一种极片及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种极片及其制备方法和锂离子电池。所述制备方法包括：1)在箔材表面涂覆热固性导电胶水，形成胶水层，得到涂覆后的箔材；2)对电极活性材料、粘结剂和导电剂进行气流预混合得到混合材料，用载气将所述混合材料喷射到涂覆后的箔材的胶水层表面，形成电极涂层，得到喷射后的箔材；3)对喷射后的箔材进行热辊压，得到所述极片。本发明专利技术提供的方法取消了溶剂，避免了后续的干燥工艺，减少了能耗；气流预混合速度快，混合均匀；采用干法涂布，增加一层导电胶水，可以提高极片的剥离力；形成的极片的厚度可以进行调控。

【技术实现步骤摘要】
一种极片及其制备方法和锂离子电池
本专利技术属于电池
，涉及一种极片及其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
随着社会的发展，人们对能源的需求日益增加，而传统的化石燃料存在资源有限且对环境污染较大的问题，而风能、太阳能、潮汐能受季节的影响性较大，人们亟需开发新型的储能装置。由于锂离子电池具有能量密度高、自放电较低、没有记忆效应等优点，因此在可移动电子设备、电动汽车以及大规模储能方面有着巨大的应用前景及广泛的需求。锂离子电池中包含正极极片与负极极片，所述正极极片和负极极片上涂覆有由粘结剂、导电剂以及电极活性材料以一定的比例混合所制备得到的导电浆料。对于负极而言，目前广泛使用的石墨负极的理论容量也仅有372mAh/g,远远不能满足锂离子电池能量密度的要求。目前制备负极极片，主要还是以浆料的形式进行涂布然后干燥形成极片；这个过程包括，首先进行负极胶体的制备，然后进行活性材料，导电剂，胶水的搅拌混合，然后转移涂覆到基材表面，进行干燥收卷，形成负极极片。整个工艺时间较长，需要提前制备负极需要的胶水；其次涂覆完成之后，需要进行一定时间的干燥，烘箱的能耗在整个耗能中的占比大约为三分之一，造成了大量的能源浪费。CN108630898A公开了一种锂离子电池负极极片的制备方法，包括以下步骤：混料步骤，其中将负极活性物质、粘结剂、导电剂及负极助剂按比例加入溶剂中并混合均匀以得到负极浆料；涂布压片步骤，其中将混料步骤中制备的负极浆料涂覆在负极集流体上、干燥并压片；以及负极助剂除去步骤，将涂布压片步骤中制备的极片置于真空干燥设备中进行真空干燥以除去在混料步骤中添加的负极助剂，从而得到锂离子电池负极极片。所述负极助剂可包括酯类化合物和/或有机酸类化合物。该文献中的制备负极浆料需要后续干燥等一系列工艺，工艺步骤复杂且能耗较大。CN106941169A公开了一种采用喷雾干燥法合成硅-石墨烯多孔负极材料的制备方法。虽然这些方法能够有效降低和抑制硅基负极材料的体积膨胀，提高电极的比容量和循环性能，但其制备过程与当前的浆料涂布制片工艺兼容性较差，同时涉及的模板造孔、高温碳化、气相沉积等工序条件要求高、环境条件要求苛刻，生产效率低，难以批量化生产。CN102339989A提供了一种负极片制备方法及所制备的负极片在电池中的应用。该负极片制备方法，包括预处理、制备负极片浆料、制备负极片等步骤。包括如下步骤：将人造石墨粉加入至醇溶液中，搅拌得到第一溶液；将所述第一溶液、导电剂、粘结剂及水混合，得到负极片浆料；将所述负极片浆料涂布、干燥后得到负极片。该文献中所述制备工艺为传统以浆料的形式进行涂布然后干燥形成极片。其制备工艺耗时较长且有较高的能耗。目前传统以浆料的形式进行涂布然后干燥形成极片的制备方法存在工艺时长较长且长时间烘箱干燥会带来较高的能耗。如何能够实现使粉体混合均匀，减少工艺时长，降低能耗，同时减少烘箱干燥工艺，既缩短工艺时长也避免烘箱干燥带来的能耗，是目前需要解决的一项技术问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种极片及其制备方法和锂离子电池。本专利技术提供的极片制备方法可以避免使用溶剂及干燥，能耗低，并且可以提高电极极片的剥离力，极片的厚度也容易调控。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种极片的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)在箔材表面涂覆热固性导电胶水，形成胶水层，得到涂覆后的箔材；(2)对电极活性材料、粘结剂和导电剂进行气流预混合得到混合材料，用载气将所述混合材料喷射到步骤(1)所述涂覆后的箔材的胶水层表面，形成电极涂层，得到喷射后的箔材；(3)对步骤(2)所述喷射后的箔材进行热辊压，得到所述极片。本专利技术提供的制备方法采用无溶剂混合工艺，避免使用溶剂及干燥，减少了能耗；气流混合较为均匀；采用干法涂布，增加一层胶水层，可以提高负极极片的剥离力；形成的极片的厚度可以通过调节电极涂层以及调节胶水层的厚度进行调控。本专利技术提供的制备方法对电极活性材料、粘结剂和导电剂进行气流预混合，之后用载气喷射以制备电极涂层，这样的方法不使用溶剂，也就无需在制备电极涂层后进行干燥，减少了能耗。采用了气流混合负极粉末，可使其快速分散均匀，既缩短工艺时长又避免了常规工艺中后续的烘箱干燥产生的能耗。本专利技术中，所述气流预混合在气流混合均化设备中进行。通过气流混合均化设备首先对负极活性材料，粘结剂，导电剂进行气流预混合的操作，该装置通过进出料孔在混合装置中利用高速高压的气流碰撞达到快速且均匀混合一定比例负极活性材料、粘结剂和导电剂的目的。相比于传统的匀浆工艺极大地缩减了时间成本。