[發(fā)明專(zhuān)利]一種免金屬集流體的鋰電池或超級(jí)電容電極的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410312980.9
• 申請(qǐng)日: 2014-07-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104241601A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 解明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 寧波艾特米克鋰電科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/139
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/139;H01G11/86
• 代理公司: 北京華沛德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 劉杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池或超級(jí)電容電極的制備方法。

背景技術(shù)

鋰電池或超級(jí)電容是目前電動(dòng)汽車(chē)的核心部件，作為技術(shù)相對(duì)成熟的綠色能源，受到越來(lái)越多的關(guān)注。目前，鋰離子電池的電極主要依靠涂布技術(shù)完成制備。電極主要材料包括聚偏二氟乙烯(polyvinylidene?fluoride，下文簡(jiǎn)稱PVDF)或者聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene，下文簡(jiǎn)稱PTFE)粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑、活性材料和金屬集流體。其主要工序包括材料的混合、涂布、干燥和滾壓。這些過(guò)程中一般會(huì)用到N-甲基吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone，下文簡(jiǎn)稱NMP)作為溶劑。一般正極使用鋁箔作為金屬集流體，負(fù)極采用銅箔作為金屬集流體。金屬集流體本身不提供任何容量。作為無(wú)效質(zhì)量，金屬集流體降低了鋰電池能量密度10-40％。但是，金屬集流體作為電極基體，提供導(dǎo)電和支撐的作用，亦是鋰電池不可或缺的部件。

除現(xiàn)有碳基或石墨基負(fù)極材料外，其他高容量正負(fù)極，包括例如包括金屬氧化物、金屬氮化物、金屬硫化物、金屬氟化物等的無(wú)機(jī)材料，以及可接納鋰原子/離子的一系列金屬、金屬合金和金屬間化合物。特別地，將具有組成式Li_aA(A為金屬例如Al，且“a”滿足0＜a<5)的鋰合金作為潛在負(fù)極材料進(jìn)行了研究。這類(lèi)負(fù)極材料具有較高理論容量，例如Li₄Si(3,829mAh/g)、Li_4.4Si(4,200mAh/g)、Li_4.4Ge(1,623mAh/g)、Li_4.4Sn(993mAh/g)、Li₃Cd(715mAh/g)、Li₃Sb(660mAh/g)、Li_4.4Pb(569mAh/g)、LiZn(410mAh/g)和Li₃Bi(385mAh/g)。然而，對(duì)于由這些材料構(gòu)成的負(fù)極，由于鋰離子充放電期間電極的膨脹和收縮，隨著充電和放電循環(huán)的進(jìn)行發(fā)生粉碎(合金顆粒的破碎)。采用傳統(tǒng)涂布工藝，所述膨脹和收縮還傾向于導(dǎo)致顆粒與顆粒的接觸或者陽(yáng)極和其集流體之間的接觸減少或失去。這些不利作用導(dǎo)致顯著縮短的充電-放電循環(huán)壽命。

隨著可穿戴設(shè)備的興起，對(duì)于非傳統(tǒng)形狀的鋰電和超級(jí)電容的需求也日漸升溫。這類(lèi)電池和電容器可以為三角形，六邊形，鋸齒形，并且要求有很好的可彎曲性。傳統(tǒng)鋰電池或超級(jí)電容的涂布工藝無(wú)法制備該類(lèi)電極和電池。

綜上所述，鋰電池或超級(jí)電容業(yè)亟需新的電極制備工藝能夠減少金屬集流體帶來(lái)的無(wú)效質(zhì)量和體積對(duì)于鋰電池性能的降低，降低特殊的電極結(jié)構(gòu)減小電極材料體積變化帶來(lái)的影響，并且能夠制備成任意形狀。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鋰電池或超級(jí)電容電極的制備方法，克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的金屬集流體帶來(lái)的無(wú)效質(zhì)量和體積對(duì)于鋰電池性能的降低的缺陷。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種免金屬集流體的鋰電池或超級(jí)電容電極的制備方法，包括以下步驟：

i.取碳納米管，碳納米纖維，碳納米線，石墨烯，還原氧化石墨或銀納米線之一的材料與正負(fù)極活性材料顆粒的混合物，所述混合物中碳納米管，碳納米纖維，碳納米線，石墨烯，還原氧化石墨或銀納米線的質(zhì)量比例范圍為1-100％，所述正負(fù)極活性材料顆粒大小為粒徑3-20微米，將所述混合物置于醇類(lèi)有機(jī)溶液中混合為均勻分散的懸濁液；

優(yōu)選的，碳納米管，碳納米纖維，碳納米線，石墨烯，還原氧化石墨或銀納米線的質(zhì)量比例為1-20％。

所述正極活性材料，為鈷酸鋰，Li₂MnO₄，LiMn_xNi_yCo_zO₂(x+y+z＝1),LiNi_xCo_yAl_zO₂(x+y+z＝1)，Li₄Ti₅O₁₂；負(fù)極活性材料為石墨，MCMB，LiMPO₄(M＝過(guò)渡金屬)，碳硅或活性炭；超級(jí)電容電極為具有贗電容的金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物。

混合方式為機(jī)械固態(tài)混合和/或探針超聲震蕩混合?；旌蠒r(shí)間從5分鐘到120分鐘，優(yōu)選為15-45分鐘。所述醇類(lèi)有機(jī)溶液優(yōu)選為N-甲基吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone，簡(jiǎn)稱NMP)。