一种电化学储能器件用电极的无溶剂制备方法技术

一种电化学储能器件用电极的无溶剂制备方法，取聚合物粘结剂粉体置于电极化设备中，对聚合物粘结剂进行电驻极化处理，得到电驻极化的聚合物粘结剂；将电驻极化的聚合物粘结剂与电极活性物质、导电剂置于混料设备中混合均匀，得到电极母料；将电极母料置于压坯机中，在压坯后，置于柱塞式挤出机中，挤出电极母料样条；再将电极母料样条在压延机中碾轧成电极母料膜片；将电极母料膜片置于气相沉积设备中，在电极母料表面沉积一层厚度为10nm～5μm金属集电极。电极母料分散性好，制作的电极膜片均一性好、密度和机械强度高，易于加工成型，形成的电极电化学稳定性、耐溶剂性和机械性好，具有良好的的循环使用寿命和比电容量。

【技术实现步骤摘要】
一种电化学储能器件用电极的无溶剂制备方法
本专利技术属于电极制备领域，特别涉及一种电化学储能器件用电极的无溶剂制备方法。
技术介绍
电极为电荷存储/释放提供场所，成为锂离子电池、超级电容器和锂离子电容器等电化学储能器件的关键核心部件。电极的制备方法可以分为湿法和干法两种。湿法是将电极活性物质、导电剂和粘结剂等，在水或有机溶剂中混合均匀得到粘稠的浆料；然后通过辊涂、刮涂和喷涂等方法与金属集电极复合；最后通过碾压、烘干和整理等过程去除溶剂得到电极。湿法制备电极具有电极成分混合均匀、工艺过程简单和连续性强等优点，但也存在水/溶剂残留多、粘结剂堵塞电荷通道和体积比储能密度低等不足。干法电极制备工艺是将电极活性物质、导电剂和粘结剂，通过混合设备得到混合均匀的电极母料；然后通过纤维化设备使粘结剂纤维化，形成三维网状结构使颗粒状无机粒子形成电极母料膜片；最后通过导电粘结剂将电极母料膜片与金属集电极复合得到电极。干法工艺具有无溶剂残留、电极活性物利用率高和电极厚度可调节范围宽等优点，成为一种先进的电极制备方法。CN109755473A公开了一种锂电池电极干法制备方法，该方法是将电极材料经均匀混合与精细粉碎、多道次高温滚轧形成电极薄膜带，然后通过高温滚压将其复合到带有粘合剂涂层的金属箔带上，最终得到成卷的电极。CN105225847A公布了一种双电层电容器用干法电极的制备方法，该方法是将粉态活性炭、粘结剂聚四氟乙烯粉末、导电剂三者，采用高速气流混合技术实现了固态粉末颗粒之间的均匀混合；同时，借助于PTFE在高速剪切条件下的形变结构实现了活性物质、导电剂、粘结剂三者之间的混合，得到超级电容器用电极片。以上两种方法都是采用干法制作电极，但这两种方法采用电极母料粉体直接辗轧形成电极膜片，存在电极的均一性差、密度低和机械强度小等不足。CN102629681A公开了一种干法电极的制备方法，该方法是将粉体活性物质、粉体导电剂和粉体粘结剂通过三维混粉机或无重力混粉机进行均匀混合，再通过低温粉碎机进行粉碎，然后通过双螺杆挤出机或者密炼机/开炼机纤维化挤出成型，而后通过压延机热压达到目标厚度，最后与印刷导电胶的集流体三层复合形成电极并冷轧提高压实密度。CN101894676A公开了一种超级电容器电极片用膜片制备方法，该方法是将炭黑、线性低密度聚乙烯、活性炭粉通过双螺杆挤出外为坯壳内为膏状的软芯坯料，然后，通过辊轧、精轧和卷曲等过程得到电极。以上两种方法也是采用干法制作电极，但这两种方法聚合物粘结剂团聚不能完全打开，导致电极物料间分散程度低；采用螺杆挤出加工过程中聚合物粘结剂分子量大、粘度高和电极活性物粉体含量多，导致螺杆挤出加工过程母料输送困难、物料容易打滑和设备损耗大等问题，并且由于摩擦生热，还可能使粉料粘附在螺杆或机筒上，使进料更加困难和不稳定；电极母料膜片与集电极连接的导电胶，其电化学稳定性、耐溶剂性和机械性能不足，会影响电化学器件的循环使用寿命，而且其属于非电极活性物质，会降低电化学储能器件的比电容量。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种电化学储能器件用电极的无溶剂制备方法，电极母料分散性好，制作的电极膜片均一性好、密度大和机械强度高，易于加工成型，形成的电极电化学稳定性、耐溶剂性和机械性好，具有良好的的循环使用寿命和比电容量。本专利技术的技术方案是：一种电化学储能器件用电极的无溶剂制备方法，其具体步骤如下：(1)聚合物粘结剂电驻极化取聚合物粘结剂粉体置于电极化设备中，对聚合物粘结剂进行电驻极化处理，得到电驻极化的聚合物粘结剂；(2)电极母料的制备将电驻极化的聚合物粘结剂与电极活性物质、导电剂置于混料设备中混合均匀，得到电极母料；(3)电极母料膜片的制备将电极母料置于压坯机中，在压坯后，置于柱塞式挤出机中，挤出电极母料样条；再将电极母料样条在压延机中碾轧成为厚度50μm～5mm、宽度100mm～1000mm的电极母料膜片；(4)电极母料膜片沉积金属制备电极将电极母料膜片置于气相沉积设备中，在沉积温度为80℃～200℃条件下，在电极母料表面沉积一层厚度为10nm～5μm金属集电极。