阅读说明：本技术 浆料电池的电极片及浆料电池 (Electrode plate of slurry battery and slurry battery ) 是由 陈永翀 孙晨宇 何颖源 王之英 谢晨 张艳萍 于 2018-06-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种浆料电池的电极片及浆料电池,该电极片包括多孔或网状的上表面集流体、下表面集流体以及层叠设置在所述上表面集流体和所述下表面集流体之间的电极层,所述电极层中含有电极活性导电颗粒；其中,所述上表面集流体和所述下表面集流体的周向上缝纫有用于将两者固定连接以阻挡电极层中的电极活性导电颗粒通过的缝纫线。本发明的电极片,通过缝纫的方式进行封边,有利于流水线化生产,简化了电极片的制作工艺、提高了电极片的密封安全性。(The invention provides an electrode plate of a slurry battery and the slurry battery, wherein the electrode plate comprises a porous or reticular upper surface current collector, a lower surface current collector and an electrode layer which is stacked between the upper surface current collector and the lower surface current collector, and the electrode layer contains electrode active conductive particles; and sewing threads for fixedly connecting the upper surface current collector and the lower surface current collector to block electrode active conductive particles in the electrode layer from passing through are sewn on the circumferential direction of the upper surface current collector and the lower surface current collector. The electrode plate disclosed by the invention is subjected to edge sealing in a sewing mode, so that the production line production is facilitated, the manufacturing process of the electrode plate is simplified, and the sealing safety of the electrode plate is improved.)

浆料电池的电极片及浆料电池

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种浆料电池的电极片及浆料电池。

背景技术

浆料电池的电极片的内部为浆料态的电极材料。浆料态的电极材料为一定比例的导电颗粒悬浮或沉淀在电解液中所形成的导电浆料。当浆料电池受到外部冲击或震荡时，由于导电颗粒没有粘接固定，因此，可以在电解液中移动，形成动态的导电网络。导电颗粒可以仅含有导电剂，也可以是活性材料与导电剂的复合颗粒。由于浆料电池的电极片的内部含有非粘接固定的导电颗粒，因此，浆料电池的电极片的四周必须密封以阻碍导电颗粒外漏。

目前，浆料电池的电极片的边缘一般采用热熔、胶水粘结以及机械焊接等方式进行密封。现有密封方式工艺复杂、电池回收再生时不利于拆解，且密封部位在电解液中长期浸泡易损坏或开裂，可靠性不能保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浆料电池的电极片，该电极片通过缝纫的方式进行封边以简化电极片的制作工艺、利于流水线化生产。

根据本发明的一个方面，提供了一种浆料电池的电极片，该电极片包括多孔或网状的上表面集流体、下表面集流体以及层叠设置在上、下表面集流体之间的电极层。该电极层中含有电极活性导电颗粒，上、下表面集流体的周向上缝纫有用于将上、下表面集流体固定连接以阻挡电极层中的电极活性导电颗粒通过的缝纫线。

上述的电极活性导电颗粒可以为正极活性导电颗粒，也可以为负极可嵌锂导电颗粒。非粘接固定的正极活性导电颗粒和/或非粘接固定的负极可嵌锂导电颗粒能够在电解液中移动以分别形成正极浆料和/或负极浆料。正极活性导电颗粒占正极浆料的质量比可以为10％～90％、优选地为15％～80％，负极可嵌锂导电颗粒占负极浆料的质量比可以为10％～90％、优选地为15％～80％。正极活性导电颗粒平均粒径可以为0.05μm～500μm，正极活性材料与导电剂的质量比可以为20～98：80～2；负极可嵌锂导电颗粒平均粒径可以为0.05μm～500μm，负极可嵌锂材料与导电剂的质量比可以为20～98：80～2。

这样，缝纫线将上、下表面集流体缝纫后，可以阻挡正极浆料中的正极活性导电颗粒，或者，负极浆料中的负极可嵌锂导电颗粒通过，但是，并不阻挡电解液的渗透。正极活性导电颗粒为正极活性材料与导电剂的混合物，负极可嵌锂导电颗粒为负极活性材料与导电剂的混合物。

正极活性材料为含锂的磷酸亚铁锂、磷酸锰锂、掺杂锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴氧化物、锂镍锰钴氧化物、锂镍锰铁氧化物以及其它含锂金属氧化物的一种或几种混合物。

