一种高循环干法电极膜、电池极片、制备方法及锂电池技术

本发明专利技术涉及一种高循环干法电极膜、电池极片、制备方法及锂电池，涉及锂电池技术领域，所述电极膜由以下重量百分比的原料制备而成：活性材料81~92.5%，硅氧烷0.5~3%，导电剂3~6%，第一支撑粘结剂3~5%，及第二支撑粘结剂1~5%。本发明专利技术与目前干法电极膜体系不同，通过引入硅氧烷添加剂，在活性材料的表面形成保护层，可以有效保护电极膜的活性材料原始形貌特征，同时双粘结剂与硅氧烷之间的交联反应可以防止纤维化后的双粘结剂再次收缩缠绕，提高电极膜拉伸强度和柔韧性，使电极膜的机械性能结构更加的稳定，最终提高电池使用寿命。最终提高电池使用寿命。最终提高电池使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种高循环干法电极膜、电池极片、制备方法及锂电池


[0001]本专利技术涉及锂电池
，具体涉及一种高循环干法电极膜、电池极片、制备方法及锂电池。

技术介绍

[0002]随着全球能源短缺和环境保护意识提高，新能源行业成为当前社会重要发展方向。锂离子电池凭借其高工作电压、无记忆效应、自放电小和循环寿命长等优点，成为新能源行业中的领军者，广泛应用于移动电子、动力、储能等领域。随着国家“双碳”目标的提出和应用领域的需求日益提高更高，对于锂离子电池在高能量密度、高安全等方面的要求也逐渐升高。
[0003]目前国内电池极片生产普遍采用湿法工艺，需要经过制胶、匀浆、涂布、碾压等一系列工序，导致工艺过程复杂。湿法工艺中由于涂布工序要求需要添加有机溶剂，这种溶剂在后续需要进行烘烤去除，耗能大，并且溶剂也很难完全除尽，易影响锂电池使用寿命和一致性；同时湿法工艺还会产生的废液、废气，对环境有一定危害。与湿法工艺相比，干法工艺过程简便，无VOC排放，有效避免了废液、废气的产生，降低了电池的生产成本，例如CN 102629681 B公开了一种基于粉体的电极成型方法，从制造方法上抛弃了采用溶剂辅助加工的方式，从而最大程度的保证了电极材料的纯度，并且在生产过程中没有干燥过程的能量浪费和干燥过程时间的制约，降低成本，减少能量损耗。因此干法工艺是目前国内外电池极片制备的研发重点。
[0004]然而，目前干法极片制备工艺一般采用高速搅拌、球磨等工艺将各种干粉原材料混合到一起，依靠气流的剪切力作用将粘结剂进行拉丝，然后碾压成型。其中各环节的均匀性是干法制备工艺的关键参数，一直是各生产企业持续攻克难题。高速搅拌和球磨的方式，物料混合的均匀性相比较慢速搅拌等均匀性有很大提升，但是由于其机械力比较大，容易将材料的形貌和特有结构进行一定程度的破坏。另外，干法电池极片原材料体系中一般使用聚合物PTFE作为粘结剂，然后依靠气流的剪切力作用将粘结剂进行纤维化处理，利用纤维化的聚合物作为支架固定活性材料与导电剂，随后与集流体复合制作电池极片。其中聚合物粘结剂在电池中容易老化失去活性，造成结构不稳，导致电池容量快速衰减、内阻迅速升高等一系列问题。鉴于上述问题，本专利技术提供一种高循环干法电极膜、电池极片、制备方法及锂电池。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种高循环干法电极膜、电池极片、制备方法及锂电池。目的是提高干法电池极片在循环过程中的稳定性。
[0006]本专利技术为了解决上述技术问题，第一个目的是提供一种高循环干法电池极片，所述电极膜由以下重量百分比的原料制备而成：活性材料 81~92.5%，硅氧烷 0.5~3%，导电剂 3~6%，第一支撑粘结剂3~5%，及第二支撑粘结剂1~5%。
[0007]本专利技术采用活性材料、硅氧烷、导电剂、第一支撑粘结剂和第二支撑粘结剂制备高循环干法电池极片，主要原理是第一支撑粘结剂通过纤维化作为活性材料和导电剂的第一支撑结构，第一支撑粘结剂作为第二支撑结构，可以增强第一支撑结构，与此同时，硅氧烷和第二支撑粘结剂可以同时作用于第一支撑粘结剂的活性位点将其包裹覆盖，减少第一支撑粘结剂在电池体系中的老化现象。
[0008]其中硅氧烷可以为二硅烷聚乙二醇（Silane
‑
PEG
‑
Silane）或由以下式1至式17表示的化合物中的任意一种或至少两种的混合；示的化合物中的任意一种或至少两种的混合；示的化合物中的任意一种或至少两种的混合；示的化合物中的任意一种或至少两种的混合；示的化合物中的任意一种或至少两种的混合；示的化合物中的任意一种或至少两种的混合；
[0009]在式1
‑
17中，2≤n≤10，2≤x≤5，2≤y≤5，2≤m≤5，R是具有2个至8个碳原子的烷基。
[0010]本专利技术的有益效果是：本专利技术与目前干法电极膜体系不同，通过引入硅氧烷添加
剂，在活性材料的表面形成保护层，可以有效保护电极膜的材料原始形貌特征，同时双粘结剂（第一支撑粘结剂和第二支撑粘结剂）与硅氧烷之间的交联反应可以防止纤维化后的双粘结剂再次收缩缠绕，提高电极膜拉伸强度和柔韧性，使电极膜的机械性能结构更加的稳定性，最终提高电池使用寿命。
[0011]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0012]进一步，所述电极膜由以下重量百分含量的原料制备而成：活性材料 84~90%，硅氧烷 1.5~2.5%，导电剂 3.5~5%，第一支撑粘结剂3.5~4.5%，及第二支撑粘结剂1.5~4%。
