[發明專利]干法制備電極片的方法、系統及應用

在審

• 申請號: 202110949805.0
• 申請日: 2021-08-18
• 公開（公告）號: CN113675362A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 張耀法;秦士林;肖強;馬忠龍
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/139;H01G11/86
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張文姣

本發明公開了干法制備電極片的方法、系統及應用。該方法包括：將電極活性物質、導電劑和干法粘結劑進行混合，以便得到混合物；通過機械擠壓對混合物進行捏合處理，以便使干法粘結劑初步纖維化，得到塊狀和/或絮狀的預纖維化產物；對預纖維化產物進行破碎處理，以便得到顆粒狀物料；對顆粒狀物料和集流體進行輥壓成型，以便在集流體表面形成極片膜，得到干電極極片。該方法不僅簡單可行，所需的設備簡單，能夠有效解決物料破碎處理過程中電極活性物質結構被破壞的問題，而且生產效率更高，易于放大，更適合于干電極技術大規模量產，有利于推進新能源產業的發展，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于鋰電池領域，具體而言，涉及干法制備電極片的方法、系統及應用。

背景技術

鋰離子電池以及超級電容器的極片加工工藝按照是否使用溶劑可以分為濕法工藝以及干法工藝。干法電極片與濕法電池極片的差異主要集中在電極片制備過程中是否使用溶劑，需要大量溶劑制備漿料通過涂布制備極片為濕法電極。相對應的，不使用任何溶劑或者僅添加少量助劑，通過粘結劑纖維化，通過輥壓機輥壓制備極片膜再熱壓復合得到的是干法電極片。濕法工藝即目前最為常見的涂布工藝，是將電極活性物質，導電劑以及粘結劑混合均勻制備成電池漿料，為了保證電池漿料的流動性，電池漿料的溶劑含量一般都在50％以上。涂布制備極片的過程同時也是大量的溶劑加熱烘干的過程，這意味著主流的濕法涂布生產極片工藝需要消耗巨大的能耗，同時生產效率較低。與之對應的干法工藝則不需要添加任何溶劑，無溶劑條件下僅僅通過干法粘結劑的纖維化即可制備出電極膜，將電極膜與集流體熱壓復合即可得到干電極極片。干法制備極片工藝不需要復雜的涂布設備，僅僅通過連續的加熱輥壓即可制備電池極片，該技術由于無需溶劑干燥過程，僅僅通過輥壓即可得到干法極片，設備簡單能耗更低，生產效率更高，是一種更為先進的電池極片加工技術。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出干法制備電極片的方法、系統及應用，以解決干法制備電極片時電極活性物質的結構容易被破壞以及進而導致的電池或超級電容器的電化學性能下降的問題。

本申請主要是基于以下問題提出的：

濕法涂布工藝經過近30年的發展是一種十分成熟的生產工藝技術，也是目前絕大多數鋰離子電池以及部分超級電容器廠家主流的生產技術。而干法工藝雖然在成本、能耗、效率等方面都大大優于濕法涂布工藝，但是目前干法工藝技術成熟度遠遠落后濕法涂布工藝，同時存在許多待解決的問題，例如有通過氣流粉碎設備將活性物質、導電劑以及干法粘結劑一起粉碎纖維化來制備電極膜，但由于氣流粉碎設備物料粉碎過程中需要強剪切力作用，干法粘結劑纖維化的同時，活性物質的結構也會被破壞，如石墨表面損傷、三元材料球形結構破碎等。而活性物質結構破壞導致的直接后果是制備的鋰離子電池或超級電容器電化學性能下降。針對活性物質表面被破壞這個問題，雖然可以通過超臨界二氧化碳技術解決，但是超臨界二氧化碳需要專業的設備，設備投資巨大，非常難以適應產業化需求。

有鑒于此，本發明的一個目的在于提出干法制備電極片的方法，以解決電極活性物質的結構在干法制備過程中容易被破壞的問題。為達到該目的，根據本發明的第一個方面，本發明提出了一種干法制備電極片的方法。根據本發明的實施例，該方法包括：

(1)將電極活性物質、導電劑和干法粘結劑進行混合，以便得到混合物；

(2)通過機械擠壓對所述混合物進行捏合處理，以便使所述干法粘結劑初步纖維化，得到塊狀和/或絮狀的預纖維化產物；

(3)對所述預纖維化產物進行破碎處理，以便得到顆粒狀物料；

(4)對所述顆粒狀物料和集流體進行輥壓成型，以便在集流體表面形成極片膜，得到干電極極片。

進一步地，步驟(1)中，所述混合進一步包括：摻入有機助劑，以便改善所述干法粘結劑的纖維化效果；和/或，所述干法粘結劑為氟樹脂。