负极活性材料为金属锂，或者为能够可逆嵌锂的铝基合金、硅基合金、锡基合金、锂钛氧化物、碳材料的一种或几种混合物。

导电剂为炭黑、碳纤维、科琴黑、石墨烯、金属颗粒中的一种或几种的混合物。

优选地，电极片还包括用于与上表面集流体和下表面集流体缝纫在一起的弹性边框。缝纫线穿插在上表面集流体、下表面集流体和弹性边框上以平缝或包缝的方式固定连接上表面集流体和下表面集流体。为了使电解液中的离子能在正负极电极层间迁移，上表面集流体和下表面集流体优选为带孔箔或网状集流体。电极片制备时，可以沿着电极材料的边缘环绕一周将上、下表面集流体密缝在一起，以能够阻挡电极活性导电颗粒外漏，而不会阻止电解液渗透。本发明的电极片采用缝纫的方式进行封边，工艺简单，且缝纫线在电解液中长期浸泡也不会损坏，保证了密封的可靠性。

通过缝纫线与弹性边框的结合，一方面可以提高电极片的密封性；另一方面可以保护集流体不受缝纫线的牵拉而损坏。其中，缝纫的轨迹为直线、折线或曲线中的一种或多种。当电极片的横截面为长方形时，缝纫图案可以形成为沿长方形的四个边的直线或波浪线。

优选地，弹性边框压紧缝纫在上、下表面集流体之间；或者，弹性边框成对且彼此对齐地压紧缝纫在上、下表面集流体的外侧。

上、下表面集流体可以为长方形结构，弹性边框可以为长方形封闭式条形结构或带有开口的长方形半封闭式条形结构。弹性边框具有一定的宽度。这样，弹性边框能够与上、下表面集流体上下对齐并密缝在一起。当弹性边框压紧缝纫在上、下表面集流体之间时，三者之间能够形成有用于容纳电极材料的腔体。当弹性边框成对且彼此对齐地压紧缝纫在上、下表面集流体的外侧时，上、下表面集流体二者之间能够形成有用于容纳电极材料的腔体。

优选地，弹性边框由耐电解液的多孔泡棉、橡胶制成，或者，弹性边框由耐电解液的柔性多孔材料卷制而成。多孔泡棉为聚烯烃泡棉、碳化或非碳化的三聚氰胺泡棉或导电聚烯烃泡棉等。橡胶为乙丙橡胶或氟橡胶等。柔性多孔材料为涤纶无纺布或丙纶无纺布等。这样，弹性边框有利于电解液从侧边渗透浸润极片。

优选地，缝纫线为导电线缆或非导电线缆，导电线缆为金属、表面附有导电涂层或表面包覆电子导电膜的金属、有机纤维与导电纤维捻合以及有机纤维表面缠绕导电纤维形成的复合材料等中的一种或几种。非导电线缆为有机纤维，有机纤维为涤纶聚脂纤维、尼龙纤维、天然棉麻、芳纶、聚丙烯、聚乙烯以及氟纤维线等中的一种或几种。

金属线缆用于正极片时要求能够耐氧化反应，具体材质可以为铝、合金铝、不锈钢、银、锡或钛等中的一种，优选为铝。金属线缆用于负极片时要求能够耐还原反应，具体材质可以为铜、不锈钢、镍、钛、锡、镀锡铜、镀镍铜或镀银铜等中的一种，优选为镀镍不锈钢。导电涂层可以为导电碳材料涂层或金属涂层，优选为导电碳材料涂层。有机纤维包括涤纶聚脂纤维、尼龙纤维、天然棉麻、芳纶、聚丙烯、聚乙烯、氟纤维线等及其它耐电解液性能良好的有机纤维。导电纤维可以为碳纤维或导电金属纤维等。电子导电膜可以为导电碳材料涂层或金属涂层。

优选地，电极片为注液式锂浆料电池的电极片时，电极层为设置在上、下表面集流体之间的具有预定厚度和尺寸的涂布体或粉体。弹性边框为围绕在电极层的外周且压紧缝纫在上、下表面集流体之间的封闭式边框。弹性边框的厚度大于涂布体或粉体的厚度。

优选地，电极片为注浆式锂浆料电池的电极片时，电极层由具有流动性的浆体形成。弹性边框为半封闭式边框，弹性边框和上、下表面集流体共同形成有允许浆体注入的开口。这样，可以先将集流体和弹性边框缝纫在一起形成半成品，之后，再向半成品内注入电极浆料制成电极片。

