[發明專利]柔性無粘結劑自支撐復合電極的制備方法

有效

• 申請號: 201210514076.7
• 申請日: 2012-12-04
• 公開（公告）號: CN102945947A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 溫兆銀;靳俊;馬國強;鹿燕;吳梅芬;梁宵;吳相偉;張敬超
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: H01M4/139
• 分類號: H01M4/139
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

技術領域

本發明涉及一種柔性無粘結劑復合電極的制備方法，屬于電化學技術領域。

背景技術

隨著社會經濟的發展，能源危機和環境污染已經成為全球關注的兩大焦點。而隨著人口的增長，人類對能源的需求越來越大，同時化石燃料的大量消耗造成環境的日益惡化，因此，開發清潔能源變得越來越迫切。電化學儲能及轉換裝置為解決能源危機及環境污染方面起著不可替代的作用。

而在目前所有的電化學儲能電池中，鋰離子電池由于具有高的比能量受到廣泛關注，已經在小型便攜式電子設備中占據絕大部分市場。而隨著電動汽車及智能電網的的快速發展，低成本、長壽命、高安全性的鋰離子電池成為下一代鋰電池領域研究的熱點。

目前傳統的鋰離子電池電極的制備工藝是將活性物質與導電劑、粘結劑及其他添加劑在溶劑中攪拌混合均勻后涂覆在集流體上，然后待溶劑完全揮發后輥壓得到厚度均勻的電極。這類電極中含有的導電劑和粘結劑會占用一部分質量，由于粘結劑的粘結性能及電荷傳輸的因素，集流體上涂覆的電極厚度有一個限度（<200μm），集流體的存在也會在一定程度上降低電池的能量密度。由于電動汽車及小型集成電路的快速發展對儲能電池的能量密度提出了更高的要求，因此在滿足電池性能的前提，降低電池其他部件的質量是一種最直接的方法。

在鋰離子電池電極的制備方法中，通過在電極中加入柔性導電材料制備無粘結劑自支撐電極可以避免集流體的使用，可以簡化電極制備工藝，提高材料的能量密度。柔性導電材料的加入一方面可以作為導電劑形成導電網絡，另一方面，這種柔性導電網絡形成自支撐電極，同時在充放電過程中可以緩解體積效應帶來的應力，維持電極結構。例如CN102593436A公開一種鋰電池用自支撐柔性碳納米管紙復合電極材料，其通過機械混合（顆粒剪切或液相剪切）碳納米管和活性材料，或者使活性材料直接生長在納米管上。

鋰硫電池雖然具有很多優點，然而經過數十年的發展，目前仍然沒有達到商業化水平。在電池中仍然存在許多未解決的問題如硫本身具有絕緣性（室溫電導率為5×10^-30Scm^-1）及生成的Li₂S₂或Li₂S低的電導率，使得電極具有弱的可逆性及受限的倍率容量；其次由于放電過程中產生的可溶性的多硫化鋰中間產物溶于電解液中，在電池中存在較強的穿梭效應，造成電池容量衰減嚴重。因此，研發如何提高正極電導率及抑制多硫化鋰產物的溶解成為研究的重點。Elazari等人發表的論文中通過熱處理將硫滲入到活性碳纖維布中作為一種無粘結劑正極，顯示出高的容量及循環性能（Ran?Elazari，Gregory?Salitra，Arnd?Garsuch,Alexander?Panchenko，and?Doron?Aurbach.Advanced?Materials，23(47)，5641-5644）。然而活性碳纖維布電導率并不高以及材料中硫含量較低，使其很難提高質量比能量及體積比能量。

其他碳材料如一維的碳納米纖維、碳納米管和二維的石墨烯具有高的比表面積、高電導率及機械強度，同時具有柔韌性，將其作為導電劑分散到電極材料的溶液中，然后通過沉降及真空抽濾可以得到無粘結劑自支撐結構的電極，在經過輥壓處理后可以進一步提高電極的堆積密度，提高電池的體積能量密度。

發明內容

針對現有制備技術中存在的問題，本發明的目的是提出一種柔性無粘結劑自支撐復合電極的制備方法。這種復合電極制備方法簡單易行。

在此，本發明提供一種柔性無粘結劑自支撐復合電極的制備方法，包括：在含柔性導電材料的均勻分散液中按規定比例加入活性電極材料或者通過合適的反應方式能夠生成活性電極物質的電極前驅體材料；充分攪拌以使所述活性電極材料均勻分散在所述柔性導電材料間或所述柔性導電材料的表面；以及按規定比例加入含第三相材料的均勻分散液，攪拌、過濾、洗滌、干燥。

較佳地，所述電極活性材料與所述柔性導電材料的投料質量比可為1:1～20:1。

較佳地，所述第三相材料的添加量可為所述柔性導電材料質量的0.1～50%。

較佳地，所述柔性導電材料可為單壁碳納米管、多壁碳納米管、碳納米纖維、氧化石墨、導電聚合物纖維、片狀導電聚合物、石墨烯和/或片狀導電氧化物。