[发明专利]干法制备固态电池电极的方法、固态电池电极和固态电池

说明书

本发明涉及一种干法制备固态电池电极的方法、固态电池电极和固态电池，干法制备固态电池电极的方法，其特征在于，所述制备方法包括：将电极材料活性物质、具有不饱和键的小分子单体、导电剂和引发剂进行混合，得到混合液；将所述混合液涂敷在集流体上，在设定温度下发生原位聚合反应，通过所述小分子单体的原位聚合构建三维网状结构电极材料，得到具有三维网状结构电极材料的电池极片。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种干法制备固态电池电极的方法、固态电池电极和固态电池。

背景技术

新能源汽车的高速发展大大提升了对锂离子电池的综合性能要求。高性能动力电池的发展从根本上是由动力电池系统中的各类先进材料作为支撑的，特别是高容量、高稳定、低成本的正负极材料直接决定了动力电池的能量密度、安全性和制造成本。同时，这也对正负极极片的制备工艺也是提出了更高的要求。

传统的锂电池电极的制造使用湿法工艺制备，采用有粘合剂材料的溶剂，如N-甲基吡咯烷酮(NMP)，与负极或正极粉末混合后，把浆料涂在电极集电体上并干燥来获得电极。湿法工艺存在以下几个问题：

(1)涂布后的极片干燥时间太长，极大地浪费能源；

(2)对NMP溶剂的回收系统成本较高，不可避免地产生污染；

(3)即使是水性体系浆料也需要消耗能源和时间来干燥；

(4)极片负载受到工艺限制，厚极片在干燥过程中更容易开裂；

(5)同时油溶性粘接剂还需要使用N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，这种溶剂成本较高，具有毒性，污染环境。

因此，业内又开发了干法工艺来制备电极。在干法工艺过程中不使用溶剂，可以一定程度上避免上述问题。通过直接将少量(5％-8％)细粉状粘合剂与正极或负极粉末粘合，通过挤压机形成薄的电极材料带，再将电极材料带层压到金属箔集电体上形成成品电极。

但是，常规干法技术由于没有溶剂提供的分散性，难混合均匀，对粘结剂的控制量要求较高。如果粘结剂含量过少，制浆过程会出现分层，在涂覆过程中难以成型，同时还会导致电导性下降，电阻增加，容量衰减等等问题；如果粘结剂含量太多，容易导致非活性材料占比高，造成质量能量密度降低；尤其在干法电极中，由于没有溶剂提供的分散性，粘结剂的量需求高，往往会导致内阻上升，容量发挥效率下降。此外，现有的干法工艺需要将粉末直接挤压成干态电极膜，纯粉末会导致薄材难以加工成型，亦或者需要粉末涂覆或者激光、静电等沉积设备，需要的工艺要求较高，制造工艺复杂度和成本都难以降低。

发明内容

本发明实施例提供了一种干法制备固态电池电极的方法、固态电池电极和固态电池。相对于传统的湿法工艺具有不使用溶剂，无需干燥，节省能源的优势，同时可有效解决现有的干法电极的分散性问题。本发明所提出的干法制备固态电池电极的方法与现有的固态电池技术相兼容，利用含有不饱和键的小分子单体添加剂的流动性，使其在固体颗粒间充分润湿，然后原位聚合固化构建三维网状结构，所得固态电池电极在界面特性和应力方面均有优势。

第一方面，本发明实施例提供了一种干法制备固态电池电极的方法,包括：

将电极材料活性物质、具有不饱和键的小分子单体、导电剂和引发剂进行混合，得到混合液；

将所述混合液涂敷在集流体上，在设定温度下发生原位聚合反应，通过所述小分子单体的原位聚合构建三维网状结构电极材料，得到具有三维网状结构电极材料的电池极片。

优选的，所述原位聚合反应的温度为30℃～80℃。