一种锂电池干法电极、隔膜及电池-结构一体化材料的制备方法技术

一种锂电池干法电极、隔膜及电池

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池干法电极、隔膜及电池
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结构一体化材料的制备方法


[0001]本专利技术属于锂电池制备
，具体涉及一种锂电池干法电极、隔膜及电池
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结构一体化材料的制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池电极的制备是通过将电极活性材料、导电剂和粘接剂混合均匀然后涂布在金属集流体上来实现的。电极活性材料决定了电池的能量密度。导电剂可以改善电子在电极中的传输效率，从而提高电池的比容量和倍率充放电能力。粘接剂的主要用途则是将电极活性材料，导电剂粘附于金属集流体上，保证形成稳定的极片结构。粘接剂作为锂离子电池正负电极材料的非活性成分之一，虽然在电极材料总质量中占比只有1.5％～3％，但是在影响电池整体的电化学性能上具有非常重要的作用。因此，也可以说粘接剂是锂离子电池中具有决定性的电池元件，对电池的实际容量、倍率能力和循环寿命有很大的影响。
[0003]目前粘接剂主要为两大类型：一种是以聚偏氟乙烯为代表的有机溶剂可溶性粘接剂，另一种则是以羧甲基纤维素/丁苯橡胶为代表的水溶性粘接剂。二者的共同特点是均需要液体溶剂的参与，且粘接剂均为非活性成分，可能对电子传输效率有不良影响。因此开发一种可实现完全干法粘接的可导电粘接剂，从而实现锂电池干法电极的成功制备，具有显著的现实意义。
[0004]隔膜是液态锂离子电池的关键组件。目前的液态锂离子电池主要使用的是非水液体电解质，在正负极之间使用多孔隔膜以隔绝正负极，防止短路，同时锂离子在电解液中可以通过隔膜内部的孔道进行传导。作为锂离子电池的隔膜，不仅要隔绝正负极，还要满足其他参数的要求(吸液率、孔隙率、电化学稳定性、热稳定性、机械性能等)。目前隔膜主要分为商业聚烯烃隔膜、聚烯烃改性隔膜以及无纺布隔膜等。然而，目前存在许多技术瓶颈。如聚烯烃的本质特征造成了其热稳定性不佳、高温下易发生热收缩造成电池短路风险，以及吸液保液性能不佳等问题。
[0005]随着航空科技的不断进步，空中交通的增长总体上呈现明显的上升趋势。空中交通的增长会导致燃料燃烧的增加和航空交通对环境污染的加重。航空工业(制造商和经营商)如今正在引进新的技术和运营方案来减少飞机消耗的化石燃料。然而到所有飞机被新一代交通工具替代的阶段还需要很多年。电动飞机是一种使用电机作为动力装置的飞机，电力供应源包括蓄电池、燃料电池、太阳能电池、超级电容器等电池。目前较为成功的载人电动飞机主要使用蓄电池(主要是锂电池电动飞机)、太阳能电池(称为太阳能飞机)或燃料电池作为电力供应源。电动推进系统有很多重要特征，比如它的能源转化链的效率非常高，甚至其中一些电动推进系统可以做到零排放。
[0006]然而，电动推进系统在航空领域中应用的难度明显高于在地面交通中应用的难度。因为地面交通可以很好地解决未完善的电能储藏和推进技术产生的额外重量问题，而飞机却会对重量非常敏感。因此，开发一种电池
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结构一体化复合材料，通过将锂电池设计
为可自粘接一体化的复合材料，实现锂电池与机翼等复合材料完美结合，从而减轻飞机本身负重，实现电动飞机轻量化。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了解决锂电池粘结剂粘接效率低并对电子传输效率存在不良影响、聚烯烃隔膜热稳定性差、吸液保液性能不佳以及锂电池轻量化等问题，提供一种锂电池干法电极、隔膜及电池
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结构一体化材料的制备方法。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0009]一种锂电池干法电极的制备方法，所述方法步骤为：
[0010]步骤一、将导电纳米颗粒、环氧树脂、稀释剂、固化剂1和亲油性乳化剂均匀混合分散，得分散液1；
[0011]步骤二、将电解质溶液恒速滴入分散液1，恒温高速搅拌，获得油包水乳液；
[0012]步骤三、恒温下，将去离子水、亲水性乳化剂和固化剂2均匀混合分散，得分散液2；
[0013]步骤四、将油包水乳液加入分散液2中，持续搅拌高速乳化，获得水包油包水乳液体系；
[0014]步骤五、对水包油包水乳液体系进行升温，持续搅拌，进行固化；
[0015]步骤六、将固化后的水包油包水乳液体系离心、洗涤、干燥，得到纳米导电粘接剂；
[0016]步骤七、将纳米导电粘接剂、活性材料、导电剂均匀混合并充分研磨，将混合粉末平铺至铝箔上，高温下使用热压机压制成型，即得到锂电池电极。
[0017]一种锂电池隔膜的制备方法，所述方法步骤为：
[0018]步骤一、将环氧树脂、稀释剂、固化剂1和亲油性乳化剂均匀混合分散，得分散液1；
