[发明专利]一种基于刮涂法制备电极的干燥方法及其电极和应用

说明书

本发明涉及一种基于刮涂法制备电极的干燥方法及其电极和应用，在刮涂法制备电极的过程中，使用冷冻干燥法预处理刮涂于基底上的电极浆料，然后烘干干燥得电极。冷冻干燥法方法简单，工艺环保，所制备的电极结构稳定，粘结性高，有效改善烘箱干燥电极的开裂，活性物质脱落等问题。所制备的电极通常为多孔电极，这种多孔的电极结构有效提高电极反应比表面。这种电极干燥方法可应用于锂硫电池、锂离子电池、钠离子电池或二氧化碳还原领域。

技术领域

本发明涉及一种基于刮涂法制备电极的干燥方法

背景技术

环境压力和能源危机要求必须发展可再生能源及相应的储能技术，在可再生能源大力发展的今天，储能技术迎来了新的机遇与挑战。现阶段，大量的储能方式已经改变着人们的生活方式，为人类的生活提供便捷和清洁的生活。然而，目前投入生产的锂离子电池并不能完全满足目前的应用市场的要求，而处于研究阶段的高性能锂硫电池材料、锂离子电池材料和钠离子电池材料仍不能大量生产。其中的原因之一是电极制备放大困难。

在基底上刮涂活性物质浆料，干燥后制成电极的方法是最接近于放大生产的电极制备方法。为追求高能量密度，减少粘结剂含量和增加活性物资担量是必须的。然而，传统干燥法，即烘箱干燥法干燥的电极通常在粘结剂含量较少，活性物质担量较高时开裂，活性物质易脱落。其原因在于1.大量的高性能材料的颗粒较小(通常为纳米级或微米级)，粘结剂粘结时粘结性不够。2.烘箱干燥过程中，溶剂挥发，活性物质团聚导致电极开裂，活性物质脱落。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种基于刮涂法制备电极的干燥方法——冷冻干燥法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

电极的制备方法，该方法采用如下步骤制备：

(1)在溶剂中加入粘结剂，在温度为20～50℃下搅拌0.5～2h，形成质量浓度为2-40％的高分子溶液；再于上述溶液中加入活性物质或活性物质和碳材料的混合物在温度为20～50℃下充分搅拌2～10h，制备成浆料；其中固含量为5～40wt％之间；

(2)将步骤(1)制备的浆料倾倒在基底上，刮涂后置于低温环境A(-200℃～0℃)下，至溶剂完全凝固；其中，刮涂量控制活性物质的担载量为0.5-20mg/cm²；基底为铝箔、铜箔、碳纸或碳毡的一种；

(3)将步骤2)得到的凝固体在低温环境B(-200℃～0℃)下真空干燥6-24h，升华溶剂，制备电极；

(4)将步骤(3)制备的薄层状电极于室温～100℃烘干2～24h后，得到干燥的电极。

溶剂需在低温环境A(-200℃～0℃)和低温环境B(-200℃～0℃)下凝固成固态，可选用的溶剂可为水、有机溶剂中的甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、二甲基甲酰胺(DMF)、氮甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲亚砜(DMSO)等；

当溶剂为水系时，粘结剂为LA系列、羧甲基纤维素-丁苯橡胶(CMC-SBR)、β-环糊精、聚乙烯醇等中一种或二种以上；当溶剂为有机系时，粘结剂可为聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)，聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)中的一种或二种以上；

所述活性物质可为碳/硫复合物(其中硫的质量占碳/硫复合物总质量的20wt％～80wt％)；磷酸铁锂(LFP)、磷酸钒(LVP)等锂电活性物质中的一种或两种以上；磷酸钒钠(NVP)、磷酸钛钠(NTP)和氟磷酸钒钠(NVPF)等钠离子电池活性物质中的一种或两种以上；Cu粉、Cu-Zn化合物等有CO₂还原活性的材料中的一种或两种以上。所述的碳材料可为碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维、BP2000、KB600、KB300、XC-72、Super-P、乙炔黑、活性炭中的一种或两种以上。