CN104852013A - 一种基于水性粘结剂的三维电极极片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于水性粘结剂的三维电极极片及其制备方法。将以水性粘结剂、导电剂和活性物质按照一定的比例调好浆料涂覆于三维多孔金属集流体上，经过烘干、滚压、切片或进一步碳化等操作制备出锂离子电池用的三维电极极片。本发明采用水溶性有机高分子材料作为粘结剂具有价格低廉，来源广泛，环境友好等优势。本发明制备出的三维电极极片具有多孔三维结构，此种三维结构有利于电解液的浸润，改善了电解液与活性物质的界面相容性，有效改善了电池的放电倍率特性。本发明结构简单、制备工艺简便，过程容易实现。

Description

一种基于水性粘结剂的三维电极极片的制备方法
技术领域
本发明涉及一种三维电极极片的制备方法，具体涉及一种基于水性粘结剂的三维电极极片的制备方法。
背景技术
随着消费电子需求平稳增长，混合动力汽车和纯电动汽车迅猛发展以及新能源并网发电站项目建设步伐加快，高性能储能电池成为大力发展的核心技术之一。其中，锂离子电池因其高电压、大容量、循环性能佳、低污染等优点在分布式发电储能等领域潜力巨大。随着锂离子电池性价比的不断提升，锂电代替铅酸、镍氢电池等传统电池的趋势日益明显。锂离子电池的性能与活性物质材料的性能及电极片结构密切相关。目前，常见的锂离子电池正极材料有钴酸锂、磷酸铁锂及三元材料，负极材料主要有石墨、钛酸锂、硅基材料、过渡金属氧化物，上述的活性物质(除了石墨负极)大部分都存在电子电导率差的问题，有些材料(例如，硅基材料及过渡金属材料)还存在体积效应的问题。因此，设计开发新型电极片结构利于提高极片的电子电导的同时也可以起到一定的抑制活性材料的体积效应具有一定的现实意义。
商业中常用的正/负极集流体为铝/铜箔，极片的制作工艺是将含有导电剂，活性物质的浆料通过粘结剂粘附于铜箔的表面，烘干后在一定压力下滚压得到电极极片。这种电极的界面性质在很大程度上影响着电极片的充放电性能。同时，由于这种箔片状集流体表面较为光滑，一些体积效应较大的活性物质材料在充放电过程中容易从箔片状集流体上剥离。CN 102437313A专利采用三维多孔结构的泡沫铜或泡沫镍作为电极集流体，使用固相填充和压制成型的方法制备出了一种大功率金属锂电池用负电极。这种方法有利于粉末锂与电极集流体的直接接触但粘接牢固性有待进一步改善。有文献报道将石墨烯和硅的复合物附着于三维泡沫石墨网上也有利于提高电极片的电化学性能，但相对于泡沫铜或泡沫镍而言，泡沫石墨网的价格较高，且延展性不足。(Adv.Mater.2013,25,4673–4677)。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供了一种基于水性粘结剂的三维电极极片的制备方法，本发明还提供了采用该方法制备的三维电极极片，及其用途。
为实现上述目的，所采取的技术方案：一种基于水性粘结剂的三维电极极片的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将水性粘结剂、导电剂和活性物质混合，得到混合物后，用溶剂将所述混合物调制成浆料，然后将三维多孔结构的泡沫金属集流体浸泡于所述浆料中，完全浸润后取出所述三维多孔金属集流体；
(2)将步骤(1)中得到的三维多孔金属集流体经过烘干、滚压、切片后得到所述三维电极极片。
优选地，所述步骤(1)中水性粘结剂为水溶性有机高分子材料的水溶液。
优选地，所述步骤(1)中水溶性有机高分子材料为壳聚糖衍生物、羧甲基纤维素、海藻酸盐、水溶性萜烯树脂、水性聚氨酯中的至少一种。
优选地，所述步骤(1)中导电剂为导电聚合物、导电碳粉、乙炔黑、石墨烯和导电银粉中的至少一种；所述步骤(1)中三维多孔结构的泡沫金属集流体为泡沫铜、泡沫镍和泡沫铝中的一种；所述步骤(1)中活性物质为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰、镍锰酸锂、磷酸镍锂、磷酸钴锂、磷酸锰锂以及富锂固溶体正极材料中的至少一种，或者所述活性物质为硅粉、石墨、钛酸锂、金属氧化物负极材料、锡基复合负极材料和硅基复合负极材料中的至少一种。优选地，所述步骤(1)中导电聚合物为聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)、聚苯胺和聚吡咯中的至少一种。更优选地，所述步骤(1)中导电剂为导电聚合物与导电碳粉、乙炔黑、石墨烯和导电银粉中的一种或几种的混合物。在本发明中当选用负极材料作为活性物质时，制备出的三维电极极片为三维负极电极片；当选用正极材料作为活性物质时，制备出的三维电极极片为三维正极电极片。
