一种电池电极的结构及其制备方法与流程

技术特征：
1.一种电池电极的结构，其特征在于：包括电极主体(1)和框架结构(2)；其中电极主体的材料为活性物质、粘结剂、导电添加剂和辅助打印材料；框架结构的材料为电子导体或离子导体，粘结剂的材料为水性或有机溶剂；通过3d打印机打印使电极主体的材料包裹在框架结构的材料外形成同轴的电极线，并排列成特定形状作为电池的正极电极或负极电极。2.根据权利要求1所述的电池电极的结构，其特征在于：所述的电子导体为金属材料、碳基导电材料、有机高分子导电材料之一，离子导体为有机或无机固态电解质材料。3.根据权利要求1所述的电池电极的结构，其特征在于：当电极作为电池正极时，所述的活性物质为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂、镍钴铝酸锂、镍钴锰三元材料之一或它们的改性物质之一，当电极作为电池负极时，所述的活性物质为钛酸锂、石墨化碳材料、硅、硅氧化物之一。4.根据权利要求1所述的电池电极的结构，其特征在于：所述的粘结剂的材料为羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚偏氟乙烯中的一种或其两种以上的混合物。5.根据权利要求1所述的电池电极的结构，其特征在于：所述的导电添加剂为乙炔黑、导电炭黑、碳纳米管、石墨烯之一或其两种以上的混合物。6.根据权利要求1所述的电池电极的结构，其特征在于：所述的辅助材料为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、含有马来酰亚胺侧基的聚氨酯、呋喃甲基氨基甲酸酯、交联自愈合聚氨酯、聚硼硅氧烷、聚合物环氧树脂之一或其两种以上的混合物。7.一种电池电极的制备方法，其特征在于：采用权利要求1至6之一所述的电池电极的结构，通过如下步骤：步骤s101：将水、活性物质、粘结剂、导电添加剂和辅助打印材料混合搅拌均匀制成电极主体用浆料，通入3d打印机的第一注射泵，其中活性物质、粘结剂和导电添加剂按质量配比的5-9.5：0.25-1.5：0.25-1.5进行混合，水、辅助打印材料和粘结剂按质量配比的40-85：12-49:1-3进行添加；步骤s102：选取框架结构材料，框架材料为固态丝状时将其通入进丝步进电机,框架材料为液态时通入第二注射泵；步骤s103：制作电极的三维数字模型，并将其导入3d打印机；步骤s104：使用带同轴打印喷头的3d打印机根据步骤s103中三维数字模型进行3d打印，同时打印步骤s101中的电极主体和步骤s102的框架结构，形成外部电极主体材料包裹内部框架结构材料的电极线，并排列成网格状；步骤s105：使用鼓风干燥箱将电极干燥2-3h去除溶剂，之后用真空干燥箱干燥12-24h，最终构成电池的正极或负极电极。8.根据权利要求7所述的一种电池电极的制备方法，其特征在于：步骤s104中所述的3d打印机的同轴外管与第一注射泵连接，用于挤出电极主体材料，3d打印机的同轴内管与进丝步进电机或第二注射泵连接，用于挤出框架结构材料。9.根据权利要求7所述的一种电池电极的制备方法，其特征在于：步骤s104中所述的网格状为四边形网格、蜂窝状网格、圆形网格之一。

技术总结
本发明涉及一种电池电极的结构及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。其特征在于：包括电极主体和框架结构；其中电极主体的材料为活性物质、粘结剂、导电添加剂和辅助打印材料；框架结构的材料为电子导体或离子导体，粘结剂的材料为水性或有机溶剂；通过3D打印机打印使电极主体的材料包裹在框架结构的材料外形成同轴的电极线，并排列成特定形状作为电池的正极电极或负极电极。本发明过3D打印机打印出同轴的电极线再组成电极具有结构稳固、厚度和孔隙率可控、电导率高，传热均匀的优点，对提高电池性能有促进作用。池性能有促进作用。池性能有促进作用。


技术研发人员：王影 鲁春池 汪鹏程 吴逸秋 邢彦锋 张恒运
受保护的技术使用者：上海工程技术大学
技术研发日：2021.09.26
技术公布日：2022/2/24