[發(fā)明專利]一種電池極片及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310162493.8
• 申請日: 2023-02-24
• 公開（公告）號: CN116169254A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王金娥;董明
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州第一元素納米技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01M4/1393
• 分類號: H01M4/1393;H01M4/62;H01M4/587;H01M4/133;H01M10/0525;H01M10/054
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 范晴

本發(fā)明公開了一種電池極片及其制備方法，包括以下步驟：步驟一，制備碳納米管漿料，然后將其涂布于集流體的表面，冷凍干燥，形成碳納米管氣凝膠膜，將碳納米管氣凝膠膜傳入預(yù)儲(chǔ)能溶液或向其表面噴涂預(yù)儲(chǔ)能溶液，使碳納米管氣凝膠膜充分浸潤，室溫干燥，完成對儲(chǔ)能層的預(yù)儲(chǔ)能；步驟二，在儲(chǔ)能層表面涂覆用于制備高介電強(qiáng)疏水聚合物保護(hù)層的高介電聚合物漿料，干燥，形成電池極片；該電池極片為層狀結(jié)構(gòu)，由自上而下依次分布的高介電強(qiáng)疏水聚合物保護(hù)層、儲(chǔ)能層、集流體、儲(chǔ)能層和高介電強(qiáng)疏水聚合物保護(hù)層組成。本發(fā)明所制備電池極片可用于無負(fù)極鋰、鈉或鉀離子電池，運(yùn)輸及儲(chǔ)存活性堿金屬離子效率高且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全性高、電化學(xué)性能好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電池極片及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池是當(dāng)今電池行業(yè)的絕對主流，發(fā)展迅速，推動(dòng)了智能手機(jī)、筆記本電腦和電動(dòng)汽車等諸多領(lǐng)域的革命性進(jìn)步。隨著科技的發(fā)展，鋰離子電池已經(jīng)無法滿足各行業(yè)快速發(fā)展的需求，因此用鋰金屬直接作為負(fù)極的具有高能量密度的鋰金屬電池被廣泛研究并投入商業(yè)化設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的鋰金屬電池集流體一般使用銅箔，但是銅集流體上的不均勻鋰沉積/剝離導(dǎo)致了鋰枝晶(樹枝狀的金屬鋰)的生長。一方面由于金屬鋰的高反應(yīng)性，鋰枝晶可能發(fā)生斷裂并且失去電化學(xué)活性，造成永久的容量損失；另一方面，鋰枝晶會(huì)不斷生長，最終可能刺穿隔膜導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，進(jìn)而引發(fā)安全問題。同時(shí)，鋰是一種相對稀缺的元素，而鈉元素和鉀元素在地殼中的儲(chǔ)量是鋰的上千倍，且它們的性質(zhì)與鋰類似，鈉離子電池和鉀離子電池與鋰離子電池有著相似的“搖椅式”充放電原理，因此被寄予厚望。

而作為鋰離子電池中常用的負(fù)極石墨卻并不適用于鈉/鉀離子電池，因?yàn)殁c/鉀離子較大的直徑無法在石墨層間進(jìn)行脫嵌。另外，鈉/鉀離子無法和石墨形成穩(wěn)定的相結(jié)構(gòu)。作為鈉/鉀離子電池的其他負(fù)極材料也同期被研究，然而目前大部分負(fù)極材料都會(huì)在鈉/鉀離子嵌入過程中產(chǎn)生很大的體積膨脹，導(dǎo)致不可逆的容量衰減。

另外，不管是鋰離子電池還是鈉離子電池、鉀離子電池，在較大電流密度時(shí)均不可避免會(huì)出現(xiàn)枝晶生長過快，刺穿電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)，造成短路自燃的現(xiàn)象。還有就是鋰、鈉、鉀活性很高，直接作為電池負(fù)極存在較大的安全隱患。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明由此而來。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述存在的技術(shù)問題至少之一，本發(fā)明提供了一種高穩(wěn)定、高安全性電池極片及其制備方法，該制備方法利用先制備三維導(dǎo)電多孔碳納米管氣凝膠儲(chǔ)能材料，并對其進(jìn)行預(yù)儲(chǔ)能，然后在其表面涂覆高介電強(qiáng)疏水聚合物保護(hù)層，得到表面柔軟疏水、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定彈性高、導(dǎo)電性好、運(yùn)輸及存儲(chǔ)能量效率高的三維電極極片，可用于無負(fù)極鋰離子電池、鈉離子電池、鉀離子電池。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

本發(fā)明涉及一種電池極片的制備方法，包括以下步驟：

步驟一，制備碳納米管漿料，然后將其涂布于集流體的表面，冷凍干燥，形成碳納米管氣凝膠膜，將碳納米管氣凝膠膜傳入預(yù)儲(chǔ)能溶液或向其表面噴涂預(yù)儲(chǔ)能溶液，使碳納米管氣凝膠膜充分浸潤，室溫干燥，完成對儲(chǔ)能層的預(yù)儲(chǔ)能；

步驟二，在儲(chǔ)能層表面涂覆用于制備高介電強(qiáng)疏水聚合物保護(hù)層的高介電聚合物漿料，干燥，形成電池極片，其中涂覆方法為噴涂、刮涂、輥涂中的至少一種。

優(yōu)選地，步驟一中，所述碳納米管漿料由溶劑、碳納米管、粘結(jié)劑和穩(wěn)定劑制成，所述碳納米管漿料的濃度為10％～15％，碳納米管與粘結(jié)劑、穩(wěn)定劑質(zhì)量比為20～10:0.7:0.3。

優(yōu)選地，冷凍干燥的過程為：將碳納米管漿料涂布在集流體表面后，并傳送進(jìn)入液氨冷凍脫水池，再進(jìn)入低溫烘干倉。