一种干法制备锂电池正负极片方法技术

本发明专利技术公开了一种干法制备锂电池正负极片方法，通过使用活性物质、导电剂、粘结剂、固态电解质粉按照一定比例，一定顺序无溶剂混合，先使用搅拌机混合均匀，然后再进行气流磨机械混合，得到均匀干粉后再使用螺杆挤出机挤出成连续片状，最后通过多次高温辊压于集流体形成干法电极。本发明专利技术解决了现有锂电池生产使用溶剂成本高、回收难、污染大的问题；同时正负极加入固态电解质粉，可以降低电池的极化，减小电池阻抗，除了提高电池性能外，还有助于减少甚至不加电解液，有利于解决锂电池使用有机电解液带来的安全问题。电解液带来的安全问题。电解液带来的安全问题。

【技术实现步骤摘要】
一种干法制备锂电池正负极片方法

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[0001]本专利技术属于锂电池制造工艺，具体涉及一种干法制备锂电池正负极片方法。

技术介绍
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[0002]传统使用溶剂的方法制备正负极片，工艺繁琐，正极使用的溶剂有毒性，回收成本高、难度大。除了工艺简单外，与湿法工艺相比，在高温、电解液存在的条件下，干法工艺得到的电极具有更好的粘结性能和附着力，提高了能量密度。这种独特的电极工艺技术，有助于抑制电池电极制造过程中的二氧化碳污染。通过消除溶剂的使用，以及与之相关的涂布浆料和干燥复杂性，干法制备电极工艺是更加环保的。
[0003]全固态锂电池是相对液态锂电池而言，是指结构中不含液体，所有材料都以固态形式存在的储能器件。具体来说，它由正极材料、负极材料和电解质组成，而液态锂电池则由正极材料、负极材料、电解液和隔膜组成。锂离子电池的有机电解液易挥发易燃易爆，是导致锂离子电池安全问题的主要原因。全固态锂离子电池从根源上解决了这一问题，并且还有容量大、质量轻等优点。
[0004]专利CN 109755473 A公开了一种锂电池电极的干法制备方法，该方法对锂电池电极使用的原材料进行了限定，工艺涉及较少，没用将固态电解质粉引入电极的制备中，而且没有锂电池相关性能分析，无法分析该方法是否优异。
[0005]专利CN 106654177 A公开了一种干法制备电池电容器复合电极的方法，该方法也只是对电极采用干法制备，具体是将材料混合后再辊压至涂有导电胶的集流体上，该方法在一定程度上降低成本，简化工艺，但该工艺主要应用于电池电容器中，并没有涉及锂电池的应用。

