[發明專利]靜電涂布制備鋰離子薄膜電極方法、電極和包括其的電池

有效

• 申請號: 201410195042.5
• 申請日: 2014-05-09
• 公開（公告）號: CN105226239B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 常林榮;董新義;郝立星;馬赫然;郎佳星
• 申請（專利權）人: 納米新能源（唐山）有限責任公司
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391;H01M4/1397;H01M4/131;H01M4/136;H01M10/0525
• 代理公司: 北京市浩天知識產權代理事務所(普通合伙)11276
• 代理人: 劉云貴

技術領域

本發明涉及一種鋰離子薄膜電極及其制備方法，特別地，本發明涉及一種通過絲網印刷制備的鋰離子薄膜電極及其制備方法，以及含有該薄膜電極的電池。

背景技術

隨著薄膜電極的各種應用的廣泛普及，如在平板顯示器，防靜電防電磁屏蔽層，面發熱體，熱發射膜，電池，薄膜電阻器，傳感器，終端設備，汽車玻璃以及打印機上的應用，特別是在光記錄，磁記錄，電子紙和薄膜電容上的應用，現有方法制備得到薄膜電極的厚度已經不能滿足實際應用的需要。

薄膜電極的制備方法，一般主要有射頻磁濺射法，激光高溫燒灼法，靜電噴霧沉積，旋轉涂層法，涂布焙燒法。實際制備過程中，上述方法制備得到薄膜電極的厚度很難達到亞微米級，仍舊不能滿足需要。

目前，普通鋰電池電極涂布工藝只能制備活性物質厚度在15μm以上的，15μm以下甚至納米級別的薄膜電極無法制備，無法滿足制備薄膜電池的需要。目前以磁控濺射為基礎的固態薄膜制備技術的高成本也限制了其在薄膜電池領域的大規模使用。

靜電噴霧和靜電紡絲技術目前在很多領域已經被廣泛應用，用靜電噴霧制備的涂層厚度均勻且與基體的結合力良好，然而將靜電噴霧和靜電紡絲技術有機結合的靜電涂布技術卻尚未在鋰離子薄膜電極方面得到應用，主要是需要克服很多的技術困難，制備亞微米至微米級別薄膜電極，其對漿料固含量、材料的粒度、制備的具體工藝方法和正負極材料選擇方面都有嚴格要求，固含量以及漿料配比會影響漿料的流動性，影響薄膜厚度和活性物質的均勻性。從業者進行了多年的實驗均沒有獲得成功。

發明內容

本發明解決技術問題是：通過近點涂布制備得到亞微米的鋰離子薄膜電極。

具體來說，本發明是通過如下技術方案實現的：

一種鋰離子薄膜電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)配制正極漿料和負極漿料，其中配制正極漿料的固含量為20％～35％，配制負極漿料固含量為20％～40％；

(2)將步驟(1)制備的正極漿料和負極漿料進行靜電涂布，得到薄膜電極；以及

(3)將步驟(2)得到薄膜電極進行干燥最終得到薄膜電極。

所述靜電涂布是采用靜電紡絲設備對正極漿料和負極漿料進行噴涂處理，將其涂布到載體上而形成薄膜電極的方法。

具體來說，由于本發明漿料中含有高分子聚合物的量比較少，通過靜電紡絲設備后不會產生絲而是以顆粒狀存在的，漿料中的少量聚合物雖然不足以形成絲狀薄膜，但是高分子聚合物的存在仍是成膜的必要條件，它是活性物質的良好的載體，在噴涂過程中，活性物質被其帶出噴頭，沉積在基體上，從而形成活性物質均勻的薄膜電極。高分子聚合物少于一定量時則不能成膜，另外，高分子聚合物同時也是活性物質的粘合劑和分散劑，它使活性物質在基體上分散更為均勻，且與基底有良好的結合力。采用靜電涂布工藝，可以得到活性物質均勻且薄膜厚度低于15微米的薄膜電極。

其中，步驟(1)所述正極漿料包含正極活性物質，導電材料，正極輔助材料，以及有機溶劑；所述負極漿料包含負極活性物質，導電材料，負極輔助材料，以及有機溶劑。

其中，步驟(1)所述正極活性物質為鈷酸鋰，磷酸鐵鋰，錳酸鋰或三元正極材料中任意一種。

其中，步驟(1)所述正極活性物質的D₅₀小于5微米。

其中，步驟(1)所述負極活性物質為石墨或鈦酸鋰中任意一種。

其中，步驟(1)所述正極漿料的導電材料和負極漿料的導電材料選自導電炭黑，導電石墨或乙炔黑中的一種。

其中，步驟(1)所述正極輔助材料和負極輔助材料為聚偏氟乙烯。

其中，步驟(1)所述正極漿料和負極漿料的有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮,二甲基乙酰胺，四氟乙烯，二甲基甲酰胺，丁酮,四氫呋喃或/和碳酸二甲酯中的任一種或幾種。

其中，步驟(1)所述正極漿料包含正極活性物質16％～28％，導電材料3％～5％、正極輔助材料2％～4％、有機溶劑65％～75％；負極漿料包含負極活性物質18％～30％、導電材料1％～3％、負極輔助材料2％～4％、有機溶劑65％～75％。

其中，步驟(2)所述靜電涂布采用的是靜電紡絲設備進行。

其中，步驟(2)所述靜電涂布的噴頭直徑100微米～1500微米，噴頭與基體的距離1cm～15cm。

其中，步驟(2)所述靜電涂布的噴頭走速1cm/min～10cm/min，靜電電壓10kV～20kV，噴涂時間15秒～15分鐘。