一种基于粉体的电极成型方法技术

本发明专利技术涉及一种基于粉体的电极成型方法，使用粉体活性物质、粉体导电剂和粉体粘结剂通过三维混粉机或无重力混粉机进行均匀混合，再通过低温粉碎机进行粉碎，然后通过双螺杆挤出机或者密炼机/开炼机纤维化挤出成型，而后通过压延机热压达到目标厚度，最后与印刷导电胶的集流体三层复合形成电极并冷轧提高压实密度。本发明专利技术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，提高工作速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
随着世界人ロ的急剧增长和社会经济的快速发展，资源和能源日渐短缺，生态环境日益恶化，人类将更加依赖洁净和可再生的新能源，21世纪对储能装置提出了更高的要求。电化学电源作为储能器件已经得到了广泛的使用，随着我国动カ电源产业的发展，对电化学电源的需求量越来越大，对其性能要求也越来越高。能量密度、功率密度和使用寿命是电化学储能器件最重要的三个指标。燃料电池、锂离子电池、锂离子电容和超级电容器作为电化学储能器件在上述三个指标上都有自己的优势和劣势，他们之间配合使用组成能量系统通过互补可以提升整体能量系统的性能。然而，对于燃料电池、锂离子电池、锂离子电容和超级电容器，影响单个器件性能的最关键的还是器件的核心——电极，因此电极的材料的均匀性和加工エ艺至关重要。对于连续化生产来讲，高效节能的生产能有效的降低成本。电极制作方法及配方是所有电化学器件生产企业的核心技术。但随着对电化学器件的不断发展ー些技术难题不断出现，成为制约其发展的技术瓶颈。这些问题包括能量密度提升、等效串联内阻降低、循环寿命増加、电极材料/电解液的相容性问题等。目前国内外大多数电化学器件生产厂家的电极制造技术采用基于溶剂的涂布或挤出式电极生产方法，这两种生产方法均使用粘结剂溶液或乳液将所有粉料制作成浆料，再进行成膜处理，在成膜处理过程中需要将粘结剂溶液或乳液中的溶剂进行干燥。这种制造方法由于引进其他溶剂很难在后道エ序完全去除而或多或少的留下溶剂残留，即使微量的溶剂残留在电化学器件工作时电场的作用下也会分解产生气体从而影响电化学器件的容量、内阻和循环性能。同时由于有干燥过程的存在因此生产效率低，能量消耗大。干法成型电极由于没有杂质而具有较好的电化学性能，但是由于干法成型エ艺没有使用分散剂，所以在整个电极生产过程中如何确保不同组分的均匀程度是关键。目前国外有少数企业采用干法电极成型技木。其技术路线是用干法V型混粉机对活性物质、导电剂和粘结剂混粉，然后利用高压气流对混合粉料中的粘结剂进行纤维化，再对纤维化好的混合粉料碾压成活性物质膜，最后直接复合在预处理过的集流体上形成电极。然而V型混粉机运动过程产生的离心カ会使得不同粒径不同密度的粉料难以充分分散，因此会造成电极的局部不均匀；此外，在高压气流纤维化过程中，粘结剂纤维化的时间非常短，因此纤维化程度不高导致后续碾压成型的膜机械强度不足。
技术实现思路
针对上述溶剂残留影响电化学器件性能、生产效率低和能量消耗大等缺点，本专利技术需要解决的技术问题是提供，在电极加工工程没有任何水或者溶剂的引入从而最大程度的保证材料的纯度、井高效节能。同时，本专利技术ー种基于粉体的电极成型方法，由于采用三维混合机或无重力混合机进行混粉，使得混粉效果更佳均匀；由于采用双螺杆挤出机或密炼机/开炼机对粉料进行处理，双螺杆和密炼机/开炼机中的高剪切力机构会大大提升混合粉料中的粘结剂的纤维化程度，从而大大提高了不同组分粉料的均匀性和其间的粘结强度，因此用此方法加工成型的电极具有很高的一致性和稳定性。