一种电池活性层的制备方法、电池极片和应用技术

本发明专利技术提供了一种电池活性层的制备方法、电池极片和应用，所述电池活性层的制备方法包括：将活性材料和导电剂干法混合后，加入纤维化粘结剂并进行纤维化处理，干法工艺得到的混合物料进行辊压成膜后，形成所述的电池活性层；所述活性材料中包括碳包覆的预锂材料。本发明专利技术利用干法混合的活性材料与导电剂混合后，再加入纤维化粘结剂进行纤维化处理，结合碳包覆的预锂材料，使极片具有柔软和平整的特点，提高电池的倍率性能。提高电池的倍率性能。提高电池的倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种电池活性层的制备方法、电池极片和应用


[0001]本专利技术属于电池
，尤其涉及一种电池活性层的制备方法、电池极片和应用。

技术介绍

[0002]随着新能源汽车的快速发展，对车用动力电池能量密度以及安全性能的要求不断提升。为实现动力电池能量密度的进一步突破，寻找高比容量正/负极材料成为动力电池开发的重点。但是目前锂离子电池主要以石墨作为负极，而石墨类负极材料的比容量极限约为372mAh/g，基于这类负极材料已经难以进一步提高锂离子电池的能量密度，难以适应市场对更高能量密度锂离子电池的需求，因此越来越多的高比容量材料应用到极片中。
[0003]因此，负极预锂技术成为一种可以提高负极首效和容量的有效方式，目前越来越多的公司和科研院所在做这方面的研究和技术突破。但是常规负极预锂技术存在难度大，危险性高，或是成本太高等问题，目前难以大规模推广应用。
[0004]CN108288690A公开了一种锂固态电池的负极及其制备方法和应用，所述负极包括负极集流体和负载在该负极集流体上的负极材料，其中，所述负极材料包括：含金属锂的复合负极活性物质、导电添加剂和粘结剂。将该专利技术提供的负极用于锂固态电池中，可以提高锂离子电池的能量密度和安全性能，并且由于所述负极有效缓解了材料粉化和界面接触等问题，制备成的锂固态电池比使用纯金属锂作为负极的锂固态电池具有更好的循环性能。
[0005]CN112349956A公开了一种固态电池及其制作方法，包括如下步骤：将正极活性物质、导电剂、粘结剂、锂盐混合均匀后，溶解于有机溶剂中，得到正极浆料，采用磁力搅拌后，将浆料涂布于铝箔上，经过真空烘干、压片等步骤后得到正极；将锂盐加入到溶剂中，搅拌均匀后，依次加入聚合物材料、无机填料，搅拌均匀后得到混合浆料；将混合浆料涂覆于纳米纤维膜上，经过静置、真空干燥等步骤后得到复合电解质膜；将复合电解质浆料涂覆于负极表面，待溶剂烘干后得到负极。将正极、固态电解质、负极组装后得到固态电池。采用该方法制得的固态电池，能够有效的增加电解质与电极界面的相容性，且能够增加电解质的力学性能，有效的改善负极析锂问题。
[0006]现有技术中，固态电池的极片存在制备工艺复杂、成本高和安全性能低等问题，因此如何在保证固态电池的极片具有制备工艺简单的情况下，还能够保证成本低和安全性能高，成为目前迫切需要解决的问题。

