[发明专利]一种电极的冷冻涂覆设备及制造方法

说明书

本发明提供一种电极的冷冻涂覆设备，包括一电极涂覆设备和设置于所述电极涂覆设备的涂覆平台上的冷冻装置。本发明还提供了相应的制造方法。本发明的电极的冷冻涂覆设备通过在传统涂覆机的基础上添加冷冻装置，以在电极制造过程中对电极浆液进行定向温度梯度的冷冻结晶，最后在冷冻干燥后获得定向孔状的电极，从而将传统涂覆技术与现今获得定向孔隙电极成型技术冷冻铸造法结合起来，既拥有其基础传统涂覆技术的简单高效的优点，又能实现冷冻铸造法制造出定向孔隙电极的目的，并避免了后续将电极与集流体金属箔关联在一起的额外操作。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极制造工艺领域，具体地涉及一种的冷冻涂敷设备及制造方法。

背景技术

针对目前锂离子电池电极的制造产业化工业，一般都运用经济且高效的涂覆工艺。

目前市场上的电极涂覆设备的结构示意图如附图1所示，其包括箱体11、一安装于箱体11的内部的传送带装置12、一固定安装于所述传送带装置12的一个传送位置上的推杆13、与所述推杆13固定连接的可调制的刮刀14以及位于所述箱体11的上表面的涂覆平台15，传送带装置12由电机驱动其运动，并可通过调速按钮改变传送带运行速度；刮刀14与涂覆平台15的距离可调，以完成涂覆不同厚度的电极。具体工作过程为：首先在涂覆平台15铺好集流体金属箔，将制备好的粘度均匀性合适的电极浆液倒至靠近推杆13的复位位置一侧的金属箔上，将调节好高度的刮刀14放置于未涂覆电极浆液一侧，接通涂敷机电源，调节好运行速度后开始涂覆，传送带装置12带动推杆13运动，进而推杆13带动刮刀14运动，直到将整个金属箔铺满一层均匀厚度的电极浆液膜。将涂覆好的电极在真空下干燥去除溶剂，最终得到可用的锂离子电池电极。

虽然此种电极制造方法简单高效且已经实现工业化，但得到的电极微结构组织紧密无规则排布且可制造的电极厚度受到制约，这大大限制了锂离子的扩散速率而造成电极实际工作倍率性能下降，即在高电流密度充放电时，电池容量大幅度衰减。因此需要开发一种生成定向孔状电极的电极制造方法。

已有制造定向孔状电极的制造方法目前在文献中有所涉及，但由于其局限性仍未实现商业化。冷冻铸造，也被称为冰模板法(ice-templating)，是一种近年来发展起来用来获得定向阵列孔状的新型环境友好型材料成型技术，参见[An,S.,B.Kim,and J.Lee,Incomparable hardness and modulus of biomimetic porous polyurethane filmsprepared by directional melt crystallization of a solvent.Journal of CrystalGrowth,2017.469:p.106-113]。具体原理为：材料与溶剂制成的浆液置于冷冻的基质上，与基质接触的溶剂率先冻结并诱导溶剂晶体向温度梯度方向生长，使溶质材料颗粒排斥于这些冻结的溶剂晶体之间，等完全冻结结束进行冷冻干燥，溶剂直接从固体升华最后获得定向孔状结构的材料。由于适用材料广泛，包括陶瓷，金属，聚合物和复合材料，加上所得到的孔状形状和大小可控，因此近些年来冷冻铸造应用于材料成型上的研究也随着大幅增加，该技术的优越性也得到更多关注，具体参见[Zhang,H.and A.I.Cooper,Aligned PorousStructures by Directional Freezing.Advanced Materials,2007.19(11):p.1529-1533.]、[Mu,C.,et al.,Fabrication of microporous membranes by a feasiblefreeze method.Journal of Membrane Science,2010.361(1-2):p.15-21]、[Gaudillere,C.and J.M.Serra,Freeze-casting:Fabrication of highly porous and hierarchicalceramic supports for energy applications.Boletín de la SociedaddeCerámica y Vidrio,2016.55(2):p.45-54]。