[發明專利]一種復合電極膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010193645.7
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111725518B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發明（設計）人: 趙曉軍;張永虎;劉昌;張曉東
• 申請（專利權）人: 合肥集新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M4/13;H01M4/139;H01M4/14;H01M4/16;H01M4/74;H01M10/052;H01G11/24;H01G11/26;H01G11/30;H01G11/68;H01G11/70;H01G11/86
• 代理公司: 北京知舟專利事務所(普通合伙) 11550
• 代理人: 趙宇

本發明涉及儲能材料技術領域，提供了一種復合電極膜及其制備方法和應用。本發明的復合電極膜包含有共混的高分子聚合物、電極活性物質和導電劑；其微觀具有高分子聚合物纖維的交叉網絡結構，所述活性物質和導電物質包裹在高分子聚合物纖維的交叉網絡中。本發明通過將包含所述高分子聚合物、電極活性物質和導電劑在內的組分混煉后塑煉，所述塑煉包括將混煉得到的單層電極膜按角度折疊多層后輥壓，任選反復所述折疊輥壓后得到所述復合電極膜。本發明的復合電極膜可以進行連續生產，其導電性能優異、機械性能良好，可廣泛用作鉛酸蓄電池、鋰電池、超級電容器及類似的儲能裝置的電極材料。

技術領域

本發明屬于儲能材料技術領域。具體地，本發明涉及一種復合電極膜及其制備方法和應用。

背景技術

儲能裝置電極膜的制備，目前使用的方法是把活性物質，導電劑和粘接劑混合在一起，混合好的原料在兩個平行差速相對旋轉的可調溫度的輥子輥壓下制成膜。在差速輥子的剪應力作用下，高分子聚合物被拉長成纖維狀。

但是目前現有技術制備電極膜的技術中只是按一個方向開煉輥壓后成膜，例如中國專利文獻CN104521033A、CN107565086A等。開煉時的剪切使得膜中的高分子聚合物拉伸成順著輥壓方向的纖維，因為只按一個方向輥壓，這樣形成的電極膜其所含纖維的取向一致很高，電極膜性能的各向異性情況很嚴重，使得電極膜的機械性能很不均勻，造成應用局限。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的之一是提供一種復合電極膜。

本發明所述的一種復合電極膜，包含有共混的高分子聚合物、電極活性物質和導電劑；其中高分子聚合物以纖維狀呈現出交叉網絡的微觀結構，所述活性物質和導電物質被包裹在高分子聚合物纖維的交叉網絡中。

本發明所述的復合電極膜中包含的高分子聚合物、電極活性物質和導電劑均可以采用本領域現有技術中制備電極膜的高分子聚合物、電極活性物質和導電劑等組分。例如中國專利CN107565086A中所公開的制備電極膜的高分子聚合物、電極活性物質和導電劑等組分都可以在本發明的復合電極膜制備作為電極膜組分(原料)而采用。

所述高分子聚合物在機械剪切力的作用下可以被拉伸形成纖維狀。其選自現有技術中通常用作電極膜原料的高分子聚合物，優選選自含氟聚合物、聚乙烯醇(PVA)、羥基纖維素中的至少一種。更優選為含氟聚合物，或者更優選為含氟聚合物與聚乙烯醇和羥基纖維素中至少一種的混合物，即含氟聚合物和聚乙烯醇、含氟聚合物和羥基纖維素、含氟聚合物和聚乙烯醇和羥基纖維素等的組合。

以上所述含氟聚合物優選選自聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚全氟乙丙烯(FEP)、氟橡膠、全氟丙基全氟乙烯基醚和聚四氟乙烯的共聚物(PFA)中的至少一種；更優選為聚四氟乙烯，或更優選為聚四氟乙烯與聚偏氟乙烯、聚全氟乙丙烯、氟橡膠、全氟丙基全氟乙烯基醚和聚四氟乙烯的共聚物中的至少一種的混合物。

以上所述的羥基纖維素，優選羥甲基纖維素(CMC、羧甲基纖維素)、羥乙基纖維素(HEC)、羥丙基纖維素(HPC)中的至少一種。

本發明高分子聚合物在剪切力下拉伸纖維化后，再通過折疊輥壓等，可以進一步纖維化并形成交叉網絡結構，將電極活性物質及導電劑等電極膜的各種組分包裹在一起形成電極膜，同時高分子聚合物也起到粘結劑的作用。

本發明所述的復合電極膜中的電極活性物質通常采用現有技術中電極膜常用的電極活性物質。可選自現有技術中用于各種電池和電容器的電極的活性物質，包括但不限于鉛酸電池、鉛酸超級電池、鉛鎢質子電容器、石墨烯電池、鋰離子電池、超級電容器及鎳氫電池等所使用的任意正負電極材料中活性物質的至少一種。

具體地，所述電極活性物質包括但不限于含鉛化合物(如氧化鉛粉)、含鋰化合物、碳材料、過渡金屬氧化物、過渡金屬氫氧化物、三元或多元氧化物、金屬儲氫合金中的至少一種。