优选地，，所述步骤(1)中以所述混合物总重量为基准，所述活性物质所占的重量百分比为70％～90％，所述水性粘结剂所占的重量百分比为1％～10％，所述导电剂所占的重量百分比为9％～20％；所述步骤(1)中浆料的粘度为1000cps～5000cps。优选地，所述步骤(1)中所述溶剂为水。
优选地，所述步骤(2)中切片后在惰性气体保护气氛下碳化，得到所述三维电极极片。在上述过程中水性粘结剂碳化形成支撑碳层，有利于进一步提高三维电极极片的电子电导。
优选地，所述步骤(2)中碳化温度为400～600℃，碳化时间为3h。更优选地，所述步骤(2)中碳化温度为500℃，碳化时间为3h。
本发明提供了一种三维电极极片，所述三维电极极片是采用上述所述方法制备的。
本发明还提供了一种储能装置，所述储能装置包含上述所述的三维电极极片。
优选地，所述储能装置为锂离子电池或超级电容器。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种基于水性粘结剂的三维电极极片，本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明制备出的电极极片采用水溶性有机高分子材料作为粘结剂具有价格低廉，来源广泛，环境友好等优势。
(2)本发明制备出的电极极片具有多孔三维结构，此种三维结构有利于电解液的浸润，改善了电解液与活性物质的界面相容性，有效改善了电池的放电倍率特性。
(3)本发明采用了三维多孔结构的泡沫金属作为电极集流体，有利于增加活性物质与集流体的接触面积，改善了电极极片的电子电导率。
(4)本发明制备的三维电极极片，经过滚压将活性物质紧锁于三维极片内部，此种结构可以有效缓冲体积效应大的活性物质(例如，硅负极材料、硅基负极材料、过渡金属氧化物等)在充放电过程中较大的体积变化，有利于提高电池的倍率性能，延长电池的使用寿命。
(5)本发明通过在浆料中添加掺杂的导电聚合物聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)、聚苯胺、聚吡咯作为导电剂材料取代部分固相颗粒导电剂(导电碳粉、乙炔黑、石墨烯和导电银粉)，利用其易于形成具有高电导率的膜包覆在活性物质的表面从而改进电极材料的导电性。同时，有利于浆料在三维多孔结构的泡沫金属集流体中的填充。
(6)本发明结构简单、制备工艺简便，过程容易实现。
附图说明
图1是本发明所述的基于水性粘结剂的三维电极极片结构示意图：
图中，1-活性物质，2-导电剂，3-粘结剂，4-三维多孔金属集流体；
图2为本发明的实施例1中使用的泡沫镍和制备的三维电极极片(Si-PU-Nifoam-0)的扫描电镜图；
图3为本发明的实施例1中制备的三维电极极片(Si-PU-Ni foam-0)作为锂离子电池负极极片的电化学性能图；
图4为本发明的实施例2中制备的三维电极极片(Si-CMC-Ni foam-0)作为锂离子电池负极极片的电化学性能图；
图5为本发明的实施例3中制备的三维电极极片(Si-(C-CTS)-Ni foam-0)作为锂离子电池负极极片的电化学性能图；
图6为本发明的实施例4中制备的含有不用导电剂的三维电极极片(Si-Carbon，Si-PEDOT:PSS，Si-PEDOT:PSS/Carbon)作为锂离子电池负极极片的电化学性能图；
图7为本发明的实施例5中不同煅烧温度下制备的含有支撑碳层在其中的硅碳三维电极极片作为锂离子电池负极极片的电化学性能图；
图8为本发明的实施例6中制备的以泡沫铜为集流体的硅负极三维极片作为锂离子电池负极极片的电化学性能图；
图9为本发明的实施例7中制备的以泡沫镍为集流体的含有支撑碳层的石墨负极三维极片作为锂离子电池负极极片的电化学性能图。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1:本发明所述基于水性粘结剂的三维电极极片的制备方法的一种实施例