[0013]采用上述进一步方案的有益效果是：在保证电极膜具有优异的成膜性和机械性能的前提下，活性材料压实密度最高，以此保证电极膜具有最佳性能。
[0014]进一步，所述第一支撑粘结剂包括聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚丙烯酸（PAA）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）中的一种或至少两种的混合（任意比例）；所述第二支撑粘结剂包括聚乙烯醇（PVA）、羧甲基纤维素（CMC）中的一种或两种的混合（任意比例）。
[0015]进一步，所述活性材料为正极活性材料或负极活性材料；所述正极活性材料包括钴酸锂（LiCoO2）、层状锰酸锂（LiMnO2）、镍酸锂（LiNiO2）、磷酸铁锂（LiFePO4）、尖晶石锰酸锂（LiMn2O4）、改性尖晶石锰酸锂（LMA）、NCA（LiNiCoAlO2）、NCM111（LiNi
1/3
Co
1/3
Mn
1/3
O2）、NCM523（LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2）、NCM622（LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2）、NCM811（LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2）中的一种或至少两种的混合（任意比例）；所述负极活性材料包括硬碳、软碳、人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、钛酸锂（Li4Ti5O
12
）中的一种或至少两种的混合（任意比例）。
[0016]进一步，所述导电剂包括乙炔炭黑、Super P（SP）、科琴黑（即小颗粒炭黑）、碳纳米管(CNT)、MXenes、石墨烯中的一种或至少两种的混合（任意比例）。
[0017]本专利技术的第二个目的是提供一种高循环干法电极膜的制备方法，包括如下步骤：步骤1：将按照重量百分含量取的活性材料和硅氧烷进行捏合搅拌，所述捏合搅拌的速度为50~100 r/min，时间为60~120 min，得到干粉混合物Ⅰ；将按照重量百分含量取的导电剂、第一支撑粘结剂和第二支撑粘结剂进行高速搅拌，所述高速搅拌的转速为1000~1500 r/min，时间为10~30 min，得到干粉混合物Ⅱ；将所述干粉混合物Ⅰ与干粉混合物Ⅱ进行混合搅拌，所述混合搅拌的转速为100~200 r/min，时间为30~60min，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高循环干法电极膜，其特征在于，所述电极膜由以下重量百分比的原料制备而成：活性材料81~92.5%，硅氧烷 0.5~3%，导电剂 3~6%，第一支撑粘结剂3~5%，及第二支撑粘结剂1~5%。2.根据权利要求1所述一种高循环干法电极膜，其特征在于，所述电极膜由以下重量百分含量的原料制备而成：活性材料 84~90%，硅氧烷 1.5~2.5%，导电剂3.5~5%，第一支撑粘结剂 3.5~4.5%，及第二支撑粘结剂1.5~4 %。3.根据权利要求1或2所述一种高循环干法电极膜，其特征在于，所述第一支撑粘结剂包括聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或至少两种的混合；所述第二支撑粘结剂包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素中的一种或两种的混合。4.根据权利要求1或2所述一种高循环干法电极膜，其特征在于，所述活性材料为正极活性材料或负极活性材料；所述正极活性材料包括钴酸锂、层状锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、尖晶石锰酸锂、改性尖晶石锰酸锂、NCA、NCM111、NCM523、NCM622、NCM811中的一种或至少两种的混合；所述负极活性材料包括硬碳、软碳、人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、钛酸锂中的一种或至少两种的混合。5.根据权利要求1或2所述一种高循环干法电极膜，其特征在于，所述导电剂包括乙炔炭黑、Super P、科琴黑、碳纳米管、MXenes、石墨烯中的一种或至少两种的混合。6.基于权利要求1至5任一项所述一种高循环干法电极膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将按照重量百分含量取的活性材料和硅氧烷进行捏合搅拌，所述捏合搅拌的速度为50~100 r/min，时间为60~120 min，得到干粉混合物Ⅰ；将按照重量百分含量取的导电剂、第一支撑粘...

【专利技术属性】
技术研发人员：费鹏扬，崔维国，李爱红，姜志国，孔萌昕，吴美超，
申请(专利权)人：天津普兰能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：