柔性电池极片及其制备方法和含有该电池极片的电池技术

本申请提供一种柔性电池极片及其制备方法和含有该电池极片的电池。所述柔性电池极片的制备方法包括：在无溶剂条件下将粘结剂，导电剂以及电极活性物质混合，通过粘结剂的纤维化作用将导电剂以及电极材料粘结，通过简单的辊压即可制备出柔性无集流体电池极片；其中该柔性电池极片可进一步与网状集流体压合，增加极片导电性。与现有技术相比，本申请的制备方法在整个制备过程中没有用到任何溶剂，对环境友好并避免对工作人员产生潜在危害，同时，本申请的制备方法可以不使用集流体来制备电池极片，亦或是使用网状集流体，大大降低了集流体重量，增加电池极片的柔软性。增加电池极片的柔软性。增加电池极片的柔软性。

【技术实现步骤摘要】
柔性电池极片及其制备方法和含有该电池极片的电池


[0001]本申请涉及锂离子电池的
，尤其是一种柔性电池极片及其制备方法和含有该电池极片的电池。

技术介绍

[0002]随着可穿戴电子设备的逐渐流行，发展便携式，可弯曲，可折叠甚至可植入人体的轻薄柔性电子器件最近成为学术界和工业界的共同研究热点。各类可折叠手机、可卷绕显示屏、智慧服饰以及植入式医用传感器等器件的原型纷纷问世，正引领一场新的柔性电子技术热潮。要让可穿戴设备真正满足人们的日差生活需求，如何让智能设备即穿戴舒适方便，又具备长时间的续航能力，开发与之相对应的柔性电源系统成为亟待攻克的技术难点之一。
[0003]众所周知锂电池工作原理是将化学能转化为电能的一种电化学装置，构成锂离子电池的四个主要部件包括正电极片、负电极片、隔离膜和电解液。但是，其中正电极片包含正极集流体和涂布在正极集流体表面的正极材料；负电极片包含负极集流体和涂布在负极集流体表面的负极材料；其中正极材料和负极材料一般称为电极活性物质，正极材料一般以锰酸锂(LiMn2O4)、磷酸铁锂(LiFePO4)、镍钴锰酸锂(LiNi
x
C
Oy
Mn
z
O2)三种为主要材料，负极材料主要以碳材料和硅材料为主，集流体的主要功能在于承载电极活性物质以及传递电化学反应产生的电子。
[0004]由于锂离子电池主要包含卷绕和叠片两种加工方式，用于制备电池的极片具有一定的柔韧性，才能保证正电极片和负电极片在加工制造时不会发生脆断等问题，锂离子电池通常使用的正极集流体是铝箔，负极集流体是铜箔，为了保证集流体在电池内部稳定性，二者纯度都要求在98％以上。随着锂电技术的不断发展，无论是用于数码产品的锂电池还是电动汽车的电池，我们都希望电池的能量密度尽量高，电池的重量越来越轻，而在集流体领域最主要就是降低集流体的厚度和重量，从直观上来减少电池的体积和重量。
[0005]在已公开的中国专利技术专利授权公告号CN100508250C“锂离子电池极片及其制造方法和包括其的锂离子电池”，提出了一种能使锂离子电池的内阻较低的锂离子电池极片及其制造方法和包括其的锂离子电池。
[0006]为了克服现有技术中电池集流体在辊压时易褶皱导致在巻绕时极片易断裂的问题，在已公开的中国专利技术专利公开号CN101662011A，提出一种电池极片及其制备方法和含有该极片的电池。所述电池极片，包括一方形集流体和负载于所述集流体上的电极材料；电池极片中的集流体在辊压过程中不会出现褶皱或断裂现象，提高了极片良品率。以上的专利技术提出的锂离子电池极片仍然不可避免地需要通过集流体承载电极活性物质，目前锂离子电池极片的主要制作工艺依次为混料，匀浆，涂布，干燥，辊压得到合适厚度的电池极片。尽管聚合物软包锂离子电池已经可以制备简单的异形电池如弧形电池，但是可折叠电池以及可弯曲柔性电池的技术要求对现有电池极片加工技术仍是很大的挑战。
[0007]同时我们应当意识到匀浆过程需要使用大量的溶剂如NMP，H2O等，后续的涂布干
燥过程又需要大量能耗将极片中的溶剂分子干燥除去，H2O以及其他醇类杂质小分子残留越低电池性能越稳定。该工艺过程不仅需要使用有毒性的有机溶剂同时能耗较高，而且需要增加NMP回收辅助设备来降低有机溶剂对环境的破坏作用。