进一步的，聚合物粘结剂数均分子量为200万～1000万、粒径20nm～50μm。进一步的，所述的聚合物粘结剂为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的至少一种。进一步的，电驻极化处理时，采用静电纺丝、电晕放电、摩擦起电、热极化、低能电子束轰击中一种方式处理。进一步的，采用静电纺丝电驻极化处理时，纺丝电压为15kV，纺丝间距为10cm，纺丝速度为2.0mL/h；采用电晕放电电驻极化处理时，网状栅极电压10kV，放电间距1cm，处理速度800cm2/min；采用热极化电驻极化处理时，将聚合物粘结剂均匀平铺于铜板表面，形成厚度为1mm、宽度为100mm的处理层进行热处理，热处理温度为120℃，极化电场强度为150MV/m、极化速度为600cm2/min。进一步的，所述混合设备为高速搅拌机、V型混料机、无重力混合机、三维混合机、球磨机、开炼机、密炼机、气流磨中的至少一种；混料时，混料温度为0℃～200℃，混料时间为1min～60min。进一步的，所述电极活性物质为锂盐、碳基多孔材料、石墨基电极材料、金属氧化物等中至少一种，粒径D50为5μm～50μm；所述导电剂为碳气凝胶、导电炭黑、鳞片石墨、碳纳米管、石墨烯、球珠石墨中的至少一种，所述聚合物粘结剂与电极活性物质、导电剂的质量比为200:1700:100。进一步的，所述压坯条件为压力为1.0MPa～10.0MPa，压坯速度为5mm/min～50mm/min，保压时间为5s～10s，压坯温度为20℃～120℃；所述柱塞式挤出机为立式、卧式、单柱式、双柱塞、连续式或间歇式中一种，柱塞式挤出条件为：挤出速度为10mm/min～100mm/min、挤出温度为30℃～310℃、压缩比(RR)为50～500、长径比(L/D)为5～50、锥角(α)为10°～90°，挤出的电极母料样条为棒状、矩形、带状或管状中的一种；所述压延机为2～5辊、长径比为2.0～3.0、压延速度为1m/min～10m/min、辊温度为20℃～200℃。所述气相沉积设备为磁控溅射设备、蒸发沉积设备、离子镀设备、脉冲沉积设备、原子层沉积设备中一种；所述金属集电极的材质为铜、铝、银、金、铂等中一种或多种。采用磁控溅射沉积方式沉积金属铝集电极时，铝靶材纯度≥99.99％，基材温度为200℃，氩气气压为4×10-3Torr、偏压为-500V、沉积速率为50nm/min，溅射时间为60min；采用蒸发沉积方式沉积金属银集电极时，银靶材纯度≥99.99％，基材温度为120℃、蒸镀电流为500A，沉积厚度为5μm；采用原子层沉积方式沉积金属铜集电极时，以二(六氟乙酰丙酮酮)铜为前驱体，沉积温度为120℃、输入功率为300W、沉积速率为0.1nm/循环，沉积厚度2μm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学储能器件用电极的无溶剂制备方法，其特征是：/n具体步骤如下：/n(1)聚合物粘结剂电驻极化/n取聚合物粘结剂粉体置于电极化设备中，对聚合物粘结剂进行电驻极化处理，得到电驻极化的聚合物粘结剂；/n(2)电极母料的制备/n将电驻极化的聚合物粘结剂与电极活性物质、导电剂置于混料设备中混合均匀，得到电极母料；/n(3)电极母料膜片的制备/n将电极母料置于压坯机中，在压坯后，置于柱塞式挤出机中，挤出电极母料样条；再将电极母料样条在压延机中碾轧成为厚度50μm～5mm、宽度100mm～1000mm的电极母料膜片；/n(4)电极母料膜片沉积金属制备电极/n将电极母料膜片置于气相沉积设备中，在沉积温度为80℃～200℃条件下，在电极母料表面沉积一层厚度为10nm～5μm金属集电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种电化学储能器件用电极的无溶剂制备方法，其特征是：
具体步骤如下：
(1)聚合物粘结剂电驻极化
取聚合物粘结剂粉体置于电极化设备中，对聚合物粘结剂进行电驻极化处理，得到电驻极化的聚合物粘结剂；
(2)电极母料的制备
将电驻极化的聚合物粘结剂与电极活性物质、导电剂置于混料设备中混合均匀，得到电极母料；
(3)电极母料膜片的制备
将电极母料置于压坯机中，在压坯后，置于柱塞式挤出机中，挤出电极母料样条；再将电极母料样条在压延机中碾轧成为厚度50μm～5mm、宽度100mm～1000mm的电极母料膜片；
(4)电极母料膜片沉积金属制备电极
将电极母料膜片置于气相沉积设备中，在沉积温度为80℃～200℃条件下，在电极母料表面沉积一层厚度为10nm～5μm金属集电极。


