一种碳电极及其成型方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种碳电极及其成型方法和用途，所述碳电极的成型过程中以异构烷烃作为溶剂，将其与粘结剂和乙炔黑混合，得到混合浆料，之后经捏合、挤出成型，得到所述碳电极，本发明专利技术采用异构烷烃作为溶剂使得粘结剂的分散性明显提高，同时强化粘结剂与乙炔黑间的作用，使得成型得到的碳电极中各组分分布更加均匀，且所得碳电极的掉粉率明显降低，将所得碳电极作为锂/亚硫酰氯电池的正极时，其在恒流条件下的放电容量偏差明显减小。

【技术实现步骤摘要】
一种碳电极及其成型方法和用途
本专利技术属于电池材料领域，涉及一种碳电极及其成型方法和用途。
技术介绍
锂/亚硫酰氯电池的正极材料主要成分为乙炔黑和粘结剂。目前，碳正极的制作工艺多采用水作为混料溶剂，乙炔黑本身具有强的疏水性特点，致使混料过程中，乙炔黑的充分浸润需要高的搅拌转速和长的分散时间，而且作为粘结剂的聚四氟乙烯乳液很难均匀分散在乙炔黑当中，使得制备得到的碳正极表现出高的掉粉率和差的导电能力，从而影响由其组装得到的电芯的放电性能。另外，有工艺采用乙醇或异丙醇作为混料溶剂，虽然乙炔黑能够较好的被浸润，但乙醇和异丙醇都具有低的闪点和易燃性，碳正极制作过程中会持续挥发，引起碳正极结构的不稳定，而且碳正极在烘干过程中具有一定的安全风险，不利于大规模的工业生产。目前，国内厂家在碳正极的制备过程中多采用水合粉高速混料，经多个工序制成颗粒正极材料(直径1-2mm)，其制备步骤相对繁琐且能耗高，且正极颗粒具有一定的静电，若现场管控不佳时，在设备自动装配过程中，正极颗粒有机率夹在边膜和负极之间，导致电池内部微短路。另外正极微粉易溶出到电解液中，迁移至负极表面，有引起电池自放电率提升的风险，严重时影响电池的放电能力。CN109830687A公开了一种锂-亚硫酰氯电池正极和粉方法。它包括如下步骤：在室温为25±5℃，湿度为50％±20％条件下，将所述重量的乙炔黑加入和粉机进行搅拌；将所述重量的聚四氟乙烯乳液、异丙醇和去离子水进行混合得到混合液，取一半重量的混合液加入和粉机中，搅拌混合，得到混合粉料；搅拌15分钟后从和粉机底部的出口部放出总量约20％的混合粉料；将所述重量的金属粉末从和粉机入口部均匀的加入和粉机中，然后再将步骤三的混合粉料从和粉机入口部加入，最后再加入剩余的一半重量的混合液；再次进行混料，搅拌15分钟，完成整个和粉工艺，此方案采用水和异丙醇作为溶剂，且操作过程复杂，制备过程存在安全风险。CN107910497A公开了一种锂亚硫酰氯功率型电池正极制备方法，包括步骤：1)粉料预处理；将物料混合成半干湿料并搅拌均匀；半干湿料进入筛孔孔径0.5-1.5mm的挤条机进行挤条，得到长度为1-2cm的条状料；条状料进入到离心制丸机中，得到粒径0.5-1.5mm的细丸料；细丸料放入真空干燥8-10h；2)细丸料上网；所得干燥的细丸料粉碎成细粉料；细粉料与水性溶剂均匀混合得到半干粉料；半干粉料上镍网经真空干燥、纤维化；3)正极成型；使用辊轧机辊轧，制成所需厚度的正极体；此方案的制备过程中采用的溶剂为乙醇和水，其制备过程操作复杂，产物中粘结剂在乙炔黑中分散均匀性不足，且制备过程中存在安全隐患。因此，开发一种制备方法简单，且所得碳电极中各组分分散均匀性良好，掉粉率明显改善的碳电极的制备方法仍具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碳电极及其成型方法和用途，所述碳电极的成型过程中以异构烷烃作为溶剂，将其与粘结剂和乙炔黑混合，得到混合浆料，之后经捏合、挤出成型，得到所述碳电极，本专利技术采用异构烷烃作为溶剂使得粘结剂的分散性明显提高，同时强化粘结剂与乙炔黑间的作用，使得成型得到的碳电极中各组分更加均匀，且所得碳电极的掉粉率明显降低，将所得碳电极作为锂/亚硫酰氯电池的正极时，其在恒流条件下的放电容量偏差明显减小。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种碳电极的成型方法，所述方法包括以异构烷烃作为溶剂，将溶剂、粘结剂和乙炔黑混合，得到混合浆料，之后经捏合、挤出成型，得到所述碳电极。传统的碳电极的制备过程中，采用水、乙醇或异丙醇作为混料溶剂，其存在着制得的碳电极表现出高的掉粉率和差的导电能力，从而影响由其组装得到的电芯的放电性能的问题，且采用乙醇或异丙醇作为混料溶剂时，存在一定的安全风险，不利于大规模生产；而本专利技术所述碳电极的成型过程中采用异构烷烃作为溶剂，其具有表面活性基团，可与憎水性的粘结剂，例如聚四氟乙烯乳液很好地结合并发生膨胀，分散后的粘结剂表面活性明显提升，可与导电碳黑表面原有的化学键作用，形成相互交联结构，使得憎水性的粘结剂在导电碳黑中分散更加均匀。