【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法及应用。
技术介绍
1、目前行业内的电极制作方式分为两种，一种是湿法涂布，而且对于锂电正极制作，大部分的涂布采用的是有机溶剂体系，例如申请号为cn201510146335.9的专利中公开的电极浆料前驱体、电极浆料及其制备方法、电极和锂离子电池。其使用的溶剂对环境不友好，有毒有害，而且干燥过程能耗高。
2、目前已经开发的干法电极方法可以降低湿法方式的耗时且昂贵的干燥过程，不需要溶剂的参与，活性物质与粘结剂等非活性材料通过粘结剂纤维化后压延成型，例如申请号为cn200480019411.x的专利中公开了基于干加工的电化学装置以及制造用于该电化学装置中的自支持干电极膜的方法。然而包含由ptfe粘合剂所制造的电极膜片并不能表现出本专利技术专利所期望的性能。尤其是采用干式电极成型法时，对添加剂的引入非常敏感，添加剂的引入会极大的影响超级电容性能，干式电极成型时预期需要是减少或消除添加剂的使用达到减少杂质引入的目的。但是针对水系离子电池，添加剂的加入并不会造成性能上的影响和风险，而且在电极膜片的成型过程中三维多孔的微观形貌设计需要添加剂的加入来得到。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，可以有效的解决干法电极工艺中ptfe((polytetrafluoroethylene，聚四氟乙烯)干粉与材料不兼容的缺点同时，降低能耗，不引入有毒有害的溶剂；溶剂用量非常少，小于30wt
2、本专利技术的另外一个目的是提供采用上述半干法制备方法制备的高孔隙高负载电极的应用。
3、实现上述目的一种技术方案是：一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，所述高孔隙高负载电极包括集流体和热压复合在其上的自支撑体柔性电极膜片，所述自支撑体柔性电极膜片，按重量百分比计由以下组分组成：主粘结剂3-12％、次粘结剂0.5-5％、粘结剂交联助剂0.5-3％、导电剂5％-20％和活性物质60％-91％；该高孔隙高负载电极的半干法制备方法包括以下步骤：
4、s1，将活性物质、导电剂及主粘结剂通过高速混料设备进行干法预混合得到混合好的粉体，混合时间为0-2h，搅拌速度为100r/min-1000r/min，混合温度为0-10℃之间；所述活性物质为水系钠离子电池正极材料或负极材料；所述主粘结剂采用ptfe粉体；
5、s2，将步骤s1中混合好的粉体和粘结剂交联助剂分别加入到纤维化设备中进行剪切搅拌，得到高度纤维化的蓬松粉体电极材料，剪切搅拌时间为10-30min，剪切搅拌温度为25-80℃，剪切搅拌的搅拌叶片线速度20-40m/s；
6、s3，将次粘结剂和溶剂加入行星搅拌罐进行混合得到分散均匀的次粘结剂胶液，行星搅拌罐的行星搅拌公转转速10-50rpm，分散搅拌速度500-1000rpm；所述溶剂添加量小于所述自支撑体柔性电极膜片原材料重量的30％；
7、s4，将步骤s2得到的高度纤维化的蓬松粉体电极材料和步骤s3得到的次粘结剂胶液加入到捏合机进行捏合，得到捏合胶团，捏合机的捏合频率30-100rpm，温度25-120℃；
8、s5，将步骤s4中得到的捏合胶团放入造粒机中进行挤压造粒，造粒均匀后的粉体持续喂料，采用辊压机连续辊压成膜，得到半干法制备的自支撑体柔性电极膜片；
9、s6，将步骤s5中得到的自支撑体柔性电极膜片烘干后与集流体进一步采用热压复合，得到高孔隙高负载的一体化复合电极极片，裁切后得到高孔隙高负载电极成品。
10、上述的一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，其中，所述活性物质采用以下物质中的至少一种：
11、钠基层状氧化物naxmo2，其中，m为过渡金属原子ti、v、cr、mn、fe、co、ni或cu等，0＜x≤1；
12、聚阴离子类化合物amx[(xo)y]z，其中，a为碱金属元素或碱土金属元素li、na、k、mg或ca，m为过渡金属元素fe、v、ti或mn，x为非金属元素p或s，0＜x＜3；
13、普鲁士蓝及类似物axm1[m2(cn)6]1-y·□y·nh2o，其中，a为k或na；m为过渡金属原子mn、ni、co、zn、cu或fe，□是空位，0≤x≤2，0≤y＜1，0＜n＜16；
14、聚酰亚胺；
15、聚吡咯；
16、硬碳；
17、软碳。
18、上述的一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，其中，所述钠基层状氧化物采用na0.44mno2；
19、所述聚阴离子类化合物包括nati2(po4)3、na3v2(po4)3、na4fe3(po4)2(p2o7)、na4fe3-x mnx(po4)2(p2o7)其中0＜x＜3、na4mn3(po4)2(p2o7)和na3mnti(po4)3。
20、上述的一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，其中，所述ptfe粉体的粒径5μm-50μm之间，分子量在300-600万之间，所述ptfe粉体含量为2.5-10％；
21、所述粘结剂交联助剂采用硅烷、磷酸酯、钛酸酯螯合物、铝酸酯、锆铝酸盐、有机铬、高级脂肪酸及其盐和有机铵盐中的至少一种；
22、所述次粘结剂为水系粘结剂，采用羧甲基纤维素类、聚丙烯酸类、聚丙烯酸酯类、聚丙烯腈类、聚甲基丙烯酸酯类和丁苯橡胶水性溶液中的至少一种，所述次粘结剂的含量为0.5-2％；
23、所述溶剂采用去离子水或与水能混溶的低级醇类、醚类、酮类和乙酸；
24、所述导电剂采用导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、人造石墨、天然石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯和活性炭中的至少一种。
