[發明專利]多孔結構電極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010729622.3
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111900379A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 葉光華;童微雯;周興貴
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 上海華工專利事務所(普通合伙) 31104
• 代理人: 繆利明;許營營

本發明提供一種多孔結構電極材料及其制備方法。多孔結構電極材料的制備方法，包括以下步驟：分別制備模版基體和含有電極活性材料的混合物；將含有電極活性材料的混合物倒入模版基體，并使含有電極活性材料的混合物均勻分布于模版基體，加工成型后再經過后處理去除液相；將經過后處理的載有電極活性材料的模版基體經過高溫焙燒去除纖維模版，從而得到多孔結構電極材料。本發明的纖維模版成本廉價易得，技術路線簡單，方便放大生產，技術路線對設備配置要求低，可控制生產成本。多孔結構電極材料的孔結構參數可控。所制備的多孔結構材料，材料純度高，纖維對材料性能基本沒有影響。

技術領域

本發明屬于多孔結構電極材料制備技術領域，具體涉及一種多孔結構電極材料及其制備方法。

背景技術

普通鋰離子電池在大充放電速率下因鋰離子擴散速率限制會出現電池性能下降的問題。這一現象的產生是由于在大充放電速率下鋰離子電池電化學反應速率為電極中的鋰離子擴散過程所控制。為了能使電極在大充放電速率下，不會嚴重削弱其充放電能力，可采用在電極中引入了與鋰離子傳輸方向一致的直形孔結構作為鋰離子傳輸的快速通道，以達到降低鋰離子在直形孔電極涂層中的擴散阻力、優化電池的電化學性能、提高電池容量密度的目的。多孔結構電極材料具有較低的傳質阻力，在鋰離子電極中引入多孔結構可以增加電池的充放電性能。

而目前多孔結構電極材料的制備方法，特別是制備與物質傳輸方向一致的多孔結構電極材料的方法，大都需要繁瑣的操作步驟，成本較高，不利于大批量生產。尋找一種經濟高效地制備多孔結構電極材料的方法，具有重要的工業意義。

發明內容

本發明針對現有技術存在的不足，提供了一種模版法制備多孔結構電極材料的方法，其制備工藝簡單，能夠實現多孔結構電極材料的量產，大幅度降低了多孔結構電極材料的生產成本。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種多孔結構電極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備模版基體

模版基體是指纖維模版與基體的結合體，纖維模版包括多根纖維，基體是為纖維模版提供附著表面的物體，纖維模版在靜電植絨機中經靜電處理后，在高壓靜電場作用下垂直于基體方向排布，固定在預先涂覆有膠黏劑的基體表面；

(2)制備含有電極活性材料的混合物，包括電極活性材料和溶劑；所述電極活性材料具有導電性；所述溶劑為醇系溶劑或酮系溶劑中的一種或多種；

(3)將含有電極活性材料的混合物倒入模版基體，并將含有電極活性材料的混合物均勻分布于模版基體并沉淀至模版基體底部，加工成型后再經過后處理去除液相；

(4)將經過后處理的載有電極活性材料的模版基體經過高溫焙燒去除纖維模版，從而得到多孔結構電極材料；

其中，步驟(1)和步驟(2)的順序不限定先后。

其中，模版基體具體的制備方法為：將纖維模版置于靜電植絨機所連接的高壓靜電網容器內，纖維首先在重力作用下落于高壓靜電網上，與高壓靜電網接觸后帶上靜電。纖維在重力與靜電場力的作用下，纖維方向保持平行于靜電場方向，即垂直于基體方向。纖維與纖維之間由于靜電斥力而保持一定間距。基體上涂有膠黏劑，纖維則保持原來的下降方向，垂直扎入膠黏劑中被固定下來。這個方法也叫做靜電植絨。

其中，所述膠黏劑常用的包括以下五類：合成橡膠類膠水，如氯丁膠、丁腈膠等；熱塑性樹脂類膠水；熱固性樹脂類膠水，如環氧樹脂等；樹脂乳膠，如聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯等；熱熔性樹脂，如聚酰胺等。