技术实现思路

[0007]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电池活性层的制备方法、电池极片和应用，利用干法混合的活性材料与导电剂混合后，再加入纤维化粘结剂进行纤维化处理，结合碳包覆的预锂材料，使极片具有柔软和平整的特点，提高电池的倍率性能。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种电池活性层的制备方法，所述电池活性层的制备方
法包括：
[0010]将活性材料和导电剂干法混合后，加入纤维化粘结剂并进行纤维化处理，干法工艺得到的混合物料进行辊压成膜后，形成所述的电池活性层；所述活性材料中包括碳包覆的预锂材料。
[0011]本专利技术通过加入纤维化粘结剂，与活性材料和导电剂一起进行纤维化处理，结合碳包覆的预锂材料，由于预锂材料表面包覆了一层碳，表面光滑，利用粘结剂形成的纤维进一步地改善了锂硅合金的表面物理性能，制备的负极极片光滑柔软，表面平整，改善了极片的成膜效果，提高了补锂负极的倍率性能，避免了预锂材料颗粒大，硬度硬，锂析出后附在负极形成枝晶，导致表面局部变高，刺穿了隔膜，形成微短路，导致充电曲线异常的问题。此外，本专利技术无需惰性气体进行保护，在混料阶段加入碳包覆的预锂材料，操作简单，易于工业化，与石墨负极相比，具有首效高、容量高的特点，可用作高能量密度电池的制备。
[0012]需要说明的是，本专利技术对集流体的材质不做具体要求和特殊限定，本领域技术人员可根据设计要求合理选择集流体，例如为涂碳铜箔。
[0013]作为本专利技术的一个优选技术方案，所述制备方法在干燥环境下进行。
[0014]优选地，所述活性材料和导电剂干法混合过程中还加入非纤维化粘结剂。
[0015]优选地，所述非纤维化粘结剂包括聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素或丁苯橡胶中的一种或至少两种的组合。
[0016]优选地，所述非纤维化粘结剂的质量为混合物料的0～10％，例如为0％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％，进一步优选为0.5～5％。
[0017]本专利技术通过采用非纤维化粘结剂与纤维化粘结剂进行配合使用，其中非纤维化粘结剂在热辊压时受热熔化变成熔融态覆盖在活性材料表面，改善活性材料的表面物理性能，能很好地粘住导电剂，形成良好的导电通路，提高导电率；纤维化粘结剂通过纤维化后形成丝状纤维能将不同的活性材料质和导电剂等粘接在一起，形成整体的块状或片状固体。通过两种粘结剂的不同粘接形式，实现均匀稳定的粘连效果，有效避免混合过程中黏连结块等问题的发生，进一步地提高极片的柔软性和成膜效果。并且与传统的只使用非纤维化粘结剂必须加入溶剂来促发粘结剂的粘接作用相比，加入纤维化粘结剂来起粘接作用，可以不用加入溶剂，省去了溶剂回收及烘干过程，简化了制备工艺，节约了成本。
[0018]优选地，所述纤维化粘结剂包括聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚丙烯或聚乙烯中的一种或至少两种的组合。
[0019]优选地，所述纤维化粘结剂的质量为混合物料的0.1～30％，例如为0.1％、1％、2％、4％、6％、8％、10％、12％、14％、16％、18％、20％、22％、24％、26％、28％或30％，进一步优选为0.5～10％。
[0020]本专利技术通过设置纤维化粘结剂的质量为混合物料的0.1～30％，进一步优选为0.5～10％，在保证极片柔软性和平整性的情况下，使极片具有良好成膜效果，若质量低于混合物料的0.1％，则纤维化粘结剂产生的纤维化拉丝不足，活性材料之间粘结效果差，导致极片的成膜效果不好；若质量高于混合物料的30％，则纤维化粘结剂加入量过高，影响活性材料占比，进而影响电池性能。
[0021]作为本专利技术的一个优选技术方案，所述纤维化处理包括研磨、球磨或脱泡中的一种或至少两种的组合，进一步优选为研磨，所述纤维化处理将纤维化粘结剂纤维化，并与活
性材料和导电剂形成块状或片状结构的混合物料。
[0022]本专利技术中纤维化处理方式为研磨，是一种比高速搅拌、气流粉碎等更简单容易，同时纤维化效果更好的方式。
[0023]作为本专利技术的一个优选技术方案，所述预锂材料包括锂硅合金、硅或氧化亚硅中的一种或至少两种的组合，进一步优选为锂硅合金。
[0024]本专利技术采用锂硅合金作为补锂添加剂，其理论容量达1800mAh/g以上，但是锂硅合金比较活泼，容易与水发生剧烈反应，发生安全问题，本专利技术通过干法工艺有效避免了锂硅合金环境要求高和安全性差的问题。
[0025]优选地，所述活性材料中碳包覆的预锂材料的质量占比为0.1～60％，例如为0.1％、1％本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池活性层的制备方法，其特征在于，所述电池活性层的制备方法包括：将活性材料和导电剂干法混合后，加入纤维化粘结剂并进行纤维化处理，干法工艺得到的混合物料进行辊压成膜后，形成所述的电池活性层；所述活性材料中包括碳包覆的预锂材料。2.根据权利要求1所述的电池活性层的制备方法，其特征在于，所述制备方法在干燥环境下进行；优选地，所述活性材料和导电剂干法混合过程中还加入非纤维化粘结剂；优选地，所述非纤维化粘结剂包括聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素或丁苯橡胶中的一种或至少两种的组合；优选地，所述非纤维化粘结剂的质量为混合物料的0～10％，进一步优选为0.5～5％；优选地，所述纤维化粘结剂包括聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚丙烯或聚乙烯中的一种或至少两种的组合；优选地，所述纤维化粘结剂的质量为混合物料的0.1～30％，进一步优选为0.5～10％；优选地，所述纤维化处理包括研磨、球磨或脱泡中的一种或至少两种的组合，进一步优选为研磨，所述纤维化处理将纤维化粘结剂纤维化，并与活性材料和导电剂形成块状或片状结构的混合物料。3.根据权利要求1或2所述的电池活性层的制备方法，其特征在于，所述预锂材料包括锂硅合金、硅或氧化亚硅中的一种或至少两种的组合，进一步优选为锂硅合金；优选地，所述活性材料中碳包覆的预锂材料的质量占比为0.1～60％，进一步优选为5～40％；优选地，所述碳包覆的预锂材料中包覆碳的质量含量为0.5～50％，进一步优选为1～10％；优选地，所述锂硅合金中Li:Si的原子数量比为(0～4.4):1；优选地，所述锂硅合金包括Li
4.4
Si、Li
3.25
Si或Li
1.71
Si中的一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的电池活性层的制备方法，其特征在于，所述活性材料为负极活性材料，所述负极活性材料中还包括石墨；优选地，所述负极活性材料中石墨的质量占比为40～95％。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖强，秦士林，张耀法，马忠龙，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：