[发明专利]一种高效电极制造方法

说明书

技术领域

本发明属于储能器件技术领域，特别是涉及一种高效电极制造方法。

背景技术

随着我国动力电源产业的发展，对电化学储能器件的需求量越来越大，对其性能要求也越来越高。而具体的储能器件例如燃料电池、锂离子电池、锂离子电容和超级电容器等也取得了一定的进步。但随着对电化学储能器件的不断发展一些技术难题不断出现，成为制约其发展的技术瓶颈。这些问题包括：产品一致性、能量和功率密度、循环寿命、生产效率和能耗等。

影响单个器件性能的最关键的还是器件的核心-电极，电极制作方法及配方是所有电化学储能器件生产企业的核心技术。

国内外大多数电化学储能器件生产厂家的电极制造技术采用基于溶剂的涂布式电极生产方法，该生产方法均使用粘结剂溶液或乳液将所有粉料制作成浆料，再进行涂布成膜、干燥、压实处理。这种制造方法由于引进其他溶剂进入电极活性材料的微孔机构中很难在后道工序完全去除而或多或少的留下溶剂残留。即使微量的杂质在电化学储能器件工作时也会对其性能产生很大的影响。例如一些溶剂或者水分子电场的作用下会分解产生气体影响器件的；含有硫元素或者氯元素的杂质会腐蚀集流体；一些金属杂质例如含有铁元素的杂质会大大增加器件的漏电流和自放电等；上述这些杂质都会影响电化学器件的容量、内阻和循环性能等重要参数。此外，利用涂布工艺生产电极后续需要长时间的烘干工艺和辊轧压实工艺，能耗高，生产效率较低。

目前国外有少数企业采用混合-混炼-压延-复合技术。例如申请号为CN102484242A和CN100550237C的专利，其技术路线是把活性电极材料、导电剂和粘结剂用湿法混料再塑化，然后压延成膜收卷，最后把电极膜与集流体复合成电极。一般容量和内阻是储能器件的最终要得两个因素，分别决定了器件的能量密度和功率密度，减少粘结剂的含量会导致最终产品的内阻降低和容量升高。然而，由于电极膜的强度与粘结剂中固含量的质量分数成正比，减少粘结剂的含量会减弱电极膜的强度，导致在压延工序后的收卷和复合工序前的放卷过程中尤其是纠偏过程中容易断料，造成生产的不稳定性。

发明内容

一种高效电极制造方法，该电极由复合材料组成，所述复合材料包含以下组分：

至少一种活性电极材料；

至少一种导电剂；

至少一种粘结剂；和

至少一种集流体，

所述方法包括：通过干法或者湿法混合活性电极材料、导电剂和粘结剂，以获得分布均匀的混合材料的至少一个步骤；通过干法或者湿法混炼以获得可成膜的塑性材料至少一个步骤；通过一步压延复合形成具有电极膜/集流体/电极膜三明治结构电极的一个步骤。

其特征在于：所述活性电极材料为锂离子电池使用的含锂元素的正极粉体材料、锂离子电池负极使用的改性天然石墨粉体材料、锂离子电池负极使用的改性人造石墨粉体材料、锂离子电池负极使用的碳微球粉体材料、硬碳粉体材料、燃料电池材料、超级电容器用活性炭粉体材料、超级电容器用碳纤维粉体材料、超级电容器用碳纳米管粉体材料、超级电容器用石墨烯粉体材料、超级电容器用导电聚合物材料、超级电容器用过度金属氧化物材料、锂离子电容器用含锂负极材料中的一种或几种。

所述导电剂为炭黑、乙炔黑、石墨、科琴黑、碳纳米管、石墨烯粉末或溶液的一种或几种。

所述粘结剂为聚甲基丙烯酸粉体、聚甲基丙烯酸甲酯粉体、聚四氟乙烯粉体、聚乙烯吡咯烷酮或聚偏二氟乙烯粉体或溶液的一种或几种。

所述混合步骤中活性电极材料、导电剂（固含量）、粘结剂（固含量）的质量分数分别为70-98%，1-10%和1-20%。

所述集流体为铜箔、铝箔、镍箔或导电高分子薄膜中的一种，所述集流体表面可以经过处理以增加后序复合时的粘结力。

所述混炼步骤采用高剪切力混炼设备实现，高剪切力通过材料与材料之间或材料与设备之间的高速相对运动或高压力摩擦产生。

上述高剪切力混炼设备为多辊筒混炼机，所述多辊筒混炼机具有四个辊或四个以上辊，用于同时进行混炼和压延。

所述多辊筒混炼机每只辊筒上具有预负荷装置。

所述多辊筒混炼机每只辊筒表面温度在20-200摄氏度范围内均匀可控。