一种高比能锂电池电极及其干法制备方法和锂电池技术

本发明专利技术涉及一种高比能锂电池电极及其干法制备方法和锂电池。所述方法包括：在加热条件下，将电极材料和加工助剂按照加工助剂的质量占电极材料与加工助剂总质量的10％‑80％均匀混合，形成膏状混合物；其中，所述电极材料包括：电极活性物质、导电剂、粘接剂；所述加工助剂包括：聚碳酸乙烯酯PEC、聚碳酸丙烯酯Poly(propylene carbonate)、聚碳酸丁烯酯Poly(butylene carbonate)、聚碳酸环己烯Polycyclohexene carbonate或聚三亚甲基碳酸酯PTMC中的一种或多种组合；将所述膏状混合物辊压成型后，热压在集流体上，得到电极片；将所述电极片在真空条件下进行热处理，得到所述高比能锂电池电极。

【技术实现步骤摘要】
一种高比能锂电池电极及其干法制备方法和锂电池
本专利技术涉及电池材料
，尤其涉及一种高比能锂电池电极及其干法制备方法和锂电池。
技术介绍
现代现代社会经济和科技的快速发展，使得传统的锂离子电池性能已经不能满足当前的能源需求。快速发展的电动汽车、智能化消费电子设备等领域都迫切地需要更高能量密度、长循环寿命低、低成本、高安全性的锂离子电池。在正、负极方面，对材料性能的要求越来越高的同时，对正负极极片的制备工艺也是提出了更高的要求。目前，锂离子电池电极通过湿法在集流体上涂覆活性材料、导电剂、粘接剂和溶剂组成的混合浆料来制备，在湿法制备过程中，干燥是电极制备过程中消耗能量最多的一步，油溶性粘接剂还需要使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，这种溶剂成本较高，具有毒性，干燥过程中产生的蒸汽会对人体产生损害，湿法制备的电极容易导致溶剂与粘结剂形成粘结剂层，活性物质整个颗粒被粘结剂层包围，阻碍了活性物质颗粒之间以及与导电剂颗粒间的接触，造成较差的电极导电性。干法电极制备电极在过程中不使用溶剂，可以避免上述问题。但是，常规干法技术由于没有溶剂提供的分散性，对粘结剂的控制量要求较高。如果粘结剂含量过少，制浆过程会出现分层，在涂覆过程中难以成型，同时粘结剂量不足还会导致极片无法形成完善的三维网状结构，电导性下降，从而产生如电阻增加，容量衰减等等问题；如果粘结剂含量太多，容易导致非活性材料占比高，造成质量能量密度降低，尤其在干法电极中，由于没有溶剂提供的分散性，粘结剂的量需求高，过高的粘结剂量，导致内阻上升，容量发挥效率下降。此外，因为需要将粉末直接挤压成干态电极膜，纯粉末会导致薄材难以加工成型，亦或者需要粉末涂覆或者激光、静电等沉积设备，需要的工艺要求较高，制造成本也难以降低。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种高比能锂电池电极及其干法制备方法和锂电池。采用干法制备电极不使用溶剂的方式，在无溶剂混合的过程中添加了特定的加工助剂，增强分散性能，使得活性物质、导电剂和粘结剂均匀分散，易于加工成型；同时降低了材料体系对粘接剂的需求量，也降低了电极材料内阻，保证了电池的电化学性能；通过加工助剂的引入使用，使得工艺过程无须采用常规干法工艺中的粉末喷涂，节省了加工工艺步骤和成本。第一方面，本专利技术实施例提供了一种高比能锂电池电极的干法制备方法：，所述干法制备方法包括：在加热条件下，将电极材料和加工助剂按照加工助剂的质量占电极材料与加工助剂总质量的10％-80％均匀混合，形成膏状混合物；其中，所述电极材料包括：电极活性物质、导电剂、粘接剂；所述加工助剂包括：聚碳酸乙烯酯PEC、聚碳酸丙烯酯Poly(propylenecarbonate)、聚碳酸丁烯酯Poly(butylenecarbonate)、聚碳酸环己烯Polycyclohexenecarbonate或聚三亚甲基碳酸酯PTMC中的一种或多种组合；将所述膏状混合物辊压成型后，热压在集流体上，得到电极片；将所述电极片在真空条件下进行热处理，得到所述高比能锂电池电极。优选的，所述加热条件为40℃-90℃；所述均匀混合的方法具体包括：在球磨机中进行球磨混合，或者机械研磨混合。优选的，所述加工助剂的质量占电极材料与加工助剂总质量的25％-50％。优选的，所述辊压的压强在400psi-800psi；所述热压的温度在40℃-90℃，压强在20psi-50psi。优选的，所述电极活性物质包括正极活性物质或负极活性物质；所述正极活性物质包括：镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍钴铝酸锂、富锂锰基材料中的一种或者几种的组合；所述负极活性物质包括：纳米硅、硅氧、硅碳、石墨、软碳、硬碳中的一种或者几种的组合；所述导电剂包括：导电炭黑、碳纤维、导电石墨、碳纳米管中一种或者几种的组合；所述粘接剂包括：聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶、丁腈橡胶、羟甲基纤维素钠、聚丙烯酸类、聚丙烯腈、海藻酸钠中一种或者几种的组合。优选的，所述集流体包括铝箔或铜箔。优选的，所述将所述电极片在真空条件下进行热处理具体包括：在真空条件下，将所述电极片加热至至少达到所述加工助剂的分解温度，并且对所述热处理的环境不断抽真空，使得所述加工助剂分解。优选的，所得高比能锂电池电极的厚度为1μm-200μm。第二方面，本专利技术实施例提供了一种第一方面所述的制备方法制备的得到的高比能锂电池电极。