优选地，集流体用于正极片时其材质为耐氧化反应的铝、合金铝、不锈钢、银、锡和钛等中的一种或几种；集流体用于负极片时其材质为耐还原反应的铜、不锈钢、镍、钛、锡、镀锡铜、镀镍铜和镀银铜等中的一种或几种。

集流体可以为网孔为方形、菱形、长方形或多边形的金属网；或者，为具有多孔结构的多孔泡沫金属；或者，为经机械冲压或化学腐蚀而成的允许离子穿过或渗透的金属板(金属箔)。集流体用于正极时优选为铝；集流体用于负极时优选为镀镍不锈钢。

优选地，电极片还包括设置在弹性边框和上、下表面集流体的边缘以防止电极层材料外漏的防漏材料，防漏材料为热熔聚乙烯、聚丙烯、改性烯烃胶、聚酰胺和聚酰亚胺绝缘胶带中的一种或几种。根据本发明的另一个方面，还提供了一种浆料电池，浆料电池包括电池壳体和设置在电池壳体内的电芯，电芯包括多个交替层叠设置的正极片/隔膜/负极片，其中，正极片和负极片为上述的电极片。

本发明的优点在于：(1)通过采用缝纫线缝合的方法密封浆料电池的电极片的四周边缘，可以将电极片边缘保护和密封一次性完成，简化了生产工序。(2)缝纫过程所需设备投资成本低、工艺成熟，且有利于流水线化生产。(3)缝纫线与弹性边框的结合，一方面可以更好地密封电极片的四周，另一方面在电池回收再生的过程中有利于其拆解。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明的一种实施方式的浆料电池的电极片的结构示意图；

图2为本发明的另一种实施方式的浆料电池的电极片的结构示意图；

图3为图2的截面图；

图4为本发明的注浆式浆料电池的电极片的结构示意图。

附图标记说明：

100-浆料电池的电极片、101-上表面集流体、102-下表面集流体、103-电极层、104-弹性边框、105-缝纫线、1041-开口。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。

如图1-图3所示，本发明提供了一种浆料电池的电极片100。电极片100包括多孔或网状的上表面集流体101、下表面集流体102以及层叠设置在上、下表面集流体之间的电极层103。电极层中含有电极活性导电颗粒。上、下表面集流体的周向上缝纫有用于将两者固定连接以阻挡电极层103中的电极活性导电颗粒通过的缝纫线105。

在本发明的一个具体的实施例中，当电极片100为正极电极片时，上表面集流体101和下表面集流体102均采用长方形状的铝网或带孔铝箔，当电极片100为负极电极片时，上表面集流体101和下表面集流体102均采用长方形状的铜网或带孔铜箔。

电极层103可以为正极电极层或负极电极层。当电极层为正极电极层时，其包括正极活性导电材料，该正极活性导电材料可以为磷酸铁锂、科琴黑和PVDF的混合物。当电极层为负极电极层时，其包括负极活性导电材料，该负极活性导电材料可以为石墨、科琴黑和PVDF的混合物。

缝纫线105可以为尼龙线。

为了保护集流体不受缝纫线的牵拉而损坏，电极片还包括用于与上、下表面集流体缝纫在一起的弹性边框104。缝纫线105穿插在上、下表面集流体和弹性边框104上以平缝(图1)或包缝(图2和图3)上、下表面集流体。当上、下表面集流体都为长方形结构时，弹性边框为长方形状的封闭或半封闭式边框。

另外，缝纫时，弹性边框104与集流体之间处于压紧状态。弹性边框104压紧缝纫在上、下表面集流体之间；或者，成对且彼此对齐地压紧缝纫在上、下表面集流体的外侧。

上述采用缝纫方式进行封边的电极片优选用于锂浆料电池。

根据锂浆料电池制备工艺的不同，锂浆料电池可以分为注液式和注浆式两种。

当电极片为注液式锂浆料电池的电极片时，电极层103为设置在上、下表面集流体之间的具有预定厚度和尺寸的涂布体或粉体。弹性边框104为围绕在电极层103的外周且压紧缝纫在上、下表面集流体之间的封闭式边框。具体地，注液式电池的正极活性导电材料为质量比为85:13:2的磷酸铁锂、科琴黑以及PVDF的混合物。负极活性导电材料为质量比为90:5:5的石墨、科琴黑以及PVDF的混合物。涂布体或粉体(压实后)的预定厚度为0.5-1.5mm。

