[發(fā)明專利]一種干法電極膜的原位制備方法及其干法電極

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202111325320.0
• 申請日: 2021-11-10
• 公開（公告）號: CN114171710A
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董甜甜;韓慶朝;崔浩然
• 申請（專利權(quán)）人: 青島中科賽鋰達新能源技術(shù)合伙企業(yè)（有限合伙）
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/06;H01M4/08;H01M4/13;H01M4/139;H01M4/62;H01M6/16;H01M10/052
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本發(fā)明屬于電化學(xué)儲能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種干法電極膜的原位制備方法及其干法電極。在露點為?25~?65℃條件下，將活性材料干粉、聚合物粘結(jié)劑干粉、導(dǎo)電劑干粉預(yù)混后，置于雙螺桿擠出機中通過輻射加熱、使混合物原位交聯(lián)反應(yīng)，擠出形成干法電極膜；其中，所述的粘結(jié)劑為50?120℃低熔點的粘合劑。本發(fā)明還提供了一種干法電極，是將干法電極膜輥壓到集流體上制得。本發(fā)明中，低熔點聚合物干粉在擠出機中原位低溫加熱交聯(lián)聚合，并與活性材料干粉、導(dǎo)電劑干粉充分混合，形成均勻的熔融態(tài)混合物。本發(fā)明中的工藝條件簡單，適合鋰電池、鈉電池、鎂電池、鋰硫電池電極制備，但不限于上述電池，所研制的電池循環(huán)性能、容量保持率、循環(huán)效率得到大幅度提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)儲能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種干法電極膜的原位制備方法及其干法電極。

背景技術(shù)

新能源作為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，近年來得到快速發(fā)展。作為新能源產(chǎn)業(yè)的重要支撐和輔助技術(shù)，電化學(xué)儲能器件成為全球研究與開發(fā)熱點。隨著便攜式消費電子、移動通訊、新能源電動車等快速發(fā)展，對電池的能量密度、充放電循環(huán)壽命、容量保持率、循環(huán)效率提出了更高要求，各種新型電池技術(shù)，如鋰電池、鈉電池、鎂電池、鋰硫電池等，得到了長足發(fā)展。這些電池的基本構(gòu)成為正極、負極、介于正負極之間的電解質(zhì)、隔膜及外包裝，其中正極、負極的制備沿用了傳統(tǒng)的電池電極生產(chǎn)工藝，將活性材料干粉、導(dǎo)電劑干粉與含有溶劑的粘結(jié)劑攪拌混合形成漿料，期間不斷加入溶劑調(diào)節(jié)漿料粘度，之后將漿料涂布于集流體上，烘干制備出正極或負極電極。特別是在正極漿料制備過程中使用了大量的有毒有害的有機溶劑，烘干過程中，這些有機溶劑會大量揮發(fā)，需要額外建設(shè)溶劑回收系統(tǒng)，既不環(huán)保，也增加了生產(chǎn)成本。

專利200480019411.X公開了一種用于制備超級電容器的干法電極工藝，該工藝是將由碳顆粒（活性碳）、干粘結(jié)劑所形成的干碳顆粒與含氟的干粘結(jié)劑混合，并通過高壓氣流噴射研磨方法，將干粘結(jié)劑纖絲化，這些纖絲化的粘結(jié)劑與干碳顆粒一起，經(jīng)過擠壓口擠出，形成一定寬幅的干膜，并與收集器（也即集流體）貼合，輥壓形成電極。但這種工藝僅適用于物理化學(xué)結(jié)構(gòu)較為單一的多孔活性炭材料，因為多孔活性炭材料在超強氣流剪切力作用下，其化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不發(fā)生變化；另外，活性炭密度低，質(zhì)量輕，適合高壓氣流噴射方法。但經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，利用該工藝制備如鋰電池電極時，由于鋰電池的正極活性材料干粉、負極活性材料干粉大多為復(fù)合結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)，在超強氣流剪切力作用下，材料的結(jié)構(gòu)成分和形貌會發(fā)生嚴重變化，從而嚴重影響了電極材料穩(wěn)定性；同時鋰電池干粉活性材料密度高，質(zhì)量重，即使在超強氣流下，也不易使干粉料混合均勻；另外，該工藝中使用了含氟的粘結(jié)劑，不僅成本高，而且粘結(jié)能力差，難以適用于在循環(huán)過程中發(fā)生大體積形變的電極（如NCM811和硅炭負極等）。專利201611071066.5披露了一種干法制備電池電容復(fù)合電極的方法，該方法是將復(fù)合電極原料A類活性物質(zhì)、B類活性物質(zhì)、含氟粘結(jié)劑干粉和導(dǎo)電劑，并將復(fù)合電極原料充分混合，在氮氣和/或氬氣的惰性氣氛中升溫至500-580℃煅燒，冷卻至室溫，再通過擠壓制成干態(tài)電極膜，該方法需要在惰性氣氛中高溫煅燒后，再轉(zhuǎn)移到擠出機中用5噸到40噸的超高壓力擠出，制備工藝苛刻，所用的A類活性物質(zhì)為含鋰金屬氧化物正極，二次煅燒后會造成鋰損失，且冷卻至室溫后，材料又變回干固體狀態(tài)，對擠出工藝提出挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種干法電極膜的原位制備方法及其干法電極。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用技術(shù)方案為：

一種干法電極膜的原位制備方法，在露點為-25~-65℃條件下，將活性材料干粉、聚合物粘結(jié)劑干粉、導(dǎo)電劑干粉預(yù)混后，置于雙螺桿擠出機中通過輻射加熱、使混合物原位交聯(lián)反應(yīng)，擠出形成干法電極膜；其中，所述的粘結(jié)劑為低熔點的粘合劑。

所述的粘結(jié)劑干粉結(jié)構(gòu)通式如下所示：

或；

A選自H、甲基或氰基；

R選自、、、、、；

R₁、R₂選自O(shè)H、OLi、、C1-C10的烷氧基、C1-C18的端羥基烷氧基、；