一种电极的制备方法及用途技术

本发明专利技术创造提供了一种电极的制备方法，包括如下步骤：S1：在真空环境下，对集流体表层进行热处理，使集流体表层处于熔融状态，形成熔融层；S2：在真空环境下，外部的活性物颗粒沉积于所述熔融层，形成电极活性物颗粒层，冷却，熔融层与电极活性物颗粒层的底层固定；S3：在真空环境下，外部气态导电金属沉积于所述电极活性物颗粒层的表层及活性物颗粒与颗粒之间的孔隙中，形成导电金属薄膜，将活性物颗粒连接在一起，最终形成电极。还包括电极的应用。本发明专利技术创造所述的电极制备方法省去了浆料制备、涂覆、极片烘干的过程，消除了大量有机溶剂排放造成的环境污染，减少了能源消耗，避免其他杂质混入电极体系中。

【技术实现步骤摘要】
一种电极的制备方法及用途
本专利技术创造属于锂离子电池
，尤其是涉及一种电极及电极的制备方法、用途。
技术介绍
锂离子电池在新能源汽车、3C产品的应用逐渐增多，业内对这些产品的待机时间、续航能力、安全性能的要求也越来越高，而决定这些性能的关键在于锂离子电池的设计水平。一般动力锂离子电池的结构由电极、隔膜、电解液、壳体等组件构成，其中电极包括正极和负极，锂电池传统制程包括匀浆、涂布、碾压、分切/模切、烘烤、叠片/卷绕、封装、焊接、预充化成、分容、模组组装等工序。现有技术中的电极材料通常用湿式涂覆的方法制备，需要将活性材料、合适的粘结剂、合适的导电剂的混合物均匀分散在溶剂(如NMP、水)中，然后将其涂覆于集流体表面，经过烘干、碾压、模切等工序得到电极片，正负极之间由电绝缘的隔膜隔开，经过叠片或卷绕的方式装配成电芯。电极颗粒之间、电极颗粒和集流体之间依靠粘结剂和导电剂的混合物薄膜实现物理连接、电子导通连接。而这种方法存在一些弊端，诸如正极涂覆过程中排放的有机溶剂NMP(N-甲基吡咯烷酮)对人员、环境都具有一定的危害、烘干过程能耗较高、过程复杂耗时多。另外，NMP作为危化品，在生产制造过程中的运输、仓储管理和使用成本均较高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术创造旨在提出一种电极及其制备方法、用途，以在真空条件下以干法生成电极活性材料层的方式进行电极的制备，省去了浆料制备、涂覆、极片烘干的过程，消除了大量有机溶剂排放造成的环境污染，减少了能源消耗，避免其他杂质混入电极体系中。为达到上述目的，本专利技术创造的技术方案是这样实现的：一种电极的制备方法，包括如下步骤：S1：在真空环境下，对集流体表层进行热处理，使集流体表层处于熔融状态，形成熔融层；S2：在真空环境下，外部的活性物颗粒沉积于所述熔融层，形成电极活性物颗粒层，冷却，熔融层与电极活性物颗粒层的底层固定；S3：在真空环境下，外部气态导电金属沉积于所述电极活性物颗粒层的表层及活性物颗粒与颗粒之间的孔隙中，形成导电金属薄膜，导电金属薄膜将活性物颗粒连接在一起，最终形成电极。活性物颗粒到达集流体表面时，底层活性物颗粒与熔融的集流体表层结合，底层以上的活性物颗粒通过气态导电金属凝结沉积在其表面及颗粒孔隙之间，通过气态导电金属使颗粒与颗粒及颗粒表面相连接在一起，使上层活性颗粒与底层活性物颗粒、活性颗粒与颗粒之间结合形成电极体。进一步的，所述S1中集流体表层的熔融层厚度为0.05-0.5μm。进一步的，所述S1中通过粒子激发器发出的高能电子束或等离子体气流对对集流体表层进行热处理。活性颗粒物与集流体表层的熔融层相粘结，经冷却后熔融层凝结为固态，将活性物颗粒层的底层与熔融层固定。进一步的，所述高能电子束或等离子体流提供的能量为脉冲或连续辐射形式，以实现集流体表层处于瞬时熔融或半熔融的状态。进一步的，所述S2中活性物颗粒经过1-5次重复沉积于所述熔融层，形成电极活性物颗粒层的厚度为50-200μm。进一步的，所述S1、S2、S3均在真空管中进行，所述集流体可水平移动的设置在真空管中，真空管中还设有活性颗粒物导入管、气态导电金属导入管，所述活性颗粒物导入管、气态导电金属导入管位于所述集流体的上方。进一步的，所述集流体相对所述真空管水平移动的速度10-600m/min。进一步的，所述集流体在外部驱动的作用下相对所述活性颗粒物导入管、气态导电金属导入管水平移动，以达到活性物颗粒在集流体表层均匀沉积的目的。进一步的，所述气态导电金属导入管的下方设有冷却辊，气态导电金属导入管的进口端与蒸发源坩埚连接。进一步的，所述蒸发源坩埚的作用是将固态导电金属靶材加热熔融、气化，然后通过气态导电金属导入管将气态导电金属引入活性物颗粒层中，使气态导电金属在活性物颗粒之间均匀沉积。进一步的，所述蒸发源坩埚的加热方式为高能电子束轰击、感应涡流加热、电阻加热中的一种。进一步的，所述导电金属为AL、Cu、Sn、Ag、Au、Ni中的至少1种。气态导电金属喷涂在活性物颗粒层表面，在活性物颗粒层表面和活性物颗粒之间的间隙中渗透、扩散、沉积，最终气态的导电金属在活性物颗粒表面凝结为固态，形成多孔网络结构，将活性物颗粒与颗粒连接起来。