当电极片为注浆式锂浆料电池的电极片时，电极层103由具有流动性的浆体形成。弹性边框104为半封闭式边框。弹性边框104和上、下表面集流体上共同形成有允许浆体注入的开口1041。具体地，如图4所示，弹性边框104上形成有开口1041。其中，正极活性导电材料为质量比为85:13:2的磷酸铁锂、科琴黑以及PVDF的混合物。负极活性导电材料为质量比为90:5:5的石墨、科琴黑以及PVDF的混合物。其中，正极活性导电材料或负极活性导电材料与电解液的配制比例为10％～60％。

下面通过实施例1-5对注液式锂浆料电池和注浆式锂浆料电池的正、负极电极片的制备过程进行举例说明。

实施例1

本实施例为注液式锂浆料电池的正极极片的一种制备方法。该制备方法包括如下步骤：

步骤一，称量预定质量的正极活性导电材料(质量比为85:13:2的磷酸铁锂：科琴黑：PVDF的混合物)涂布在下表面集流体(尺寸长宽厚为170mm×140mm×0.15mm的长方形铝网)上。其中，正极活性导电材料涂布成长宽厚为160mm×130mm×1.5mm的长方形涂布体(电极层)。

步骤二，将长宽厚为170mm×140mm×5mm的由PET材质制成的弹性边框附于下表面集流体上围住电极层的边缘。压缩弹性边框并用粘接或缝纫的方法将下表面集流体与弹性边框初步固定。弹性边框压缩后的厚度为2mm，其略高于电极层的厚度1.5mm。

步骤三，将具有与下表面集流体尺寸相同的上表面集流体，即，长宽厚为170mm×140mm×0.15mm的长方形铝网覆盖在电极层和弹性边框之上，并用平压、辊压、粘接或缝纫的方法将上表面集流体固定。

步骤四，以直径为0.12-0.5mm的尼龙线为缝纫线采用平缝或包缝(锁边)的方法穿透弹性边框，缝纫上下表面集流体的四周边缘，将弹性边框与集流体固定连接，得到正极电极片。

实施例2

本实施例为注液式锂浆料电池的正极极片的另一种制备方法。本实施例与实施例1大体相同，不同的是，正极活性导电材料采用非涂布的方式设置于下表面集流体上。具体地，可以先将粉状的正极活性导电材料(质量比为85:13:2的磷酸铁锂：科琴黑：PVDF)压片，制成长宽厚为160mm×130mm×1.5mm的块体放置在下表面集流体上，之后，再将弹性边框附于下表面集流体上围住正极活性导电材料的边缘，以制备正极极片。

实施例3

本实施例为注液式锂浆料电池的负极极片的制备方法。该实施例与实施例1或实施例2大体相同，不同的是，电极材料由正极活性导电材料改为负极活性导电材料。具体地，该负极活性导电材料为质量比为90:5:5的石墨：科琴黑：PVDF的混合物。

实施例4

本实施例为注浆式锂浆料电池的正、负极极片的一种制备方法。该方法包括如下步骤：

步骤一，将两层集流体(长宽厚为170mm×140mm×0.15mm的长方形铝网或铜网)中间夹一层弹性边框(长宽厚为170mm×140mm×5mm的由PET材质制成的方形框)三者用平压、辊压、粘接或缝纫方法进行初步固定。

步骤二，在两层集流体和一层弹性边框三者的边缘外侧包覆防漏材料(PET无纺布)，采用平缝或包缝(锁边)的方法缝纫四边，并留一个开口不缝纫。

步骤三，将电极浆料从预留开口注入腔体内，再将预留开口缝纫住。

实施例5

为本发明的注浆式锂浆料电池的正、负极极片的另一种制备过程。该实施例与实施例4大体相同，不同的是，弹性边框与集流体的设置方式不同。具体地，该实施例中将两层弹性边框(长宽厚为170mm×140mm×5mm的由PET材质制成的方形框)中间夹两层集流体(长宽厚为170mm×140mm×0.15mm的长方形铝网或铜网)上下对齐，用平压、辊压、粘接或缝纫方法将四者初步固定。

本发明具体实施例并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。