一种极片、储能器件的制作方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电化学领域，特别是涉及一种极片、储能器件。
【【背景技术】】
[0002]进入21世纪后，新型绿色能源的寻找与开发已经成为应对能源枯竭、环境恶化两大问题的最佳选择，目前新型绿色能源主要有太阳能，风能，核能等。储能器件则是一种常见的能够更好地将能源进行储存转换的器件，已经成功的应用在运输工具、无线通讯设备、电网、消费电子产业等领域。
[0003]目前的储能器件，例如电池、电容器、超级电容器等，一般包括正极片、负极片、隔膜、电解液和外壳。制备时，首先在集流体(铜箔、铝箔)上涂覆活性物质材料分别制得正极片和负极片，然后将正极片、隔膜、负极片层叠卷绕后装入外壳中，最后在外壳中注入电解液。制得的储能器件，极片隔膜的截面结构呈层叠的三明治层状结构，整个结构置于电解液中。目前这种储能器件在应用的过程中，存在的主要问题有:第一，尺寸、体积较大，不能满足目前电子设备轻薄化、小型化发展的应用需求。第二，可靠性较差，在受到外界压力、振动时器件的电学性能显著下降，抗压力性能较差。另外在外界冲击时经常出现电解液泄漏的问题。除此之外，作为一种储能的元件，如何提升储能器件的电学性能也是人们努力的方向。
【【实用新型内容】】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是:弥补上述现有技术的不足，提出一种极片、储能器件，极片用于储能器件中，储能器件具有可剪裁性，可满足小型化、个性化的应用需求，且还具有高可靠性及快速充放电特性。
[0005]本实用新型的技术问题通过以下的技术方案予以解决:
[0006]一种极片，包括集流体，树脂胶网格和活性物质材料；所述树脂胶网格为疏水性的树脂胶网格，设置在集流体上，所述活性物质材料设置在所述树脂胶网格的各单元格空间内。
[0007]一种储能器件，包括对位热压在一起的正极材料和负极材料；所述正极材料和负极材料均包括极片和胶体电解质，或者，所述正极材料和负极材料中的一者包括极片和胶体电解质，另一者为表面涂覆有活性物质的集流体；所述极片为如上所述的极片，所述胶体电解质设置在所述极片的树脂胶网格的各单元格空间内的活性物质材料上。
[0008]本实用新型与现有技术对比的有益效果是:
[0009]本实用新型的极片、储能器件，极片包括集流体和设置在集流体上的树脂胶网格、活性物质材料设置在网格的各单元格内。构成储能器件时，胶体状电解质填充到各单元格空间内活性物质材料商，该极片与另一相同结构的极片或者另一普通结构的极片对位热压即可形成储能器件。上述结构的储能器件中，树脂胶网格中各单元格空间内即构成独立的子储能单元，且无需外壳，整体尺寸较小，且更轻薄。同时具有可裁剪性，可按照需求裁剪成任意大小、尺寸的储能器件，可满足目前电子设备轻薄化、小型化、个性化的应用需求。而且，由于结构上的整体改进，省去了隔膜的使用，从而大大提高器件的离子迀移速率，有效提高器件的充放电速率；胶体状的电解质设置在树脂胶网格形成的密闭单元内，可有效防止电解质泄漏的问题。另外，树脂胶骨架网格具有良好力学性能，可有效限制活性物质和电解质，从而在受到强烈外力时，仍能有效维持器件结构，防止器件短路，具有良好的可靠性。
【【附图说明】】
[0010]图1是本实用新型【具体实施方式】的极片在制备过程中的结构示意图；
[0011]图2是本实用新型【具体实施方式】的步骤2)处理后的集流体的俯视图；
[0012]图3是本实用新型【具体实施方式】的步骤3)处理后的集流体的俯视图；
[0013]图4a是本实用新型【具体实施方式】的两个极片对位热压形成储能器件时的示意图；
[0014]图4b是本实用新型【具体实施方式】的一个极片与另一个普通的极片对位热压形成储能器件时的示意图；
[0015]图5是本实用新型【具体实施方式】的实施例3的集流体沉积活性物质后的表面扫描电镜图；
[0016]图6是本实用新型【具体实施方式】的实施例3的集流体沉积活性物质后的截面扫描电镜图；
[0017]图7是本实用新型的【具体实施方式】的测试储能器件的耐冲击性能的电路图；
[0018]图8是本实用新型的【具体实施方式】的测试储能器件的剩余比容量测试结果图。
【【具体实施方式】】
[0019]下面结合【具体实施方式】并对照附图对本实用新型做进一步详细说明。
[0020]如图1所示，为本【具体实施方式】的极片制备过程示意图，包括以下步骤:
[0021]I)准备集流体和疏水性树脂胶，在集流体I上形成疏水性树脂胶网格3。
[0022]该步骤中，集流体I可选用铜箔、铝箔、钛片，不锈钢网，不锈钢片，镍片，铜片，石墨片，碳纳米管纸，石墨纸或ITO膜，厚度为5-1000 μ m。树脂胶网格3则使用任何疏水性的树脂胶网格即可，优选地，使用聚氨酯(PU)网格、聚乙烯醋酸酯(EVA)网格或聚丙烯酸酯(PA)网格作为此处的疏水性树脂胶网格，或者直接采用半固化片蚀刻成的半固化片网格作为此处的树脂胶网格。可通过三维打印、孔板印刷、压印的方式在集流体I上形成疏水性树脂胶网格3。另外，也可直接将半固化片用刻刀蚀刻成半固化片网格骨架，然后将网格贴在集流体上，并借助烘烤等方式加强半固化片与集流体之间的粘结力即可。
