一种干法电极膜的原位制备方法及其干法电极技术

本发明专利技术属于电化学储能电池技术领域，具体涉及一种干法电极膜的原位制备方法及其干法电极。在露点为

【技术实现步骤摘要】
一种干法电极膜的原位制备方法及其干法电极


[0001]本专利技术属于电化学储能电池
，具体涉及一种干法电极膜的原位制备方法及其干法电极。

技术介绍

[0002]新能源作为国家战略性新兴产业，近年来得到快速发展。作为新能源产业的重要支撑和辅助技术，电化学储能器件成为全球研究与开发热点。随着便携式消费电子、移动通讯、新能源电动车等快速发展，对电池的能量密度、充放电循环寿命、容量保持率、循环效率提出了更高要求，各种新型电池技术，如锂电池、钠电池、镁电池、锂硫电池等，得到了长足发展。这些电池的基本构成为正极、负极、介于正负极之间的电解质、隔膜及外包装，其中正极、负极的制备沿用了传统的电池电极生产工艺，将活性材料干粉、导电剂干粉与含有溶剂的粘结剂搅拌混合形成浆料，期间不断加入溶剂调节浆料粘度，之后将浆料涂布于集流体上，烘干制备出正极或负极电极。特别是在正极浆料制备过程中使用了大量的有毒有害的有机溶剂，烘干过程中，这些有机溶剂会大量挥发，需要额外建设溶剂回收系统，既不环保，也增加了生产成本。
[0003]专利200480019411.X公开了一种用于制备超级电容器的干法电极工艺，该工艺是将由碳颗粒（活性碳）、干粘结剂所形成的干碳颗粒与含氟的干粘结剂混合，并通过高压气流喷射研磨方法，将干粘结剂纤丝化，这些纤丝化的粘结剂与干碳颗粒一起，经过挤压口挤出，形成一定宽幅的干膜，并与收集器（也即集流体）贴合，辊压形成电极。但这种工艺仅适用于物理化学结构较为单一的多孔活性炭材料，因为多孔活性炭材料在超强气流剪切力作用下，其化学结构和性质不发生变化；另外，活性炭密度低，质量轻，适合高压气流喷射方法。但经实验发现，利用该工艺制备如锂电池电极时，由于锂电池的正极活性材料干粉、负极活性材料干粉大多为复合结构、多层结构，在超强气流剪切力作用下，材料的结构成分和形貌会发生严重变化，从而严重影响了电极材料稳定性；同时锂电池干粉活性材料密度高，质量重，即使在超强气流下，也不易使干粉料混合均匀；另外，该工艺中使用了含氟的粘结剂，不仅成本高，而且粘结能力差，难以适用于在循环过程中发生大体积形变的电极（如NCM811和硅炭负极等）。专利201611071066.5披露了一种干法制备电池电容复合电极的方法，该方法是将复合电极原料A类活性物质、B类活性物质、含氟粘结剂干粉和导电剂，并将复合电极原料充分混合，在氮气和/或氩气的惰性气氛中升温至500
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580℃煅烧，冷却至室温，再通过挤压制成干态电极膜，该方法需要在惰性气氛中高温煅烧后，再转移到挤出机中用5吨到40吨的超高压力挤出，制备工艺苛刻，所用的A类活性物质为含锂金属氧化物正极，二次煅烧后会造成锂损失，且冷却至室温后，材料又变回干固体状态，对挤出工艺提出挑战。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供了一种干法电极膜的原位制备方法及其干法电极。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用技术方案为：一种干法电极膜的原位制备方法，在露点为
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25~
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65℃条件下，将活性材料干粉、聚合物粘结剂干粉、导电剂干粉预混后，置于双螺杆挤出机中通过辐射加热、使混合物原位交联反应，挤出形成干法电极膜；其中，所述的粘结剂为低熔点的粘合剂。
[0006]所述的粘结剂干粉结构通式如下所示：或；A选自H、甲基或氰基；R选自、、、、、；R1、R2选自OH、OLi、、C1
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C10的烷氧基、C1
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C18的端羟基烷氧基、；R4、R5、R6可相同或不同的选自C1
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C8的烷基；Z选自H或甲基；n选自50~2000；m选自0~2000；p选自0~6；q选自0~100。
[0007]所述辐射加热方式为微波辐射、远红外线辐射、紫外光辐射或离子束辐射中的一种，加热温度为50~150℃，原位交联反应时间为10分钟~5小时。
[0008]所述的预混方式为球磨或双行星搅拌，预混时间0.5~5小时。
[0009]所述的双螺杆挤出机挤出的转速为50~600转/分钟；原位形成干法电极膜厚度为50~500微米，其中，电极膜为正极电极膜或负极电极膜。
[0010]所述的活性材料干粉、粘结剂干粉、导电剂干粉的质量比例为(80~95):(1~10):(1~10)。
[0011]所述的正极电极膜活性材料干粉为LiCoO2、LiMn2O4、LiNi
0.5
