材料的基本特性相关。随着电极厚度的增大，锂离子在电极孔隙中的传输成为电池充放电过程中的决速步骤，因此，现有技术中厚电极设计方案集中于对活性材料层进行改进，例如，如孔径大小及其分布，孔隙连通性，孔隙喉道特征等。针对活性材料的改进又带来了一系列问题，例如，降低了电池能量密度，涂层在集流体上的结合强度大大下降。

鉴于此，提出一种新的思路来解决厚电极设计中的上述问题十分必要。

发明内容

基于此，本发明的一个方面是提供一种厚电极能够解决现有技术中厚电极设计中锂离子传输困难的问题以及厚电极带来的电池性能快速下降的问题；本发明的另一个方面是提供一种基于上述电极设计的电池。

为解决上述技术问题，本发明的第一方面是提供一种厚电极，所述电极包括：

集流体；

以及设置在所述集流体至少一个外表面上的含有活性材料的活性材料层；

其中，所述集流体包括：

一夹层空间，配置为容纳电解液；

一集流部，所述集流部具有至少一活性材料设置表面，配置为安置活性材料；

其中，所述活性材料设置表面开设有与所述夹层空间相连通的至少一个通孔，以使所述电解液中的锂离子可通过所述通孔进入所述活性材料和/或所述活性材料中的锂离子可通过所述通孔进入所述电解液。

作为可选的技术方案，所述集流部包括第一集流部和第二集流部，所述第一集流部和所述第二集流部之间分开形成所述夹层空间；

在所述第一集流部上和所述第二集流部上均开设有若干个所述通孔；