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，所述极片为负极片。本专利技术提供的这种方法在制备负极片方面更具优势。优选地，步骤(1)所述箔材包括铜箔和/或铝箔。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述热固性胶水在箔材上的涂布厚度为0.5-2μm，例如0.5μm、1μm、1.5μm或2μm等。优选地，步骤(1)所述热固性胶水为导电胶水。本专利技术中，所述热固性胶水是一种可成膜得热固导电胶，可以采用现有技术中的产品，也可以使用如下配方的热固性胶水，下述配方的热固性胶水导电性能好，适合多孔电极和金属箔材间粘接：导电炭黑1份；石墨烯0.5份；导电环氧树脂5份；液体硅橡胶8份；801胶,75.5份；银浆3份；苯乙烯3份；补强剂2份；交联剂2份。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述电极活性材料包括炭基材料和/或硅基材料。优选地，所述导电剂包括乙炔黑(AB)、柯琴黑(KB)或气相生长碳纤维(VGCF)中的任意一种或至少两种的组合。但是并不仅限于上述种类的导电剂，其他可以起到相同作用的导电剂也可用于本专利技术，例如SPUERLi、S-O、KS-6、KS-15、SFG-6、SFG-15或350G等。优选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、羟甲基纤维素或丁苯橡胶中的任意一种或至少两种的组合。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)中，以所述电极活性材料、粘结剂和导电剂的总质量为100％计，所述电极活性材料的质量分数为90-99％，例如90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％等，所述粘结剂的质量分数为0.5-9.5％，例如0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或9.5％等，所述导电剂的质量分数为0.5-5％，例如0.5％、1％、2％、3％、4％或5％等。优选地，步骤(2)所述气流预混合的气流速度为400-600m/s，例如400m/s、450m/s、500m/s、550m/s或600m/s等。本专利技术中，如果气流预混合的气流速度过慢，会导致原料结块粉末不易分散；如果气流预混合的速度过快，会导致粉末不容易沉降。优选地，步骤(2)所述气流预混本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种极片的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n(1)在箔材表面涂覆热固性导电胶水，形成胶水层，得到涂覆后的箔材；/n(2)对电极活性材料、粘结剂和导电剂进行气流预混合得到混合材料，用载气将所述混合材料喷射到步骤(1)所述涂覆后的箔材的胶水层表面，形成电极涂层，得到喷射后的箔材；/n(3)对步骤(2)所述喷射后的箔材进行热辊压，得到所述极片。/n

【技术特征摘要】
1.一种极片的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)在箔材表面涂覆热固性导电胶水，形成胶水层，得到涂覆后的箔材；
(2)对电极活性材料、粘结剂和导电剂进行气流预混合得到混合材料，用载气将所述混合材料喷射到步骤(1)所述涂覆后的箔材的胶水层表面，形成电极涂层，得到喷射后的箔材；
(3)对步骤(2)所述喷射后的箔材进行热辊压，得到所述极片。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述极片为负极片；
优选地，步骤(1)所述箔材包括铜箔。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述热固性胶水在箔材上的涂布厚度为0.5-2μm；
优选地，步骤(1)所述热固性胶水为导电胶水。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述电极活性材料包括炭基材料和/或硅基材料；
优选地，所述导电剂包括乙炔黑、柯琴黑或气相生长碳纤维中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、羟甲基纤维素或丁苯橡胶中的任意一种或至少两种的组合。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，以所述电极活性材料、粘结剂和导电剂的总质量为100％计，所述电极活性材料的质量分数为90-99％，所述粘结剂的质量分数为0.5-9.5％，所述导电剂的质量分数为0.5-5％；
优选地，步骤(2)所述气流预混合的气流速度为400-600m/s；
优选地，步骤(2)所述气流预混合的时间为2-5min。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述载气包括空气、氮气、氩气、二氧化碳或氧气中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜双龙，熊后高，兰枭，师渝涛，赵仕绪，朱忠泗，吕正中，刘金成，
申请(专利权)人：惠州亿纬锂能股份有限公司，湖北亿纬动力有限公司，荆门亿纬创能锂电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44