Mn
1.5
O4、LiNi
1/3
Mn
1/3
Co
1/3
O2、LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2、LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2、LiNi
0.6
Co
0.1
Mn
0.3
O2、LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2、LiNi
0.9
Co
0.05
Mn
0.05
O2、LiNiCoAlO2、氟化石墨、二氧化锰、硫/炭复合材料中的一种或几种混合物中的一种或几种混合物；所述负极电极膜活性材料干粉为人造石墨、改性天然石墨、石墨化中间相炭微球、软炭、硬炭、氧化亚硅、硅炭复合材料、硅/锗复合材料、二氧化锡/炭复合材料、锡钴炭合金、
镁、锂中的一种或几种混合物；所述的导电剂干粉为纳米炭管、导电炭黑、石墨化炭纤维、导电石墨中的一种或多种。
[0012]所述上述方法活性材料为正极电极材料时制备正极电极膜，活性材料为负极活性材料时制备负极电极膜。
[0013]一种采用所述的干法电极膜制备的电极，包括正极或负极，在环境露点为
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25~
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65℃条件下，按所述方法所得正极电极膜辊压到正极集流体形成正极或按所述方法所得负极电极膜辊压到负极集流体形成负极。
[0014]上述制备获得正极电极膜和负极电极膜中的粘结剂可相同或不同。
[0015]所述的正极集流体、负极集流体上均涂覆有导电层。
[0016]所述的导电层为导电剂和粘结剂按质量比95~99.5：0.5~5混合得到；其中导电层厚度为1~10微米，导电剂为纳米炭管、导电炭黑、石墨化炭纤维、导电石墨中的一种或多种，粘结剂为（甲基）聚丙烯酸酯、聚乙二醇单甲醚（甲基）丙烯酸酯、（甲基）聚丙烯腈中的一种或多种。
[0017]所述辊压压力为10
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25MPa，热辊压温度为50
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200℃。
[0018]本专利技术具有的优点和积极效果是：本专利技术干法电极膜的制备过程中采用低熔点（50~120℃）粘结剂干粉，在挤出机中通过低温加热（60~150℃）使其达到熔融态，进而可与电池活性材料干粉、导电剂干粉充分混合均匀实现交联反应，原位形成熔融态混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种干法电极膜的原位制备方法，其特征在于：在露点为
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25~
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65℃条件下，将活性材料干粉、聚合物粘结剂干粉、导电剂干粉预混后，置于双螺杆挤出机中通过辐射加热、使混合物原位交联反应，挤出形成干法电极膜；其中，所述的粘结剂为50
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120℃低熔点的粘合剂。2.按权利要求1所述的干法电极膜的原位制备方法，其特征在于：所述的粘结剂干粉结构通式如下所示：或；A选自H、甲基或氰基；R选自、、、、、；R1、R2选自OH、OLi、、C1
‑
C10的烷氧基、C1
‑
C18的端羟基烷氧基、；R4、R5、R6可相同或不同的选自C1
‑
C8的烷基；Z选自H或甲基；n选自50~2000；m选自0~2000；p选自0~6；q选自0~100。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述辐射加热方式为微波辐射、远红外线辐射、紫外光辐射或离子束辐射中的一种，加热温度为50~150℃，原位交联反应时间为10分钟~5小时；所述的预混方式为球磨或双行星搅拌，预混时间0.5~5小时。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的双螺杆挤出机挤出的转速为50~600转/分钟；原位形成干法电极膜厚度为50~500微米，其中，电极膜为正极电极膜或负极电极膜。5.根据权利要求1
‑
4所述的制备方法，其特征在于：所述的活性材料干粉、粘结剂干粉、导电剂干粉的质量比例为(80~95):(1~10):(1~10)。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的正极电极膜活性材料干粉为LiCoO2、LiMn2O4、LiNi
0.5
Mn
1.5
O4、LiNi
1/3
Mn
1/3
Co
1/3
O2、LiNi
0.5
Co
0.2

【专利技术属性】
技术研发人员：董甜甜，韩庆朝，崔浩然，
申请(专利权)人：青岛中科赛锂达新能源技术合伙企业有限合伙，
类型：发明
国别省市：