且本专利技术所述异构烷烃具有高的闪点(45-65℃)和沸点(160-200℃)，材料可以在相对低的温度下，完全高效地进行干燥。本专利技术所述成型方法得到的碳电极中各组分的均匀程度明显提高，其结构也更加稳定，掉粉率＜0.5％；其所得碳电极对电解液的吸附能力及离子导电能力相较于以水或乙醇作为溶剂得到的碳电极明显改善，将其作为锂/亚硫酰氯电池的正极组装得到的电池在恒流条件下的放电容量偏差明显减小。本专利技术所述方法在对混合浆料进行捏合的过程中，会在乙炔黑中形成一定的气体扩散层，之后烘干，异构烷烃和水分在乙炔黑的扩散层蒸发，起到很好的造孔作用；本专利技术所述方法可通过控制原料的加入配比对碳电极的孔隙结构进行设计，从而强化制备过程的可控性。本专利技术所述方法的挤出成型的过程中出料更连续、顺畅和均匀，裁切后得到的碳电极的重量均匀程度在±3％以内，裁切得到的碳电极为碳棒时，其直径均匀程度在±1％以内。且采用直接挤出成型的方法得到碳电极，降低了传统颗粒正极组装过程中存在的隔膜和负极夹正极颗粒的风险，解决了正极压实不均匀、集流能力差的问题。优选地，所述乙炔黑、粘结剂和溶剂的质量比为1:(0.08-0.2):(7-15)，例如1:0.1:14、1:0.15:12或1:0.19:8等，优选为1:(0.1-0.12):(10-12)。优选地，所述捏合的频率为10-30Hz，例如12Hz、15Hz、17Hz、20Hz、22Hz、25Hz或28Hz等。优选地，所述捏合的时间为5-10min，例如6min、7min、8min或9min等。优选地，所述异构烷烃包括异构十一烷烃和/或异构十二烷烃。优选地，所述异构烷烃为异构烷烃溶剂油，例如IsoparH型异构烷烃溶剂油。本专利技术所述IsoparH型异构烷烃溶剂油中异构烷烃主要包括异构十一烷烃和异构十二烷烃。优选地，所述粘结剂为聚四氟乙烯乳液。优选地，所述聚四氟乙烯乳液为聚四氟乙烯的水分散液，其固含量为55-65％，例如56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％或64％等，优选为60％。优选地，所述将溶剂、粘结剂和乙炔黑混合的过程中还加入导电添加剂。优选地，所述导电添加剂包括科琴黑和/或碳纳米管。本专利技术所述导电添加剂为科琴黑和/或碳纳米管，其本身也具有疏水性，本专利技术所述方法采用异构烷烃作为溶剂能明显改善上述导电添加剂与粘结剂混合的均匀性，从而提高由其制备得到的碳电极的性能。优选地，所述乙炔黑与导电添加剂的质量比为(5-10):1，例如6:1、7:1、8:1或9:1等。优选地，所述加入添加剂的方法包括将导电添加剂与乙炔黑混合，之后将其与溶剂、粘结剂混合，得到混合浆料。优选地，所述将导电添加剂与乙炔黑混合的过程在高速混合造粒机中进行。优选地，所述挤出成型后还包括裁剪，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳电极的成型方法，其特征在于，所述方法包括以异构烷烃作为溶剂，将溶剂、粘结剂和乙炔黑混合，得到混合浆料，之后经捏合、挤出成型，得到所述碳电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳电极的成型方法，其特征在于，所述方法包括以异构烷烃作为溶剂，将溶剂、粘结剂和乙炔黑混合，得到混合浆料，之后经捏合、挤出成型，得到所述碳电极。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述乙炔黑、粘结剂和溶剂的质量比为1:(0.08-0.2):(7-15)，优选为1:(0.1-0.12):(10-12)；
优选地，所述捏合的频率为10-30Hz；
优选地，所述捏合的时间为5-10min。


3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述异构烷烃包括异构十一烷烃和/或异构十二烷烃；
优选地，所述异构烷烃为异构烷烃溶剂油；
优选地，所述粘结剂为聚四氟乙烯乳液。


4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述将溶剂、粘结剂和乙炔黑混合的过程中还加入导电添加剂；
优选地，所述导电添加剂包括科琴黑和/或碳纳米管。


5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述加入导电添加剂的方法包括将导电添加剂与乙炔黑混合，之后将其与溶剂、粘结剂混合，得到混合浆料；
优选地，所述将导电添加剂与...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓辉辉，曹浪，祝媛，孙佩玲，张俊，袁中直，刘金成，
申请(专利权)人：惠州亿纬锂能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44