以浓度为3.8wt.％的水溶性聚氨酯(PU)水溶液为粘结剂，单质硅粉作为负极活性物质，乙炔黑为导电剂，三维多孔结构的泡沫镍为集流体制备硅负极三维极片，实验步骤：
硅负极三维极片的制作：将上述负极活性物质、上述粘结剂和上述导电剂混合，得到混合物，其中以所述混合物总重量为基准，所述负极活性物质所占的重量百分比为70％，所述粘结剂所占的重量百分比为10％，所述导电剂所占的重量百分比为20％；用水为溶剂将所得混合物调成粘度为2000cps的负极浆料，将1.0mm厚的三维多孔结构的泡沫镍集流体浸泡于浆料中，完全浸润后取出三维多孔结构的泡沫镍集流体，于真空烘箱中在60℃下烘干成电极片，用辊压机将其滚压成厚度为30μm厚的电极片，之后用冲片机剪切，得到所述硅负极三维极片(记为：Si-PU-Ni foam-0)。其结构示意图如图1所示。
将上述负极浆料用涂膜机涂敷到20μm厚的铜箔上，于真空烘箱中在60℃下烘干成电极片，用冲片机剪切成负极片作为对比电极(记为：Si-PU-Cu)。
电池的制作：以锂片为对电极，以聚乙烯膜为隔膜，以1M LiPF6/EC：DEC：DMC(v：v：v＝1：1：1)为电解液组装扣式电池(CR2025)进行恒电流充放电测试，电压范围为0.01-1.50V，电流密度为400mA/g。
试验结果如下：如图2所示，所使用的泡沫镍具有三维多孔结构(图2a)，利用其所制成的三维电极极片中，硅活性物质均匀的镶嵌于泡沫镍中(图2b-d)。从图3可见，使用PU为粘结剂，使用铜箔制备的传统电极极片在电流密度为400mA/g的电流密度下充放电，首次库伦效率仅为10％，首次放电比容量为3972mAh/g，经过20次循环后容量迅速衰减到294mAh/g，经过100次循环后容量仅剩208mAh/g。制备的硅负极三维极片，首次放电比容量为4085mAh/g，首次库伦效率提高到74％，在经过100次后，依然保持794mAh/g的放电比容量。通过对比可见，三维电极片有利于在一定程度上缓冲硅的体积膨胀，从而改善了电化学循环性能。
实施例2：本发明所述基于水性粘结剂的三维电极极片的制备方法的一种实施例
以浓度为2wt.％的羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液为粘结剂，乙炔黑为导电剂，单质硅粉作为负极活性物质，三维多孔结构的泡沫镍为集流体制备硅负极三维极片，实验步骤：
硅负极三维极片的制作：将上述负极活性物质、上述粘结剂和上述导电剂混合，得到混合物，其中以所述混合物总重量为基准，所述负极活性物质所占的重量百分比为90％，所述粘结剂所占的重量百分比为1％，所述导电剂所占的重量百分比为9％；用水为溶剂将所得混合物调成粘度为4000cps的负极浆料，将1.0mm厚的三维多孔结构的泡沫镍集流体浸泡于浆料中，完全浸润后取出三维多孔结构的泡沫镍集流体，于真空烘箱中在60℃下烘干成电极片，用辊压机将其滚压成厚度为30μm厚的电极片，之后用冲片机剪切，得到所述硅负极三维极片(记为：Si-CMC-Ni foam-0)。
将上述负极浆料用涂膜机涂敷到20μm厚的铜箔上，于真空烘箱中在60℃下烘干成极片，用冲片机剪切成负极片作为对比电极(记为：Si-CMC-Cu)。
电池的制作：以锂片为对电极，以聚乙烯膜为隔膜，以1M LiPF6/EC：DEC：DMC(v：v：v＝1：1：1)为电解液组装扣式电池(CR2025)进行恒电流充放电测试，电压范围为0.01-1.50V，电流密度为200mA/g。
试验结果如下：从图4可见，使用CMC为粘结剂，使用铜箔制备的传统电极极片在电流密度为200mA/g的电流密度下充放电，首次库伦效率为65％，首次放电比容量为3611mAh/g，经过60次循环后容量迅速衰减到227mAh/g，经过100次循环后容量仅剩35mAh/g。制备的三维电极极片，首次放电比容量为3889mAh/g，首次库伦效率为61％，在经过100次后，依然保持1229mAh/g的放电比容量。通过对比可见，三维电极极片有利于在一定程度上缓冲硅的体积膨胀，从而改善了电化学循环性能。
实施例3：本发明所述基于水性粘结剂的三维电极极片的制备方法的一种实施例
