一种干法制备锂离子电池电极膜的方法技术

本发明专利技术属于电池材料制备技术领域，主要涉及一种利用干法工艺制备锂离子电池电极膜的方法。利用改性的超高分子量的聚四氟乙烯(PTFE)为粘结剂，首先在低温低速下与活性材料及导电剂均匀混合，经升温、保温后对混合粉体进行高速剪切搅拌，获得纤维化的电极粉料。将纤维化后的混合粉体通过精确计量输送至连续辊压设备进行热压成膜，控制热压辊的机械精度、温度以及压力，获得的电极膜厚度均匀、强度高且具有韧性。本发明专利技术所述的干法制备高度纤维化电极膜的方法，通过改性调节PTFE粘结剂的粒径、分子量，优化了PTFE粘结剂力学性能，调控粘结剂纤维化的方式、速度、温度与时间，以及热压棍的精度生产出具有品质良好的电极膜片，有利于提高电池的压实密度与能量密度，在锂离子电池产业应用潜力巨大。池产业应用潜力巨大。

【技术实现步骤摘要】
一种干法制备锂离子电池电极膜的方法


[0001]本专利技术属于电池材料领域，涉及一种干法制备锂离子电池电极膜的方法。

技术介绍

[0002]当前锂电行业面临剧烈的价格竞争，动力电池行业的毛利率普遍低于15％，竞争十分激烈，大部分企业面临生存困境。随着产能的迅速扩张，必然会出现产品结构、客户结构、产能利用率、毛利率等方面的分化，尤其是产能利用率。基于创新的产能，才是迎合未来市场需求的有效产能。如何在激烈的新能源市场立足，关键还是技术创新与迭代。干法电极技术可以带来约20％的成本下降。率先掌握了干法电极工艺的电池企业，将拥有先发优势，可进一步扩大市场份额。经过二十多年的发展，中国的电池产业的技术进步集中体现在材料和结构设计上的优化，但电极制造仍沿用传统湿法工艺。
[0003]在新能源产业日益发展的过程中，传统湿法电极制备的缺陷也在逐渐限制锂离子电池产业化的脚步。湿法涂布、干燥及溶剂回收工序需要消耗电池制作总能源的约48％，大大增加了电池生产的成本。电极浆料混合过程中需要使用大量的NMP(N
‑
甲基吡咯烷酮)，并在干燥时挥发，因此必须建立回收装置，否则造成环境污染。这个过程也会导致制造成本上升。在溶剂蒸发过程中，粘结剂和导电剂会由于毛细作用扩散到电极表面附近并形成团聚，而活性材料会沉淀。这会导致电极分层，从而损害电极中导电网络的构建，并降低活性材料和集流体之间的结合强度。此外，采用湿法涂布技术制造的电极存在裂纹、分层和柔韧性差等问题，尤其是在制备厚电极时，这些问题会被放大。因此，电极厚度受到限制，进而影响电池的容量。
[0004]干法电极制备技术，是将电极活性材料、导电剂和粘结剂进行混合得到电极粉料，再通过连续辊压即得到极片的一种电极制备工艺。然而，干法电极的研究尚处于起步阶段，还有很多技术上的问题急需解决，其中，粘结剂在电极材料中的纤维化是影响干法电极性能的重要因素之一。粘结剂的纤维化受到多方面因素的影响，包括粘结剂的种类、与活性材料的混合方式以及纤维化过程的时间、温度、剪切应力的大小等等。在现有技术中，缺乏有效的方案来控制粘结剂在电极材料中的的纤维化程度。这一问题影响了干法电极的量产开发及大规模应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例所要解决的问题在于，提供一种干法制备电极膜的方法，以使粘结剂在电极材料中充分纤维化，降低电极极片的内阻，提高离子传输速率，有效提高锂离子电池的容量和循环寿命。
[0006]本专利技术的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种干法制备纤维化电极材料的方法，包括：
[0007]步骤1：将活性材料与导电剂通过混料设备进行预混合，搅拌时间为10min
‑
60min,搅拌速度为1000r/min
‑‑
10000r/min，得到混合好的粉体；其中，各组分按重量百分比计为
导电剂3％
‑
10％，活性物质90％
‑
97％，所述活性物质为正极材料或负极材料；
[0008]步骤2：将步骤1中混合好的粉体和PTFE粘结剂和助剂加入到混料设备中，低温低速搅拌混合，得到预混的电极材料，搅拌混合时间为1
‑
3min，搅拌混合温度为0
‑
10℃，搅拌混合速度为50r/min
‑
100r/min，；其中，粉体与PTFE粘结剂和助剂按重量百分比计为PTFE 2％
‑
5％，助剂0.05％
‑
0.1％，粉体94.9％
‑
97.5％。
[0009]步骤3：将步骤2中得到的预混的电极材料进行热处理，温度为80
‑
200℃，时间为60
‑
100min，得到预混保温的电极粉料。
[0010]步骤4：将步骤3中得到的预混保温电极粉料进行高速剪切，得到混合均匀的高度纤维化电极材料，剪切时间为5
‑
20min，剪切温度为80
‑
200℃，剪切速度为10000r/min
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20000r/min。
[0011]步骤5：将步骤4中得到的高度纤维化电极材料转移至连续辊压设备进行热压成膜，得到电极极片。
[0012]2.如权利要求1所述的干法制备纤维化电极的方法，其特征在于，所述PTFE粘结剂为一种改性的PTFE粘结剂粉体，其标准相对密度(SSG)为2.14
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2.18，拉伸强度为3.5
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4.5MPa，伸长率为300％