[0019]步骤二、将电解质溶液恒速滴入分散液1，恒温高速搅拌，获得油包水乳液；
[0020]步骤三、恒温下，将去离子水、亲水性乳化剂和固化剂2均匀混合分散，得分散液2；
[0021]步骤四、将油包水乳液加入分散液2中，持续搅拌高速乳化，获得水包油包水乳液体系；
[0022]步骤五、对水包油包水乳液体系进行升温，持续搅拌，进行固化；
[0023]步骤六、将固化后的水包油包水乳液体系离心、洗涤、干燥，得到固体纳米粘接剂；
[0024]步骤七、将固体纳米粘接剂进行研磨，随后均匀铺覆于不锈钢凹槽模具中，使用热压机在一定压力下经高温处理后，得到锂电池隔膜。
[0025]一种包括上述制备的锂电池隔膜的电池
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结构一体化复合材料的制备方法，所述方法还包括：
[0026]步骤八：将纳米粘接剂、正极活性材料、导电剂均匀混合并充分研磨，将混合粉末平铺至铝箔上，高温下使用热压机压制成型，即得到锂电池正极；
[0027]步骤九：将纳米粘接剂、负极活性材料、导电剂均匀混合并充分研磨，将混合粉末平铺至铜箔上，高温下使用热压机压制成型，即得到锂电池负极；
[0028]步骤十、从下至上按照负极极片、隔膜、滴加电解液、正极极片的顺序叠放，使用热压机在高温下一体化热压成型。
[0029]本专利技术相对于现有技术的有益效果为：
[0030](1)本专利技术实现了干法锂电池电极的合成，首先制备的纳米导电粘接剂因表面反
应活性的保留以及潜伏性固化剂的存在，在特定温度下可通过后固化反应实现自粘接，而后利用该粘接剂实现了锂电池电极的干法粘接。不同于大多数电极粘接剂，本专利技术中的纳米导电粘接剂不仅无需任何溶剂参与、粘接强度高，且在粘接后可以保留大量孔洞，以供进行电子传输。
[0031](2)本专利技术通过导电纳米颗粒的添加，赋予了粘接剂较为优异的导电性，这很大程度上避免了由传统非活性绝缘粘接剂为电子传输造成的阻碍作用。
[0032](3)本专利技术同时采用两种不同的固化剂，利用不同种类固化剂化学性质及固化工艺的差异性，使固化剂2作用于环氧粒子固化成型，从而实现固化剂1的成功潜伏。
[0033](4)本专利技术选用电解质溶液作为油包水乳液的内水相，一是可以增加乳液内部渗透压，防止乳液之间发生融合，使粒径增大；二是部分电解质对环氧树脂环氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池干法电极的制备方法，其特征在于：所述方法步骤为：步骤一、将导电纳米颗粒、环氧树脂、稀释剂、固化剂1和亲油性乳化剂均匀混合分散，得分散液1；步骤二、将电解质溶液恒速滴入分散液1，恒温高速搅拌，获得油包水乳液；步骤三、恒温下，将去离子水、亲水性乳化剂和固化剂2均匀混合分散，得分散液2；步骤四、将油包水乳液加入分散液2中，持续搅拌高速乳化，获得水包油包水乳液体系；步骤五、对水包油包水乳液体系进行升温，持续搅拌，进行固化；步骤六、将固化后的水包油包水乳液体系离心、洗涤、干燥，得到纳米导电粘接剂；步骤七、将纳米导电粘接剂、活性材料、导电剂均匀混合并充分研磨，将混合粉末平铺至铝箔上，高温下使用热压机压制成型，即得到锂电池电极。2.根据权利要求1所述的一种锂电池干法电极的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述导电纳米颗粒为银纳米粒子、金纳米粒子、铜纳米粒子、石墨烯、碳纳米管、导电石墨、导电炭黑、碳纤维中的至少一种；所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂，缩水甘油酯类环氧树脂和脂环族环氧树脂中的至少一种；所述双酚A型环氧树脂为E55，E51和E44中的至少一种；所述缩水甘油酯类环氧树脂为711#，TDE
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85#和731#中的至少一种；所述脂环族环氧树脂为W
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95#，6221#和6206#中的至少一种；所述稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚，苯基缩水甘油醚，聚丙二醇二缩水甘油醚，丁基缩水甘油醚中的至少一种；所述固化剂1为顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、间苯二胺，3，3
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二乙基
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4，4
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二氨基二苯甲烷和4，4
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二氨基二苯甲烷中的至少一种；所述亲油性乳化剂为司盘20、司盘40、司盘60和司盘80中的至少一种；所述环氧树脂与导电纳米颗粒的质量比为100：1