以浓度为5wt.％的羧化壳聚糖(C-CTS)的水溶液为粘结剂，乙炔黑为导电剂，三维多孔结构的泡沫镍为集流体制备的硅负极三维极片，实验步骤：
硅负极三维极片的制作：将上述负极活性物质、上述粘结剂和上述导电剂混合，得到混合物，其中以所述混合物总重量为基准，所述负极活性物质所占的重量百分比为80％，所述粘结剂所占的重量百分比为5％，所述导电剂所占的重量百分比为15％；用水为溶剂将所得混合物调成粘度为3000cps的负极浆料，将1.0mm厚的三维多孔结构的泡沫镍集流体浸泡于浆料中，完全浸润后取出三维多孔结构的泡沫镍集流体，于真空烘箱中在60℃下烘干成电极片，用辊压机将其滚压成厚度为30μm厚的电极片，之后用冲片机剪切，得到所述硅负极三维极片(记为：Si-(C-CTS)-Ni foam-0)。
将上述负极浆料用涂膜机涂敷到20μm厚的铜箔上，于真空烘箱中在60℃下烘干成电极极片，用冲片机剪切成负极片作为对比电极(记为：Si-(C-CTS)-Cu)。
电池的制作：以锂片为对电极，以聚乙烯膜为隔膜，以1M LiPF6/EC：DEC：DMC(v：v：v＝1：1：1)为电解液组装扣式电池(CR2025)进行恒电流充放电测试，电压范围为0.01-1.50V，电流密度为400mA/g。
试验结果如下：从图5可见，使用C-CTS为粘结剂，使用铜箔制备的传统电极极片在电流密度为400mA/g的电流密度下充放电，首次库伦效率为67％，首次放电比容量为3618mAh/g，经过100次循环后容量仅剩587mAh/g。制备的三维电极极片，首次放电比容量为4026mAh/g，首次库伦效率为65％，在经过100次后，依然保持1466mAh/g的放电比容量。通过对比可见，三维电极极片有利于在一定程度上缓冲硅的体积膨胀，从而改善了电化学循环性能。
实施例4：本发明所述基于水性粘结剂的三维电极极片的制备方法的一种实施例
以浓度为3.5wt.％的聚氨酯(PU)水溶液为粘结剂，单质硅粉作为负极活性物质，以乙炔黑(Carbon)、PEDOT:PSS(美国SigamaAldrich公司商业产品)以及质量比为1:1的乙炔黑和PEDOT:PSS的混合物分别作为导电剂，三维多孔结构的泡沫镍为集流体制备的硅负极三维极片，实验步骤：
硅负极三维极片的制作：将上述负极活性物质、上述粘结剂和上述导电剂混合，得到混合物，其中以所述混合物总重量为基准，所述负极活性物质所占的重量百分比为70％，所述粘结剂所占的重量百分比为10％，所述导电剂所占的重量百分比为20％；用水为溶剂将所得混合物调成粘度为2000cps的负极浆料，将1.0mm厚的三维多孔结构的泡沫镍集流体浸泡于浆料中，完全浸润后取出三维多孔结构的泡沫镍集流体，于真空烘箱中在60℃下烘干成电极极片，用辊压机将其滚压成厚度为30μm厚的电极片，之后用冲片机剪切，得到所述硅负极三维极片(以乙炔黑、PEDOT:PSS以及乙炔黑和PEDOT:PSS的混合物分别作为导电剂制备的三维电极极片分别记为：Si-Carbon，Si-PEDOT:PSS，Si-PEDOT:PSS/Carbon)。
电池的制作：以锂片为对电极，以聚乙烯膜为隔膜，以1M LiPF6/EC：DEC：DMC(v：v：v＝1：1：1)为电解液组装扣式电池(CR2025)进行恒电流充放电测试，电压范围为0.01-1.50V，电流密度为400mA/g。
试验结果如下：从图6可见，Si-Carbon电极片在电流密度为400mA/g的电流密度下充放电，首次库伦效率为74％，首次放电比容量为4085mAh/g，经过77次循环后容量剩943mAh/g。Si-PEDOT:PSS电极极片在电流密度为400mA/g的电流密度下充放电，首次库伦效率为71％，首次放电比容量为3944mAh/g，经过77次循环后容量为1218mAh/g。Si-PEDOT:PSS/Carbon电极极片在电流密度为400mA/g的电流密度下充放电，首次库伦效率为71％，首次放电比容量为3971mAh/g，经过77次循环后容量为1498mAh/g。对比可见，在浆料中添加掺杂的导电聚合物作为导电剂取代部分固相颗粒导电剂(如乙炔黑)，利用其易于在活性物质的表面形成具有高电导率的膜包覆从而改进电极极片的电化学性能。
实施例5：本发明所述基于水性粘结剂的三维电极极片的制备方法的一种实施例
含有支撑碳层的硅负极三维极片的制备，实验步骤：