25、上述的一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，其中，与水能混溶的低级醇类包括甲醇，乙醇、正丙醇、异丙醇和乙二醇；与水能混溶的醚类包括二甲醚和四氢呋喃；与水能混溶的酮类包括丙酮。
26、上述的一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，其中，所述集流体采用不锈钢、铜箔、铝箔、涂碳铜箔、涂炭铝箔和微孔铝箔中的至少一种，所述集流体的厚度为10-50μm之间。
27、上述的一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，步骤s1中，所述高速混料设备采用vch型高速混合机；
28、步骤s2中，所述纤维化设备为具有同一方向强剪切作用的设备；
29、步骤s4中，所述捏合机为z型搅拌，带加热装置及抽真空装置，所述捏合机的加热装置的加热范围为25-150℃；
30、步骤s6中，所述造粒机为挤压式造粒机，采用模头或者网筛控制造粒粉体的均匀性；连续辊压时的压力为5-200t，所述辊压机的辊轮直径为200-500mm之间，辊压间距调节范围0-5mm，加热温度为25℃-200℃。
31、上述的一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，步骤s2中，所述纤维本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，其特征在于，所述高孔隙高负载电极包括集流体和热压复合在其上的自支撑体柔性电极膜片，所述自支撑体柔性电极膜片按重量百分比计由以下组分组成：主粘结剂3-12％、次粘结剂0.5-5％、粘结剂交联助剂0.5-3％、导电剂5％-20％和活性物质60％-91％；该高孔隙高负载电极的半干法制备方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，其特征在于，所述活性物质采用以下物质中的至少一种：
3.如权利要求2所述的一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，其特征在于，所述钠基层状氧化物采用Na0.44MnO2；
4.如权利要求1所述的一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，其特征在于，所述PTFE粉体的粒径5μm-50μm之间，分子量在300-600万之间，所述PTFE粉体含量为2.5-10％；
5.如权利要求1所述的一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，其特征在于，与水能混溶的低级醇类包括甲醇，乙醇、正丙醇、异丙醇和乙二醇；与水能混溶的醚类包括二甲醚和四氢呋喃；与水能混溶的酮类包
6.如权利要求1所述的一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，其特征在于，所述集流体采用不锈钢、铜箔、铝箔、涂碳铜箔、涂炭铝箔和微孔铝箔中的至少一种，所述集流体的厚度为10-50μm之间。
7.如权利要求1所述的一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述高速混料设备采用VCH型高速混合机；
8.如权利要求7所述的一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述纤维化设备采用螺杆挤出机、涡流转子研磨机和气流粉碎机中的至少一种。
9.如权利要求1所述的一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，其特征在于，半干法制备得到的高孔隙高负载电极的厚度在0.5-2.5mm之间，孔隙率为20-60％，断裂拉伸强度为0-2Mpa。
10.一种采用如权利要求1所述的半干法制备方法制成的高孔隙高负载电极在水系钠离子电池中的应用，其特征在于，将高孔隙高负载电极按照电池结构设计要求按顺序叠片成组后放置进预冲壳的封装材料中，随后依次进行注液、热封、静置，得到半干法制备的水系钠离子单体电池。
...【技术特征摘要】
1.一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，其特征在于，所述高孔隙高负载电极包括集流体和热压复合在其上的自支撑体柔性电极膜片，所述自支撑体柔性电极膜片按重量百分比计由以下组分组成：主粘结剂3-12％、次粘结剂0.5-5％、粘结剂交联助剂0.5-3％、导电剂5％-20％和活性物质60％-91％；该高孔隙高负载电极的半干法制备方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，其特征在于，所述活性物质采用以下物质中的至少一种：
3.如权利要求2所述的一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，其特征在于，所述钠基层状氧化物采用na0.44mno2；
4.如权利要求1所述的一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，其特征在于，所述ptfe粉体的粒径5μm-50μm之间，分子量在300-600万之间，所述ptfe粉体含量为2.5-10％；
5.如权利要求1所述的一种高孔隙高负载电极的半干法制备方法，其特征在于，与水能混溶的低级醇类包括甲醇，乙醇、正丙醇、异丙醇和乙二醇；与水能混溶的醚类包括二甲醚和四氢呋喃；与水能混溶的...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯肖瑞，田剑莉亚，
申请(专利权)人：贲安能源科技江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：
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