[發明專利]用于儲能電極制備的干式混合裝置及儲能電極制備方法

有效

• 申請號: 202011154317.2
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112473501B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 阮殿波;屠建飛;方志梅
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: B01F33/40
• 分類號: B01F33/40;B01F33/71;B01F35/50;B01F35/60;B01F35/00;H01M4/04;H01M4/131;H01M4/133;H01M4/134;H01M4/136;H01M4/1391;H01M4/1393;H01M4/1395;H01M4/
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務所(特殊普通合伙) 33243
• 代理人: 洪珊珊;王玲華

本發明涉及一種用于儲能電極制備的干式混合裝置及儲能電極制備方法。本發明提供一種用于儲能電極制備的干式混合裝置，包括包括一分散釜，所述分散釜包括釜身和位于釜身上端開口的法蘭，所述法蘭中間設有出氣孔，出氣孔內部設有氣體過濾孔；所述釜身橫切面呈圓形，所述釜身中部在同一高度平面沿釜身外周設有若干個高壓氣嘴，所述高壓氣嘴的軸線與釜身橫切面的徑向線形成角度Φ，所述高壓氣嘴的噴氣方向為逆時針。本發明利用壓縮氣體的高壓膨脹和氣相回旋牽引粘結劑纖維化原理，在超高壓氣體的作用下，通過干式混合制得厚度可調的高密度電極支撐膜，制備方法簡單、成本低，所得儲能電極溶脹率較低，且電化學性能良好。

技術領域

本發明屬于儲能器件技術領域，具體涉及一種用于儲能電極制備的干式混合裝置及儲能電極制備方法。

背景技術

隨著純電動汽車的發展，儲能技術越來越受到重視。近年，美國特斯拉公司收購美國Maxwell公司，大力發展干式制備儲能器件技術，以期獲得高能量密度儲能器件。傳統的鋰離子電池和超級電容器的電極通常采用濕法制備，但這類方法需在消耗大量能源和一定的干燥技術來去除溶劑，容易造成電極里有溶劑殘留，導致電極壽命降低，在活性材料表面溶解的粘結劑還有可能增加電池電阻率，降低能量密度和功率密度。并且，采用漿料涂覆的濕法制備，電極容易出現破裂、分層、柔韌性差等問題，而隨著電極膜厚度或密度的增加，離子電導率較差，也會導致電化學性能和可靠性降低。相比耗時且成本高的濕法制備，干式制備方法直接將粘結劑和電極活性材料混合后壓制成電極膜，有助于提高電極能量密度和循環壽命。如公開號為CN111436199A的中國專利申請提供了一種用于制造能量存儲裝置的干電極膜的方法，其制得的電池能量密度可達到250Wh/L。

干式儲能器件的核心是以干式混合儲能材料和粘結劑干粉的方式，致使粘結劑納米纖維化，達到均勻混料的效果，實現高密度電極的制備，從而可替代傳統濕法混料的方法，避免溶劑的使用，提升儲能器件的耐用特性。然而，目前關于儲能器件中電極的干式制備技術研究仍然較少。通常采用機械處理方法使電極膜中的粘結劑組分實現原纖化，如攪拌機或噴射式粉碎機，通過在粘結劑組分上施加強剪切力，以操縱粘結劑組分形成原纖維。然而，對粘結劑施加高剪切力易造成電極膜混合物的活性材料組分被破壞，從而使電極的電化學性能下降。為避免機械處理對干電極性能的影響，中國發明專利申請CN109923698A公開了一種用于形成儲能器件電極膜混合物的裝置，包括包含聚合物分散體的第一源、包含儲能器件電極膜混合物的第二源和流化床涂層裝置，但其是通過加熱空氣蒸發聚合物分散體中的液體來提供干聚合物，從而減少濕法制備電極膜工藝中的干燥步驟，即同步實現了混合和干燥過程，但這種方法所用第一組分的原料仍然為包含液相的聚合物分散體，且加熱蒸發液體的方式能耗較大。而中國專利CN106104858B提供了帶負電荷的可原纖化粘結劑組分，通過施加電場實現粘結劑組分的原纖化，使得電極膜組分上受到的剪切力在靜電場原纖化處理中明顯減少，保持電極膜活性材料的物理和電化學完整性。然而，通過施加靜電場實現原纖化對設備要求較高，混合容器需要有可提供電子給粘結劑組分的親和性材料，還需要有電場發生器，成本較高，且要求粘結劑組分中聚合物有更大的介電常數，限制了粘結劑的選擇，不具有普適性。

發明內容

本發明的目的是針對上述技術問題，提供一種用于儲能電極制備的干式混合裝置及儲能電極的制備方法，可得到一種厚度可調的高密度電極。

本發明的上述目的通過以下技術方案得以實施：

用于儲能電極制備的干式混合裝置，包括一分散釜，所述分散釜包括釜身和位于釜身上端開口的法蘭，其特征在于，在法蘭中間設有出氣管，在出氣管內部安裝有過濾板且在過濾板上開設有氣體過濾孔；釜身橫切面呈圓形，在釜身中部外側壁上徑向安裝有若干處于同一水平面的高壓氣嘴，高壓氣嘴的軸線與釜身橫切面的徑向線形成角度Φ。