含有支撑碳层的硅负极三维极片的制作：将实施例4中制备得的Si-PEDOT:PSS/Carbon三维电极片，冷却至室温后在氩气保护气氛下于400～600℃煅烧3h后，其中粘结剂碳化形成支撑碳层，冷却至室温后得到含有支撑碳层在其中的硅碳三维电极极片。
电池的制作：以锂片为对电极，以聚乙烯膜为隔膜，以1M LiPF6/EC：DEC：DMC(v：v：v＝1：1：1)为电解液组装扣式电池(CR2025)进行恒电流充放电测试，电压范围为0.01-1.50V，电流密度为400mA/g。
试验结果如下：从图7可见，硅碳三维电极极片经过煅烧后，电化学性能有所提高，在400℃煅烧3h后制备的三维电极极片在电流密度为400mA/g的电流密度下充放电，首次放电比容量为4047mAh/g，经过83次循环后容量为1525mAh/g，容量保持率为37.9％。在500℃煅烧3h后制备的三维电极极片在电流密度为400mA/g的电流密度下充放电，首次放电比容量为4004mAh/g，经过83次循环后容量为2196mAh/g，容量保持率为54.8％。在600℃煅烧3h后制备的三维电极极片在电流密度为400mA/g的电流密度下充放电，首次放电比容量为4165mAh/g，经过83次循环后容量为1791mAh/g，容量保持率为43.0％。通过对比可见，在500℃条件进行煅烧后制备的硅碳三维电极极片具有最优异的电化学性能。
实施例6：本发明所述基于水性粘结剂的三维电极极片的制备方法的一种实施例
以浓度为3.8wt.％的水溶性聚氨酯(PU)水溶液为粘结剂，单质硅粉作为负极活性物质，质量比为1:1的乙炔黑和PEDOT:PSS的混合物为导电剂，三维多孔结构的泡沫铜为集流体制备硅负极三维极片，实验步骤：
硅负极三维极片的制作：将上述负极活性物质、上述粘结剂和上述导电剂混合，得到混合物，其中以所述混合物总重量为基准，所述负极活性物质所占的重量百分比为70％，所述粘结剂所占的重量百分比为10％，所述导电剂所占的重量百分比为20％；用水为溶剂将所得混合物调成粘度为2000cps的负极浆料，将1.0mm厚的三维多孔结构的泡沫镍集流体浸泡于浆料中，完全浸润后取出三维多孔结构的泡沫镍集流体，于真空烘箱中在60℃下烘干成电极极片，用辊压机将其滚压成厚度为30μm厚的电极极片，之后用冲片机剪切，得到所述硅负极三维极片(记为：Si-PU-Cu foam)。
将上述制备的Si-PU-Cu foam的三维电极极片，在氩气保护气氛下于500℃煅烧3h后，其中粘结剂碳化形成支撑碳层，冷却至室温后得到含有支撑碳层的硅碳三维电极极片(记为：Si-C-Cu foam)。
将上述浆料用涂膜机涂敷到20μm厚的铜箔上，于真空烘箱中在60℃下烘干，用冲片机剪切成负极片作为对比电极(记为：Si-PU-Cu-2)。
电池的制作：以锂片为对电极，以聚乙烯膜为隔膜，以1M LiPF6/EC：DEC：DMC(v：v：v＝1：1：1)为电解液组装扣式电池(CR2025)进行恒电流充放电测试，电压范围为0.01-1.50V，电流密度为400mA/g。
试验结果如下：从图8可见，Si-PU-Cu-2电极片在电流密度为400mA/g的电流密度下充放电，首次放电比容量为4164mAh/g，经过30次循环后容量迅速衰减到0mAh/g。使用泡沫铜为集流体制备的三维电极极片Si-PU-Cu foam，首次放电比容量为3820mAh/g，在经过100次后，依然保持418mAh/g的放电比容量。通过对比可见，三维电极极片有利于在一定程度上缓冲硅的体积膨胀，从而改善了电化学循环性能。三维电极极片经过高温煅烧碳化后制备的Si-C-Cufoam的极片，首次放电比容量为3045mAh/g，在经过100次后，依然保持2636mAh/g的放电比容量。对比可见，经过高温煅烧后，粘结剂进一步转化为支撑碳层填充于三维电极极片中，有利于进一步提高电极极片的电化学性能。
实施例7：本发明所述基于水性粘结剂的三维电极极片的制备方法的一种实施例
以浓度为3.8wt.％的水溶性聚氨酯(PU)水溶液为粘结剂，石墨作为负极活性物质，乙炔黑为导电剂，三维多孔结构的泡沫镍为集流体制备含有支撑碳层的石墨负极三维极片，实验步骤：