技术实现思路

[0008]基于解决上述的技术问题，本申请的主要目的在于提供一种柔性电池极片及其制备方法和含有该电池极片的电池，能够以简单的工艺和低廉的成本生产制备出导电性好、压实密度高、电极活性材料负载量大，并且有优异的机械强度以及柔韧性的电池极片。
[0009]同时本申请提出一种干法工艺制备电池极片，即在电池极片的制备全程中不使用任何溶剂，仅通过干法辊压技术即可制备出具有柔韧性的电池极片。
[0010]为达到上述目的，本申请提出的技术方案包括提供一种柔性电池极片的制备方法，包括以下步骤：
[0011]将电极活性物质与导电剂以及粘结剂在无溶剂条件下混合均匀成混合物，该混合物通过持续施加外力使粘结剂分子发生纤维化，再通过对辊机的持续辊压将该混合物辊压成柔性电池极片。
[0012]进一步地，所述电极活性物质包括正极材料以及负极材料其中的任一种。
[0013]所述电极活性材料包括金属盐、金属氧化物、金属、非金属单质、非金属氧化物或以上物质的复合物。
[0014]进一步地，所述导电剂包括：碳纳米管(CNT)、石墨、导电炭黑、科琴黑、乙炔黑、石墨烯和碳纤维(VGCF)其中的至少一种。所述导电剂可以多种复合使用，多种导电剂能够相互互补，提高电极的整体导电性能。
[0015]进一步地，所述粘结剂包括：聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯酸钠(PAAS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺(PI)、聚乙二醇(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、羧甲基纤维素钠(CMC)和丁苯橡胶(SBR)其中的至少一种。所述粘结剂可以多种复合使用，多种粘结剂能够相互互补，提高电极的整体粘结强度以及极片柔韧性。
[0016]进一步地，混合物混合均匀是通过物理混合实现的，包括V型混料器，机械搅拌，振动混合，球磨混合，研磨混合，翻滚混合，与气流均质混合其中的任一种。
[0017]进一步地，聚四氟乙烯PTFE是通过棒研磨、撞击粉碎研磨、球磨粉碎研磨、气流粉碎、锤击研磨、离心研磨其中的至少一种使所述粘结剂发生纤维化。
[0018]进一步地，辊压包括常温辊压和高温辊压其中的任一种，其中高温辊压的温度范围25—200℃，优选为80-150℃
[0019]为达到上述目的，本申请还提供了一种由所述制备方法所制得的柔性电池极片，所述柔性电池极片包含0.1-20wt％导电剂、0.1-20wt％粘结剂以及60-99.8wt％电极活性材料。
[0020]为达到上述目的，本申请提供了一种使用由所述制备方法所制得的柔性电池极片的电池，所述电池包括：正电极片、负电极片、隔离膜和电解液，所述电池的改进在于使用所述柔性电池极片作为电池的正电极片或负电极片。
[0021]其中上述柔性电池极片的制备方法制得的柔性无集流体电池极片，可直接使用成电池极片，或可进一步与网状集流体压合，增加极片导电性。
[0022]与现有在涂布电极活性物质从而制备电池极片的技术相比，本申请的有益效果在于：本申请将电极活性物质、导电剂以及粘结剂混合物通过辊压成型的方法直接得到柔性电池极片，大大减低了制备成本和工艺难度。在此干法制备工艺中无需使用任何溶剂，对环境友好且能耗较低。所制备出的柔性电池极片具有导电性好、压实密度高、电极活性材料负载量大，并且有优异柔韧性等优点。
[0023]上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
[0024]有关本申请的其它功效及实施例的详细内容，配合图式说明如下。
附图说明
[0025]为了更清楚地说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性电池极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将电极活性物质与导电剂以及粘结剂在无溶剂条件下混合均匀成混合物，该混合物通过持续施加外力使粘结剂分子发生纤维化，再通过对辊机的持续辊压将该混合物辊压成柔性电池极片。2.如权利要求1所述的柔性电池极片的制备方法，其特征在于，电极活性物质与导电剂以及粘结剂在无溶剂条件下混合均匀是通过物理混合实现的，所述的物理混合包括V型混料器，机械搅拌，振动混合，球磨混合，研磨混合，翻滚混合，气流均质混合与离心混料其中的任一种。3.如权利要求1所述的柔性电池极片的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括：聚偏氟乙烯、聚丙烯酸钠、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚乙二醇、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶其中的至少一种。4.如权利要求1所述的柔性电池极片的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括聚四氟乙烯。5.如权利要求4所述的柔性电池极片的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯通过棒研磨、撞击粉碎研磨、球磨粉碎研磨、气流粉碎、锤击研磨、离心研磨其中的至少一种使所述粘结剂发生纤维化。6.如权利要求1所述的柔性电池极片的制备方法，其特征在于，所述辊压包括常温辊压和高温辊压其中的任一种，所述高温辊压的温度范围25—200℃。7.如权利要求1所述的柔性电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：张耀法，王磊，张国兴，赖中平，
申请(专利权)人：南京鼎腾石墨烯研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：