[發明專利]干法制備固態電池電極的方法、固態電池電極和固態電池

有效

• 申請號: 202110335525.0
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113013382B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 桂客;桂魯哲;李泓
• 申請（專利權）人: 天目湖先進儲能技術研究院有限公司
• 主分類號: H01M4/139
• 分類號: H01M4/139;H01M4/04;H01M4/13;H01M10/052;C08F128/02
• 代理公司: 北京慧誠智道知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11539
• 代理人: 戴燕

本發明涉及一種干法制備固態電池電極的方法、固態電池電極和固態電池，干法制備固態電池電極的方法，其特征在于，所述制備方法包括：將電極材料活性物質、具有不飽和鍵的小分子單體、導電劑和引發劑進行混合，得到混合液；將所述混合液涂敷在集流體上，在設定溫度下發生原位聚合反應，通過所述小分子單體的原位聚合構建三維網狀結構電極材料，得到具有三維網狀結構電極材料的電池極片。

技術領域

本發明涉及材料技術領域，尤其涉及一種干法制備固態電池電極的方法、固態電池電極和固態電池。

背景技術

新能源汽車的高速發展大大提升了對鋰離子電池的綜合性能要求。高性能動力電池的發展從根本上是由動力電池系統中的各類先進材料作為支撐的，特別是高容量、高穩定、低成本的正負極材料直接決定了動力電池的能量密度、安全性和制造成本。同時，這也對正負極極片的制備工藝也是提出了更高的要求。

傳統的鋰電池電極的制造使用濕法工藝制備，采用有粘合劑材料的溶劑，如N-甲基吡咯烷酮(NMP)，與負極或正極粉末混合后，把漿料涂在電極集電體上并干燥來獲得電極。濕法工藝存在以下幾個問題：

(1)涂布后的極片干燥時間太長，極大地浪費能源；

(2)對NMP溶劑的回收系統成本較高，不可避免地產生污染；

(3)即使是水性體系漿料也需要消耗能源和時間來干燥；

(4)極片負載受到工藝限制，厚極片在干燥過程中更容易開裂；

(5)同時油溶性粘接劑還需要使用N-甲基吡咯烷酮作為溶劑，這種溶劑成本較高，具有毒性，污染環境。

因此，業內又開發了干法工藝來制備電極。在干法工藝過程中不使用溶劑，可以一定程度上避免上述問題。通過直接將少量(5％-8％)細粉狀粘合劑與正極或負極粉末粘合，通過擠壓機形成薄的電極材料帶，再將電極材料帶層壓到金屬箔集電體上形成成品電極。

但是，常規干法技術由于沒有溶劑提供的分散性，難混合均勻，對粘結劑的控制量要求較高。如果粘結劑含量過少，制漿過程會出現分層，在涂覆過程中難以成型，同時還會導致電導性下降，電阻增加，容量衰減等等問題；如果粘結劑含量太多，容易導致非活性材料占比高，造成質量能量密度降低；尤其在干法電極中，由于沒有溶劑提供的分散性，粘結劑的量需求高，往往會導致內阻上升，容量發揮效率下降。此外，現有的干法工藝需要將粉末直接擠壓成干態電極膜，純粉末會導致薄材難以加工成型，亦或者需要粉末涂覆或者激光、靜電等沉積設備，需要的工藝要求較高，制造工藝復雜度和成本都難以降低。

發明內容

本發明實施例提供了一種干法制備固態電池電極的方法、固態電池電極和固態電池。相對于傳統的濕法工藝具有不使用溶劑，無需干燥，節省能源的優勢，同時可有效解決現有的干法電極的分散性問題。本發明所提出的干法制備固態電池電極的方法與現有的固態電池技術相兼容，利用含有不飽和鍵的小分子單體添加劑的流動性，使其在固體顆粒間充分潤濕，然后原位聚合固化構建三維網狀結構，所得固態電池電極在界面特性和應力方面均有優勢。

第一方面，本發明實施例提供了一種干法制備固態電池電極的方法,包括：

將電極材料活性物質、具有不飽和鍵的小分子單體、導電劑和引發劑進行混合，得到混合液；

將所述混合液涂敷在集流體上，在設定溫度下發生原位聚合反應，通過所述小分子單體的原位聚合構建三維網狀結構電極材料，得到具有三維網狀結構電極材料的電池極片。

優選的，所述原位聚合反應的溫度為30℃～80℃。