含有支撑碳层的石墨负极三维极片的制作：将上述负极活性物质、上述粘结剂和上述导电剂混合，得到混合物，其中以所述混合物总重量为基准，所述负极活性物质所占的重量百分比为90％，所述粘结剂所占的重量百分比为5％，所述导电剂所占的重量百分比为5％；用水为溶剂将所得混合物调成粘度为4000cps的负极浆料，将1.0mm厚的三维多孔结构的泡沫镍集流体浸泡于浆料中，完全浸润后取出三维多孔结构的泡沫镍集流体，于真空烘箱中在60℃下烘干成电极极片，用辊压机将其滚压成厚度为30μm厚的电极极片，之后用冲片机剪切，得到石墨负极三维极片。将上述制备的石墨负极三维极片，在氩气保护气氛下于500℃煅烧3h后，其中粘结剂碳化形成支撑碳层，冷却至室温后得到含有支撑碳层的石墨负极三维极片。
电池的制作：以锂片为对电极，以聚乙烯膜为隔膜，以1M LiPF6/EC：DEC：DMC(v：v：v＝1：1：1)为电解液组装扣式电池(CR2025)于0.2C倍率下进行恒电流充放电测试，电压范围为0.01-3.0V。
试验结果如下：从图9可见，有支撑碳层的石墨负极三维极片在电流密度为0.2C倍率下充放电，首次放电比容量为414mAh/g，首次库伦效率为88.7％，经过96次循环后容量维持在340mAh/g，容量保持率为82％。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种基于水性粘结剂的三维电极极片的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将水性粘结剂、导电剂和活性物质混合，得到混合物后，用溶剂将所述混合物调制成浆料，然后将三维多孔结构的泡沫金属集流体浸泡于所述浆料中，完全浸润后取出所述三维多孔金属集流体；
(2)将步骤(1)中得到的三维多孔金属集流体经过烘干、滚压、切片后，得到所述三维电极极片。
2.根据权利要求1中所述的三维电极极片的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中水性粘结剂为水溶性有机高分子材料的水溶液。
3.根据权利要求2中所述的三维电极极片的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中水溶性有机高分子材料为壳聚糖衍生物、羧甲基纤维素、海藻酸盐、水溶性萜烯树脂、水性聚氨酯中的至少一种。
4.根据权利要求1中所述的三维电极极片的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中导电剂为导电聚合物、导电碳粉、乙炔黑、石墨烯和导电银粉中的至少一种；所述步骤(1)中三维多孔结构的泡沫金属集流体为泡沫铜、泡沫镍和泡沫铝中的一种；所述步骤(1)中活性物质为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰、镍锰酸锂、磷酸镍锂、磷酸钴锂、磷酸锰锂以及富锂固溶体正极材料中的至少一种，或者所述活性物质为硅粉、石墨、钛酸锂、金属氧化物负极材料、锡基复合负极材料和硅基复合负极材料中的至少一种。
5.根据权利要求1中所述的三维电极极片的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中以所述混合物总重量为基准，所述活性物质所占的重量百分比为70％～90％，所述水性粘结剂所占的重量百分比为1％～10％，所述导电剂所占的重量百分比为9％～20％；所述步骤(1)中浆料的粘度为1000cps～5000cps。
6.根据权利要求1中所述的三维电极极片的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中切片后在惰性气体保护气氛下碳化，得到所述三维电极片。
7.根据权利要求6中所述的三维电极极片的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中碳化温度为400～600℃，碳化时间为3h。
8.一种采用如权利要求1-7任一所述方法制备的三维电极极片。
9.一种储能装置，其特征在于，所述储能装置包含如权利要求8所述的三维电极极片。
10.根据权利要求9所述的储能装置，其特征在于，所述储能装置为锂离子电池或超级电容器。
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