[0023]2)制备活性物质材料，将活性物质材料填充到所述树脂胶网格的各单元格空间内。如图1所示，集流体I上的树脂胶网格3的各单元格内填充有活性物质材料5。如图2所示，为该步骤处理后的集流体的俯视图。
[0024]该步骤中，可通过电化学沉积、流延、喷涂或刮涂方式将活性物质材料5填充到树脂胶网格3的各单元格空间内。
[0025]流延、喷涂或者刮涂时，将活性物质、粘结剂及导电剂溶解于溶剂中，配成分散均匀的浆料，随后再用流延机、静电喷涂装置或刮涂器将浆料均匀覆盖到集流体表面，在30?120°C下放置0.5-12小时，以释放应力和蒸发溶剂，从而在集流体的网格单元格内形成活性物质材料层。
[0026]按照上述方式，将正极活性物质材料填充到集流体的树脂胶网格的各单元格空间内，即制得正极片；将负极活性物质材料填充到集流体的树脂胶网格的各单元格空间内，即制得负极片。
[0027]制得极片后，按照以下步骤处理制得储能器件:
[0028]3)制备胶体状电解质，将胶体电解质填充到树脂胶网格的各单元格空间内的所述活性物质材料上，制得极片。如图1所示，集流体I上的树脂胶网格3的各单元格内的活性物质材料5上填充有胶体电解质7。如图3所示，为该步骤处理后的集流体的俯视图。
[0029]将电解质材料制成胶体状电解质，从而便于形成在网格内。制备胶体电解质后，将其均匀涂覆在极片上，填充在单元格内，放置于空气中干燥，待胶体电解质固化后即可用于制备储能器件。
[0030]处理得到的正极片或负极片，可进一步制备成储能器件，例如超级电容器或者电池。制备成储能器件时，如图4a所示，将该结构的正极片和负极片对齐网格，对位热压在一起即制得储能器件。所谓热压，指在一定温度，例如50-120°C的温度下，使两个填充有胶体电解质的极片压合在一起即可。或者如图4b所示，将一片该结构的极片与另一片普通的极片，即集流体上涂覆有活性物质层的普通极片对位热压，也制得储能器件。当然，图4b方式下，还可以在普通极片添加胶体电解质层，即在集流体的活性物质层上再涂覆形成一层本【具体实施方式】中步骤3)中的胶体电解质，从而提高储能器件的可靠性。
[0031]按照上述方式制得的储能器件，在导电集流体上构筑树脂胶网格，从而作为一种骨架、支架，后续将活性物质以及电解质填充在骨架网格中即得到电极片，最后通过对位热压得到储能器件。储能器件具有如下效果:
[0032]第一，尺寸可按照应用需求裁剪成任意尺寸、大小，形状(例如L型，T型等)，制得小型化、规则或不规则形状的储能器件，从而满足目前电子设备轻薄化、小型化和个性化的应用需求。
[0033]第二，结构上省去了隔膜，通过网格支架间隔正极片集流体与负极片集流体的接触避免短路，通过电解质层阻隔正极片活性物质与负极片活性物质的接触，由网格支架及电解层的位置设置来阻隔正负极。与此同时，由于省去了隔膜，使得离子的迀移阻力减小，从而相对于现有的传统结构的储能器件能获得较快的离子迀移速率，提高器件的充放电速率，提高了电化学性能。同时，结构上改进，使用胶体状的电解质，填充在骨架网格内，大大降低了电解质泄漏的概率。
[0034]第三，树脂胶网格形成的各单元格相当于一个个密室，可以将活性物质和电解质有效地限制在特定的空间里，从而即使在受到强烈的外力作用，如剪切，冲击等外力影响下，也能有效维持器件结构，阻止正负极之间的接触造成短路，保证外力冲击下储能器件仍能正常工作。此外，经实验测试，制得的储能器件在受到外界压力时电化学性能仍保持良好，具有良好的可靠性。
[0035]本【具体实施方式】的储能器件具有较好的电化学性能，高可靠性及可剪裁特性。制备工艺使用的设备投资少，能耗低，方法快捷简便，易于进行产业化及大规模的生产。
[0036]优选地，疏水性树脂胶网格的高度为0.01?2mm，各单元格面积为0.03?1cm2。当网格的高度和密集程度满足上述范围时，可有效地包裹活性物质和电解质，且足够密集从而构筑具有更好力学性能的树脂胶支撑骨架，最终储能器件的可靠性进一步提高。作为一种实现方式，树脂胶网格的各单元格例如可为规则的正方形，单元格的边长为I?8_，边厚度为0.02?0.5_，边高度为0.01?2_。
[0037]如下，设置实施例与对比例，进一步验证本【具体实施方式】的储能器件的性能。
[0038]实施例1
[0039]集流体选择厚度约为40 μ m的钛板，将其剪成8cmX 1cm的长方形。树脂胶选用热熔胶。
[0040]集流体上设置的网格的高度为0.2mm，单元格面积为0.3cm2。
[0041]带网格的集流体上沉积正活性物质一一MnO2，作为正极片。带网格的集流体上刮涂填充负活性物质--活性炭，作为负极片。
[0042]准备好胶体状的硫酸钠电解质，取前述两片相同面积的分别沉积有MnO2、活性炭的正极片、负极片放置于平面上，将准备好的胶体电解质分别均匀涂覆在各集流体的表面，待胶体电解质固化后，将正极片、负极片进行对位热压，形成非对称型的