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5；所述环氧树脂与稀释剂的质量比为3
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6：1；所述环氧树脂与固化剂1的质量比为10：2
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3；所述环氧树脂与亲油性乳化剂的质量比为5：2
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5；步骤二中，所述环氧树脂与电解质溶液的质量比为5：2
‑
5。3.根据权利要求1所述的一种锂电池干法电极的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述电解质溶液为0.1mol/L的氯化钠溶液，0.1mol/L的氯化钾溶液，pH＝10的NH3·
H2O
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NH4Cl缓冲液和0.1mol/L的氢氧化钠溶液中的至少一种；恒定反应温度为40
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60℃，时间为10
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15min，搅拌速度2500
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3000rpm。4.根据权利要求1所述的一种锂电池干法电极的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述亲水性乳化剂为非离子型乳化剂和阴离子型乳化剂中的一种或者混合物；所述非离子型乳化剂为聚氧乙烯醚、OP
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10和聚乙烯醇中的至少一种；所述阴离子型乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、磷酸盐中的至少一种；所述固化剂2为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或混合物；所述去离子水与亲水性乳化剂的质量比为15
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20：1；所述非离子型乳化剂与阴离子型乳化剂的质量比为20：0
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3；所述去离子水与固化剂2的质量比为30
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40：1；步骤四中，所述去离子水与油包水乳液的质量比为15
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20：1。5.根据权利要求1所述的一种锂电池干法电极的制备方法，其特征在于：步骤三中所述恒温为40
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50℃；步骤四、五中，搅拌速度1000
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1500rpm；步骤五中，升温至60
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80℃，升温过程加保温反应共25
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30分钟；步骤七中，所述高温为固化剂1的固化温度，热压机压力为2
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4MPa；步骤七中，所述活性材料为石墨、钛酸锂、硅碳合金中的至少一种；所述导电剂为乙炔黑、导电炭黑、Super P中的至少一种；所述纳米导电粘接剂与活性材料的质量比为1
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3:17，所述纳米导电粘接剂与导电剂的质量比为1
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2:1。
6.一种锂电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述方法步骤为：步骤一、将环氧树脂、稀释剂、固化剂1和亲油性乳化剂均匀混合分散，得分散液1；步骤二、将电解质溶液恒速滴入分散液1，恒温高速搅拌，获得油包水乳液；步骤三、恒温下，将去离子水...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎俊，朱平委，刘丽，黄玉东，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：