电极活性颗粒之间的电子导电通道由导电金属薄膜构成，相比传统的粘结剂导电剂混合薄膜层具有更优秀的电导率。导电金属薄膜通过导电金属气相沉积的方式在颗粒物表面生长成膜。由于实际颗粒表面的凹凸不平，以及颗粒物间孔隙大小不一，使得导电金属可以形成具有一定孔隙结构的导电金属薄膜。导电金属薄膜有利于降低电池的电子阻抗，金属薄膜的孔隙可以提供有效的离子通道，制备得到的锂离子电池循环寿命、倍率充放电效率、存储稳定性均可以得到提升。进一步的，所述真空管内部的真空度为0.01-0.20Pa。在真空条件下，以干法生成电极活性材料层的方式进行电极的制备，省去了浆料制备、涂覆、极片烘干的过程，消除了大量有机溶剂排放造成的环境污染，减少了能源消耗，避免其他杂质混入电极体系中。真空条件降低了浆料、极片制程环境的水分管控难度，减少制造过程的管理复杂性，是一种环境友好型的制备过程，可以减少电极制造设备的占用空间，整个过程在真空环境中完成，不需要烘干炉对电极进行烘干，缩减生产工序，降低生产过程的能耗。进一步的，所述活性颗粒物导入管的进口端、出口端设置气压控制阀或流量控制阀。气压控制阀或流量控制阀用以控制活性物颗粒以一定的速度移动，喷射在集流体表面，保证活性物颗粒在集流体的水平移动方向上均匀沉积。进一步的，所述活性颗粒物导入管的进口端和出口端的压差为0.05-1.0Pa。若压差太大，会导致活性颗粒物的流量不好控制，最终导致活性颗粒物喷射到集流体表层的力度太大，破坏集流体表层的均一性，影响电极质量。进一步的，所述活性颗粒物导入管的出口端与所述集流体表层垂直。进一步的，所述活性颗粒物导入管的出口端优选为矩形或圆角矩形，可以引导活性物颗粒在垂直于集流体的移动方向上均匀沉积。进一步的，所述集流体为Al箔、Cu箔等金属箔材。进一步的，所述金属箔材的厚度为4-20μm，优选正电极集流体铝箔厚度为10-16μm，优选负电极集流体Cu箔厚度为6-8μm。进一步的，所述制备正极的活性物颗粒优选为NCM、NCA、磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂中的至少一种，正极活性物颗粒累积分布为50％的粒径优选为0.3-10μm。进一步的，所述制备负极的活性物颗粒优选为人造石墨、天然石墨、硬碳、硅碳、硅、氧化硅、钛酸锂中的至少一种，负极活性物颗粒累积分布为50％的粒径优选为2-20μm。还包括一种锂离子电池，由所述电极装配得到的锂离子电池，所述锂离子电池包括正极、负极、隔膜、电解质。进一步的，所述正极、负极均由本专利技术所述的电极制备方法制备得到的。进一步的，所述隔膜为陶瓷隔膜、多层复合隔膜、无纺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：/nS1：在真空环境下，对集流体(2)表层进行热处理，使集流体(2)表层处于熔融状态，形成熔融层；/nS2：在真空环境下，外部的活性物颗粒沉积于所述熔融层，形成电极活性物颗粒层(4)，冷却，熔融层与电极活性物颗粒层(4)的底层固定；/nS3：在真空环境下，外部气态导电金属沉积于所述电极活性物颗粒层(4)的表层及活性物颗粒与颗粒之间的孔隙中，形成导电金属薄膜(8)，导电金属薄膜(8)将活性物颗粒连接在一起，最终形成电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种电极的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：在真空环境下，对集流体(2)表层进行热处理，使集流体(2)表层处于熔融状态，形成熔融层；
S2：在真空环境下，外部的活性物颗粒沉积于所述熔融层，形成电极活性物颗粒层(4)，冷却，熔融层与电极活性物颗粒层(4)的底层固定；
S3：在真空环境下，外部气态导电金属沉积于所述电极活性物颗粒层(4)的表层及活性物颗粒与颗粒之间的孔隙中，形成导电金属薄膜(8)，导电金属薄膜(8)将活性物颗粒连接在一起，最终形成电极。


2.根据权利要求1所述的一种电极的制备方法，其特征在于：所述S1中集流体(2)表层的熔融层厚度为0.05-0.5μm。


3.根据权利要求1所述的一种电极的制备方法，其特征在于：所述S2中活性物颗粒经过1-5次重复沉积于所述熔融层，形成电极活性物颗粒层(4)的厚度为50-200μm。


4.根据权利要求1所述的一种电极的制备方法，其特征在于：所述S1、S2、S3均在真空管(1)中进行，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：任卫强，高秀玲，
申请(专利权)人：天津市捷威动力工业有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12