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500％，平均粒径为3
‑
10μm。、
[0013]3.如权利要求1所述的干法制备纤维化电极的方法，其特征在于，所述助剂为氧化硅、氧化钛、石墨烯、陶瓷粉末中一种或多种的混合物。
[0014]4.如权利要求1所述的干法制备纤维化电极的方法，其特征在于，所述导电剂为导电炭黑、科琴黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、超导炭黑的一种或几种的混合物。
[0015]进一步地，所述电极材料为磷酸铁锂、镍钴锰三元材料
‑
523型、811型、622型、钴酸锂、锰酸锂、石墨中的一种或几种的混合物。
[0016]5.如权利要求1所述的干法制备纤维化电极的方法，其特征在于，所述剪切搅拌设备为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、超音速气流粉碎机中的一种。
[0017]6.如权利要求1所述的干法制备纤维化电极的方法，其特征在于，所述的连续辊压成膜处理的压力为5
‑
200T，加热温度为100℃
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300℃，所得到的电极极片厚度为50μm
‑
3000μm。
[0018]有益效果：
[0019]与现有湿法涂布制备电极极片技术相比，本申请的有益效果在于：本申请将包含电极材料、导电炭、改性PTFE粘结剂的混合物通过改性PTFE粘结剂的原位纤维化作用、气流粉碎机的均匀混合以及连续式干法辊压成型的方法直接得到了干法电极极片。制备工艺过程简单，电极振实密度大，且无溶剂化过程，节省了电极干燥的成本。改性PTFE粘结剂于高度纤维化状态下存在，活性材料颗粒以及导电炭颗粒之间接触更为紧密，粉体不易脱落，电极导电性得到提升；通过采用连续辊压的成型方法，在辊压过程中压力逐级增大，同时对对压两辊设置速差，使极片在成型过程中产生内部作用力，提高了其成型效果，得到的电极膜厚度均匀、强度高、力学性能优异。
附图说明
[0020]图1为实施例1中纤维化之前的电极材料的扫描电镜图。
[0021]图2为实施例1中纤维化之后的电极材料的扫描电镜图。
[0022]图3为高精度连续辊压设备。
具体实施方式
[0023]下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种干法制备锂离子电池电极膜的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1：将活性材料与导电剂通过混料设备进行预混合，搅拌时间为10
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60min，搅拌速度为1000r/min
‑‑
10000r/min，得到混合均匀的粉体；其中，各组分按重量百分比计为导电剂3％
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10％，活性物质90％
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97％，所述活性物质为正极材料或负极材料；步骤2：将步骤1中混合好的粉体和PTFE粘结剂和助剂加入到混料设备中，低温低速搅拌混合，得到预混的电极材料，搅拌混合时间为1
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3min，搅拌混合温度为0
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10℃，搅拌混合速度为50r/min
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100r/min，；其中，粉体与PTFE粘结剂和助剂按重量百分比计为PTFE 2％
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5％，助剂0.05％
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0.1％，粉体94.9％
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97.5％。步骤3：将步骤2中得到的预混的电极材料进行热处理，温度为80
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200℃，时间为60
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100min，得到预混保温的电极粉料。步骤4：将步骤3中得到的预混保温电极粉料进行高速剪切，得到混合均匀的高度纤维化电极材料，剪切时间为5
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20min，剪切温度为80
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200℃，剪切速度为10000r...

【专利技术属性】
技术研发人员：张增先，程青松，程起林，
申请(专利权)人：上海华起睿智新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：