[發明專利]一種鋰離子電池用一體化高安全復合電極及其制備方法

在審

• 申請號: 202110731385.9
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113451542A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 賈南方;王杰
• 申請（專利權）人: 北京宇程科技有限公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 張沫

1.一種鋰離子電池用高安全一體化復合電極，其特征在于，所述高安全一體化復合電極由依次排列的耐高溫聚合物納米纖維膜(3)、粘結層(2)、鋰離子電池極片(1)、粘結層(2)和耐高溫聚合物納米纖維膜(3)復合而成，粘合劑層厚度為0.05～5μm，耐高溫聚合物納米纖維膜厚度為0.4-30μm。

2.根據權利要求1所述的高安全一體化復合電極，其特征在于，所述鋰離子電池極片為正極極片、負極極片中的一種，所述的正極極片活性材料為NCM三元材料、NCA三元材料、磷酸鐵鋰極片、錳酸鋰、磷酸錳鐵鋰、鈷酸鋰中任意一種或者多種；所述的負極極片活性材料為碳材料、硅材料、氧化硅材料、錫材料中的一種或者多種。

3.根據權利要求1所述的高安全一體化復合電極，其特征在于，所述粘結層為油性粘合劑或者水性粘合劑中的一種，油性粘合劑為PVDF及其共聚物、PAN及共聚物或者上述粘合劑的組合；水性粘結劑包括水性PVDF乳液、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、丙烯酸類水溶性膠中的一種或多種，粘合劑層厚度為0.05～5μm。

4.根據權利要求1所述的高安全一體化復合電極，其特征在于，所述耐高溫聚合物納米纖維膜為芳綸、P84、聚醚酰亞胺(PEI)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)和聚酰亞胺(PI)中的任意一種或者多種組合，厚度為0.5-20μm。

5.根據權利要求1～4所述的高安全一體化復合電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

A：將聚合物加入有機溶劑中充分溶解，獲得固含量為3-30％的靜電紡絲液，其中，有機溶劑為DMF、DMAC、NMP、DMSO中的一種或多種；PI納米纖維的紡絲液為聚酰胺酸溶液，由任何一種二元胺和任何一種二元酸酐經混縮聚反應制得；或者由任何一種二元胺和幾種二元酸酐經共縮聚反應制得；或者由幾種二元胺和一種二元酸酐經共縮聚反應制得；或者由幾種二元胺和幾種二元酸酐經共縮聚反應制得；

B：將步驟A中獲得的靜電紡絲液使用靜電紡絲機進行靜電紡絲，得到耐高溫聚合物納米纖維膜，靜電紡絲條件為：紡絲距離5～20cm、紡絲電壓15～50kV；PAA納米纖維膜需經過300℃到450℃的高溫環化處理；

C：將粘合劑高分子聚合物加入到去溶劑中充分溶解，配置成固含量為0.1-10％的粘合劑溶液；

D：將步驟C得到的粘結層溶液涂覆于電極極片表面；

E：將步驟B得到納米纖維膜直接貼合在D步驟處理后的粘結層表面，輥壓、烘干，得到高安全一體化復合電極，所述烘干溫度為40-80℃，烘干時間為5-12h。

6.根據權利要求1～4所述的高安全一體化復合電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

A：將聚合物加入有機溶劑中充分溶解，獲得固含量為5-25％的靜電紡絲液，其中，有機溶劑為DMF、DMAC、NMP、DMSO中的一種或多種；PI納米纖維的紡絲液為聚酰胺酸溶液，由任何一種二元胺和任何一種二元酸酐經混縮聚反應制得；或者由任何一種二元胺和幾種二元酸酐經共縮聚反應制得；或者由幾種二元胺和一種二元酸酐經共縮聚反應制得；或者由幾種二元胺和幾種二元酸酐經共縮聚反應制得；

B：將步驟A中獲得的靜電紡絲液使用靜電紡絲機進行靜電紡絲，得到耐高溫聚合物納米纖維膜，靜電紡絲條件為：紡絲距離5～20cm、紡絲電壓15～50kV；PAA納米纖維膜需經過300℃到450℃的高溫環化處理；

C：將粘合劑高分子聚合物加入到去溶劑中充分溶解，配置成固含量為0.2-8％的粘合劑溶液；

D：將C步驟制得的粘合劑溶液均勻涂覆于極片表面，烘干，形成粘結劑層；

E：將步驟B得到納米纖維膜與表面涂覆粘結劑的極片復合后輥壓制成高安全一體化復合電極。

7.根據權利要求5、6所述的涂覆方式為噴涂、平板涂覆、微凹版涂覆、轉移涂覆中的任意一種，烘干溫度為50-80℃，烘干時間為5-12h；

8.根據權利要求5、6所述輥壓工藝條件為：壓力0.1～50MPa。

9.根據權利要求1～8中任一所述的高安全一體化復合電極及其組裝的電池。