[发明专利]一种电化学电源电极

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，具体地，本发明涉及一种电化学电源电极，该电极可应用于多种电化学电源，包括超级电容器、锂离子电容器、混合电容器、燃料电池和锂离子电池。

背景技术

电化学电源是一种能量存储和释放装置，它通过物理或化学的方式进行能量的转化，为各种用电设施提供能源动力，涉及社会生活的多个方面，具有便携性和使用方便性，广泛应用于电子产品、电动工具、风能、太阳能、汽车、航空等领域。这种电化学电源包括超级电容器、锂离子电容器、混合电容器、燃料电池和锂离子电池等。

电极是电化学电源的核心元件，是影响电化学电源性能的关键因素。电极由活性物质层和集流体复合而成。活性物质层包括活性物质、导电剂和粘结剂，其中活性物质是电极的主材料，用于提供容量；导电剂用于改善电极的导电性能；粘结剂用于把活性物质、导电剂以及集流体粘结在一起，集流体用于支撑活性物质层并提供电子迁移通道。

现有技术一般都是把活性物质层复合在表面光滑的集流体上制成电极，这种技术存在以下缺陷：1、活性物质层与集流体的粘结强度不够，随使用时间的延长，充放电循环次数增多，部分活性物质会从集流体脱落，影响电极性能和寿命；2、集流体与活性物质为表面接触，接触面积有限，内阻偏大；3、电极装配成电化学电源时，需要把电极卷绕或叠加成接触较为紧密的极组，就会造成注液时电解液很难渗入极组内部，随着充放电循环的进行，电极内部电解液匮乏，导致电化学电源性能降低或损坏；4、现有技术中，为解决活性物质与集流体粘结强度和内阻问题，有的工艺是在两者中间再引入一层导电胶，但导电胶的引入增加了制造工序和材料、设备等成本，并增加引入杂质的机会；5、现有技术中，有的工艺是在集流体上通过物理或化学手段制作出贯穿或不贯穿的孔，对上述问题有一定改善，但效果不是太明显。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种不仅电极性能好、寿命长，而且内阻小、电源性能不容易降低或损坏的电化学电源电极。

本发明通过以下方式实现：一种电化学电源电极，由活性物质层和集流体复合构成。所述集流体表面有三维立体凸起；所述凸起为两端开口的中空结构；所述凸起底端的开口与集流体开放连接，并在集流体上形成贯穿的孔隙；所述凸起在集流体两侧交错排布。

作为优选，所述孔隙的面积占集流体面积的比例为10-80%。集流体上孔隙的存在利于注液时电解液的快速渗透，并能使电解液充分进入电极组内部，防止随充放电循环的进行而出现的电解液匮乏现象。孔隙结构还能减轻集流体的质量，从而减轻电化学电源质量，利于电化学电源的轻型化和小型化。

作为优选，所述孔隙之间的中心距为0.05-1mm。位于集流体上下两侧的活性物质可以通过开放的凸起实现直接接触，利于离子传导，降低内阻。

作为优选，所述凸起垂直于集流体表面的高度为活性物质层厚度的5%-50%。复合时部分活性物质进入凸起的中空部分，增大活性物质与集流体接触面积，增大电极密度，并提高结合力，延长电极使用寿命，减少粘结剂用量，降低内阻。

作为优选，所述凸起的形成方式包括对集流体进行剪切、冲压、腐蚀、激光。凸起为对集流体本身加工而成，无需额外对集流体引入其他材料形成，从而减少材料成本和引入杂质的几率。

作为优选，所述集流体材质包括铜、铝、镍、钢。

作为优选，所述复合的作用方式包括静电、压力、热量、印刷、涂覆。活性物质层与具有三维凸起的集流体复合可以增加粘结力，从而能够根据材料特性选择更加适合和灵活多样的复合方式，扩大活性物质的材料适用范围。

一种电化学电源，其特征是电极使用该发明技术提供的电化学电源电极。

作为优选，所述电化学电源包括超级电容器、锂离子电容器、混合电容器、燃料电池和锂离子电池。本发明技术适用于上述电化学电源。需要说明的是，本发明技术尤其适用于锂离子电容器。锂离子电容器预嵌锂的工艺要求其集流体必须开有通孔以给锂离子提供迁移通道，现有技术都是对集流体额外加工形成通孔，而本发明技术的锂离子可以直接通过三维立体凸起开放的中空部位传输，完成预嵌锂。