第三方面，本专利技术实施例提供了一种锂电池，包括上述第二方面所述的高比能锂电池电极。本专利技术实施例提供了一种高比能锂电池电极的干法制备方法，在无溶剂混合的过程中添加了特定的加工助剂，增强分散性能，使得活性物质、导电剂和粘结剂均匀分散，易于加工成型；同时降低了材料体系对粘接剂的需求量，也降低了电极材料内阻，提高了材料的比能量，保证了电池的电化学性能；通过加工助剂的引入使用，使得工艺过程无须采用常规干法工艺中的粉末喷涂，同时因为不需要使用昂贵的溶剂，也就不需要对溶剂进行干燥工艺，节省了加工工艺步骤，降低生产成本。通过热处理使得加工助剂分解，便于回收可循环使用。采用本专利技术提供的干法制备方法制备的电极，具有较好的循环稳定性、存储寿命、高温性能、安全性能以及倍率性能。附图说明下面通过附图和实施例，对本专利技术实施例的技术方案做进一步详细描述。图1为本专利技术实施例提供的高比能锂电池电极的干法制备方法流程图；图2为本专利技术实施例1和对比例1提供的负极极片应用于锂电池中在0.1C下100周循环性能对比图；图3为本专利技术实施例1和对比例1提供的负极极片应用于锂电池中的倍率性能对比图。具体实施方式下面通过附图和具体的实施例，对本专利技术进行进一步的说明，但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本专利技术，即并不意于限制本专利技术的保护范围。本专利技术的高比能锂电池电极的干法制备方法，用于干法制备锂电池电极，即可用于正极的制备，也可用于负极的制备，主要制备流程如图1所示，包括如下步骤：步骤110，在加热条件下，将电极材料和加工助剂按照加工助剂的质量占电极材料与加工助剂总质量的10％-80％均匀混合，形成膏状混合物；其中，电极材料包括：电极活性物质、导电剂、粘接剂；电极活性物质包括正极活性物质或负极活性物质；正极活性物质包括：镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍钴铝酸锂、富锂锰基材料中的一种或者几种的组合；负极活性物质包括：纳米硅、硅氧、硅碳、石墨、软碳、硬碳中的一种或者几种的组合；导电剂包括：导电炭黑、碳纤维、导电石墨、碳纳米管中一种或者几种的组合；粘接剂包括：聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶、丁腈橡胶、羟甲基纤维素钠、聚丙烯酸类、聚丙烯腈、海藻酸钠中一种或者几种的组合。加工助剂包括：聚碳酸乙烯酯(PEC)、聚碳酸丙烯酯(Poly(propylenecarbon本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高比能锂电池电极的干法制备方法，其特征在于，所述干法制备方法包括：/n在加热条件下，将电极材料和加工助剂按照加工助剂的质量占电极材料与加工助剂总质量的10％-80％均匀混合，形成膏状混合物；其中，所述电极材料包括：电极活性物质、导电剂、粘接剂；所述加工助剂包括：聚碳酸乙烯酯PEC、聚碳酸丙烯酯Poly(propylenecarbonate)、聚碳酸丁烯酯Poly(butylene carbonate)、聚碳酸环己烯Polycyclohexenecarbonate或聚三亚甲基碳酸酯PTMC中的一种或多种组合；/n将所述膏状混合物辊压成型后，热压在集流体上，得到电极片；/n将所述电极片在真空条件下进行热处理，得到所述高比能锂电池电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种高比能锂电池电极的干法制备方法，其特征在于，所述干法制备方法包括：
在加热条件下，将电极材料和加工助剂按照加工助剂的质量占电极材料与加工助剂总质量的10％-80％均匀混合，形成膏状混合物；其中，所述电极材料包括：电极活性物质、导电剂、粘接剂；所述加工助剂包括：聚碳酸乙烯酯PEC、聚碳酸丙烯酯Poly(propylenecarbonate)、聚碳酸丁烯酯Poly(butylenecarbonate)、聚碳酸环己烯Polycyclohexenecarbonate或聚三亚甲基碳酸酯PTMC中的一种或多种组合；
将所述膏状混合物辊压成型后，热压在集流体上，得到电极片；
将所述电极片在真空条件下进行热处理，得到所述高比能锂电池电极。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热条件为40℃-90℃；
所述均匀混合的方法具体包括：在球磨机中进行球磨混合，或者机械研磨混合。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按照质量比，所述加工助剂的质量占电极材料与加工助剂总质量的25％-50％。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述辊压的压强在400psi-800psi；所述热压的温度在40℃-90℃，压强在20psi-50psi。


5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂鲁哲，桂客，毛泽民，李泓，
申请(专利权)人：天目湖先进储能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32