本专利技术采用的技术方 案是 ，包括以下步骤 (1)将粉体活性物质、粉体导电剂和粉体粘结剂添加到三维混合机或无重力混合机中，进行第一歩混料；其中粉体活性物质、粉体导电剂和粉体粘结剂三者的质量比分别为70-98%,1-10% 和 1-20% ； (2)将步骤(I)中混合好的粉体通过定量给料机输送到低温粉碎机中进行粉碎，得到粒径均匀分布的粉体活性物质、粉体导电剂和粉体粘结剂的粉体混合物； (3)将步骤(2)中粉碎过处理的粉体混合物输送到双螺杆挤出机中挤出片材，或者将粉碎处理过的粉体混合物输送到密炼机中混炼成团状，再用开炼机碾压出片材； (4)将步骤(3)中成型的片材送入具有加热功能的两辊或者多辊压延机进行压延，得到达到目标厚度的电极膜并收卷； (5)采用金属箔或金属网作为电极的集流体，对集流体预处理，然后在预处理过的集流体上印刷含有热塑性粘结剂的水性或溶剂型导电胶，最后烘干并收卷； (6)将两卷步骤(4)中得到的电极膜与一卷步骤(5)中的印刷好的集流体在加热复合机上进行三层复合定型并收卷，复合后的半成品电极具有电极膜/集流体/电极膜的三明治结构； (7)将步骤(6)中复合好的半成品电极使用冷轧机进行冷轧处理提高压实密度，形成成品电极。所述粉体活性物质为锂离子电池使用的含锂元素的正极粉体材料、锂离子电池负极使用的改性天然石墨粉体材料、锂离子电池负极使用的改性人造石墨粉体材料、锂离子电池负极使用的碳微球粉体材料、硬碳粉体材料、燃料电池材料、超级电容器用活性炭粉体材料、超级电容器用碳纤维粉体材料、超级电容器用碳纳米管粉体材料、超级电容器用石墨烯粉体材料、超级电容器用导电聚合物材料、超级电容器用过度金属氧化物材料、锂离子电容器用含锂负极材料的ー种。所述粉体粘结剂为聚甲基丙烯酸粉体、聚甲基丙烯酸甲酯粉体、聚四氟こ烯粉体、聚こ烯吡咯烷酮或聚偏ニ氟こ烯粉体中的ー种；所述粉体粘结剂分子量为100万到2000万。所述步骤(3)中双螺杆挤出机具有高剪切カ并且具有自动控温功能，温度控制在所述步骤(I)中所用粘结剂粉体的熔点之下。所述步骤(3)中密炼机自动控温将温度控制在所述步骤(I)中所用粘结剂粉体的熔点之下。所述步骤(4)中的压延机具有两辊或者多辊，所有辊的加热温度依次递减并且全部控制在所述步骤(I)中所用粘结剂粉体的软化温度和熔点之间；相邻的两辊具有一定的速比 I :1. 01-1 :1. 20。所述步骤(5)中集流体为铜箔、铝箔、镍箔或导电高分子薄膜中的ー种。所述步骤(5)中预处理为清洗、化学腐蚀、电化学腐蚀或电晕中的ー种或几种。所述步骤(5)中的导电胶为含有热塑性粘结剂水性或者溶剂性导电胶。所述步骤(6)中复合温度控制在步骤(5)中导电胶含有的热塑性粘结剂软化温度和熔点之间。所述步骤(7)中使用的冷轧机具有强压力，线压カ大于lOOkg/cm。 本专利技术的优点是 ，生产过程中没有任何水或者溶剂的引入，从而能最大程度上保证电极材料的纯度，提高电化学器件的性能； ，在成型过程中没有干燥过程的能量浪费和干燥过程时间的制約，降低成本，減少能量损耗，提高工作效率； ，包括干法混粉，干法混炼，干法成型，干法复合，干法压实等步骤。其中一些先进粉体机械和橡胶加工机械的采用大大提高了成品电极的均匀性和エ艺路线的高效性。本专利技术采用三维混合机或者无重力混合机进行干法混粉，确保不同组分均与分布。由于原材料粉料不同组分具有不同的密度和粒径，采用普通混合方式难以完全混合均匀。三维混合机由于混合桶体具有多方向的运动，使桶体内的物料交叉混合，混合效果高，均匀度可达99. 9%以上最大装料系数可达O. 9，混合时间短、效率高、均匀性好；无重力混合机筒体内装有双轴旋转方向相反的桨叶，桨叶呈重叠状并形成一定角度，桨叶旋转将物料抛向空间流动层，产生瞬间失重，相互落入对方区域内，物料来回渗混，中央部位形成ー个流态化的失重区和旋转涡流，物料并沿轴向径向运动，从而形成全方位复合循环迅速达到均匀混合。本专利技术电极膜成型是基于混合粉料的充分混炼纤维化。纤维化的程度由高剪切力的双螺杆挤出机或密炼机/开炼机控制。双螺杆挤出机或密炼机/开炼机工作时，双螺杆或者两转子相向或相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟，王俊华，孙孝飞，
申请(专利权)人：海博瑞恩电子科技无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：