2.根据权利要求1所述的电化学储能器件用电极的无溶剂制备方法，其特征是：聚合物粘结剂数均分子量为200万～1000万、粒径20nm～50μm。


3.根据权利要求1所述的电化学储能器件用电极的无溶剂制备方法，其特征是：所述的聚合物粘结剂为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的电化学储能器件用电极的无溶剂制备方法，其特征是：电驻极化处理时，采用静电纺丝、电晕放电、摩擦起电、热极化、低能电子束轰击中一种方式处理。


5.根据权利要求1所述的电化学储能器件用电极的无溶剂制备方法，其特征是：采用静电纺丝电驻极化处理时，纺丝电压为15kV，纺丝间距为10cm，纺丝速度为2.0mL/h；
采用电晕放电电驻极化处理时，网状栅极电压10kV，放电间距1cm，处理速度800cm2/min；
采用热极化电驻极化处理时，将聚合物粘结剂均匀平铺于铜板表面，形成厚度为1mm、宽度为100mm的处理层进行热处理，热处理温度为120℃，极化电场强度为150MV/m、极化速度为600cm2/min。


6.根据权利要求1所述的电化学储能器件用电极的无溶剂制备方法，其特征是：所述混合设备为高速搅拌机、V型混料机、无重力混合机、三维混合机、球磨机、开炼机、...

【专利技术属性】
技术研发人员：何铁石，李文生，常亮，钟镇锴，周婷，
申请(专利权)人：渤海大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21