技术实现思路
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[0006]本专利技术提出了一种干法制备锂电池正负极片方法，解决了现有锂电池生产使用溶剂成本高、回收难、污染大的问题；同时正负极加入固态电解质粉，可以降低电池的极化，减小电池阻抗，除了提高电池性能外，还有助于减少甚至不加电解液，有利于解决锂电池使用有机电解液带来的安全问题。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种干法制备锂电池正负极片方法，步骤如下：
[0009](1)正极极片制备：
[0010]a)称取2-5wt％的导电剂和5-10wt％的粘结剂，采用具有强剪切力的搅拌机混合搅拌0.5-5h，转速控制在300-1000r/min，搅拌温度为20-80℃；
[0011]b)使用气流磨机械混合步骤a)得到的干粉，进气压力为0.5-1.2MPa，加料压力为0.5-1.2MPa；
[0012]c)加入80-90wt％的正极活性物质和1-5wt％的固态电解质粉，使用搅拌机进行混合，搅拌机转速为50-200r/min，混合时间为0.5-2h，控制搅拌温度为20-50℃；
[0013]d)向步骤c)得到的材料中加入占粉体总重量1-5wt％的硬脂酸钙和/或聚乙烯蜡，使用搅拌机搅拌混合0.5-1h，控制搅拌温度为20-50℃，转速为50-200r/min；
[0014]e)将步骤d)得到的材料在20-120℃通过螺杆挤出机挤出成型，得到连续200-300μm厚度的薄片；
[0015]f)将步骤e)所得薄片在100-150℃条件下辊压成80-100μm的薄膜；
[0016]g)最后将集流体铝箔的正反两面同时辊压步骤f)产生的正极薄膜，辊压温度控制在150-250℃；
[0017](2)负极极片制备：
[0018]a)称取2-5wt％的导电剂和5-10wt％的粘结剂，采用具有强剪切力的搅拌机混合搅拌0.5-5h，转速控制在500-1000r/min，搅拌温度为20-80℃；
[0019]b)使用气流磨机械混合步骤a)得到的干粉，进气压力为0.5-1.2MPa，加料压力为0.5-1.0MPa；
[0020]c)向步骤c)得到的材料中加入占粉体总重量75-88wt％的负极活性物质和1-10wt％的固态电解质粉，搅拌机转速为50-200r/min，混合时间为0.5-2h，控制搅拌温度为20-50℃；
[0021]d)向步骤c)得到的材料中加入占粉体总重量1-5wt％硬脂酸钙和/或聚乙烯蜡，使用搅拌机搅拌混合0.5-1h，控制搅拌温度为20-50℃，转速为50-200r/min；
[0022]e)将步骤d)得到的材料在20-120℃通过螺杆挤出机挤出成型，得到连续200-300μm厚度的薄片；
[0023]f)将步骤e)所得片薄片在100-150℃条件下辊压成50-120μm的薄膜；
[0024]g)最后将集流体铜箔的正反两面同时辊压步骤d)产生的负极薄膜，辊压温度控制在200-300℃。
[0025]进一步地，所述步骤(1)中正极活性物质包括LiMn2O4，LiCoO2，LiFePO4，LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2(x+y+z＝1，0<x/y/z<1)、LiNi
x
Co
y
Al
z
O2(x+y+z＝1，0<x/y/z<1)和富锂化合物中的一种或多种。
[0026]进一步地，所述步骤(2)中负极活性物质包括石墨、硅、钛酸锂和SiO
x
(0<x<2)中的一种或多种。
[0027]进一步地，所述步骤(1)和步骤(2)中的导电剂为炭黑、乙炔黑、CNT中的一种或多种。
[0028]进一步地，所述步骤(1)和步骤(2)中的粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)、丙烯酸树脂(PAA)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡胶(SBR)中的一种或多种。
[0029]进一步地，所述步骤(1)和步骤(2)中的固态电解质包括聚合物固态电解质和无机固态电解质中的一种或两种。
[0030]进一步地，所述无机固态电解质包括钠离子型(NASICON)、锂离子型(LISICON)、钛酸镧锂(LLTO)、锂镧锆氧(LLZO)、磷酸钛铝锂(LATP)和锂磷氧氮(LiPON)中的一种或多种。
[0031]本专利技术还公开了一种电池，由正极、负极、隔膜和电解液组装而成，其中正极和负极采用本专利技术公开的方法制备而成。
[0032]本专利技术的有益效果是：(1)与传统锂电池制造相比，本专利技术电极制备无需使用溶剂，降低了成本，避免了回收难、污染大的问题。(2)干法电极中掺入固态电解质，有利于锂
离子的快速传导，有利于制备全固态电池，而全固态电池无需使用有机电解液，大大降低成本，也可有效解决电解液易燃等安全问题。(3)本专利技术制备的电极，提高了材料的压实密度，可以达到材料真密度的90％以上，进一步降低了材料的孔隙率，有利于减少电解液的使用。(4)进一步减少了材料的比表面积，降低了极片与电解液的接触，副反应减少，提高了电池循环性能和使用寿命。
附图说明：
[0033]图1是实施例1极片制作电池与传统湿法极片制备电池不同倍率对比图；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种干法制备锂电池正负极片方法，其特征在于，制备步骤如下：(1)正极极片制备：a)称取2-5wt％的导电剂和5-10wt％的粘结剂，采用具有强剪切力的搅拌机混合搅拌0.5-5h，转速控制在300-1000r/min，搅拌温度为20-80℃；b)使用气流磨机械混合步骤a)得到的干粉，进气压力为0.5-1.2MPa，加料压力为0.5-1.2MPa；c)加入80-90wt％的正极活性物质和1-5wt％的固态电解质粉，使用搅拌机进行混合，搅拌机转速为50-200r/min，混合时间为0.5-2h，控制搅拌温度为20-50℃；d)向步骤c)得到的材料中加入占粉体总重量1-5wt％的硬脂酸钙和/或聚乙烯蜡，使用搅拌机搅拌混合0.5-1h，控制搅拌温度为20-50℃，转速为50-200r/min；e)将步骤d)得到的材料在20-120℃通过螺杆挤出机挤出成型，得到连续200-300μm厚度的薄片；f)将步骤e)所得薄片在100-150℃条件下辊压成80-100μm的薄膜；g)最后将集流体铝箔的正反两面同时辊压步骤f)产生的正极薄膜，辊压温度控制在150-250℃。(2)负极极片制备：a)称取2-5wt％的导电剂和5-10wt％的粘结剂，采用具有强剪切力的搅拌机混合搅拌0.5-5h，转速控制在500-1000r/min，搅拌温度为20-80℃；b)使用气流磨机械混合步骤a)得到的干粉，进气压力为0.5-1.2MPa，加料压力为0.5-1.0MPa；c)向步骤c)得到的材料中加入占粉体总重量75-88wt％的负极活性物质和1-10wt％的固态电解质粉，搅拌机转速为50-200r/min，混合时间为0.5-2h，控制搅拌温度为20-50℃；d)向步骤c)得到的材料中加入占粉体总重量1-5wt％硬脂酸钙和/或聚乙烯蜡，使用搅拌机搅拌混合0.5-1h，控制搅拌温度为20-50℃，转速为50-200r/min；e)将步骤d)得到的材料在20-120℃通过螺杆挤出机挤出成型，得到连续200-300μm厚度的薄片；f)将步骤e)所得片薄片在100-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周翔，杨凡，晁流，程飞，左连勇，顾冬生，付强，
申请(专利权)人：南京博驰新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：