[发明专利]一种干法电极膜的原位制备方法及其干法电极

说明书

本发明属于电化学储能电池技术领域，具体涉及一种干法电极膜的原位制备方法及其干法电极。在露点为‑25~‑65℃条件下，将活性材料干粉、聚合物粘结剂干粉、导电剂干粉预混后，置于双螺杆挤出机中通过辐射加热、使混合物原位交联反应，挤出形成干法电极膜；其中，所述的粘结剂为50‑120℃低熔点的粘合剂。本发明还提供了一种干法电极，是将干法电极膜辊压到集流体上制得。本发明中，低熔点聚合物干粉在挤出机中原位低温加热交联聚合，并与活性材料干粉、导电剂干粉充分混合，形成均匀的熔融态混合物。本发明中的工艺条件简单，适合锂电池、钠电池、镁电池、锂硫电池电极制备，但不限于上述电池，所研制的电池循环性能、容量保持率、循环效率得到大幅度提升。

技术领域

本发明属于电化学储能电池技术领域，具体涉及一种干法电极膜的原位制备方法及其干法电极。

背景技术

新能源作为国家战略性新兴产业，近年来得到快速发展。作为新能源产业的重要支撑和辅助技术，电化学储能器件成为全球研究与开发热点。随着便携式消费电子、移动通讯、新能源电动车等快速发展，对电池的能量密度、充放电循环寿命、容量保持率、循环效率提出了更高要求，各种新型电池技术，如锂电池、钠电池、镁电池、锂硫电池等，得到了长足发展。这些电池的基本构成为正极、负极、介于正负极之间的电解质、隔膜及外包装，其中正极、负极的制备沿用了传统的电池电极生产工艺，将活性材料干粉、导电剂干粉与含有溶剂的粘结剂搅拌混合形成浆料，期间不断加入溶剂调节浆料粘度，之后将浆料涂布于集流体上，烘干制备出正极或负极电极。特别是在正极浆料制备过程中使用了大量的有毒有害的有机溶剂，烘干过程中，这些有机溶剂会大量挥发，需要额外建设溶剂回收系统，既不环保，也增加了生产成本。

专利200480019411.X公开了一种用于制备超级电容器的干法电极工艺，该工艺是将由碳颗粒（活性碳）、干粘结剂所形成的干碳颗粒与含氟的干粘结剂混合，并通过高压气流喷射研磨方法，将干粘结剂纤丝化，这些纤丝化的粘结剂与干碳颗粒一起，经过挤压口挤出，形成一定宽幅的干膜，并与收集器（也即集流体）贴合，辊压形成电极。但这种工艺仅适用于物理化学结构较为单一的多孔活性炭材料，因为多孔活性炭材料在超强气流剪切力作用下，其化学结构和性质不发生变化；另外，活性炭密度低，质量轻，适合高压气流喷射方法。但经实验发现，利用该工艺制备如锂电池电极时，由于锂电池的正极活性材料干粉、负极活性材料干粉大多为复合结构、多层结构，在超强气流剪切力作用下，材料的结构成分和形貌会发生严重变化，从而严重影响了电极材料稳定性；同时锂电池干粉活性材料密度高，质量重，即使在超强气流下，也不易使干粉料混合均匀；另外，该工艺中使用了含氟的粘结剂，不仅成本高，而且粘结能力差，难以适用于在循环过程中发生大体积形变的电极（如NCM811和硅炭负极等）。专利201611071066.5披露了一种干法制备电池电容复合电极的方法，该方法是将复合电极原料A类活性物质、B类活性物质、含氟粘结剂干粉和导电剂，并将复合电极原料充分混合，在氮气和/或氩气的惰性气氛中升温至500-580℃煅烧，冷却至室温，再通过挤压制成干态电极膜，该方法需要在惰性气氛中高温煅烧后，再转移到挤出机中用5吨到40吨的超高压力挤出，制备工艺苛刻，所用的A类活性物质为含锂金属氧化物正极，二次煅烧后会造成锂损失，且冷却至室温后，材料又变回干固体状态，对挤出工艺提出挑战。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种干法电极膜的原位制备方法及其干法电极。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种干法电极膜的原位制备方法，在露点为-25~-65℃条件下，将活性材料干粉、聚合物粘结剂干粉、导电剂干粉预混后，置于双螺杆挤出机中通过辐射加热、使混合物原位交联反应，挤出形成干法电极膜；其中，所述的粘结剂为低熔点的粘合剂。

所述的粘结剂干粉结构通式如下所示：

或；

A选自H、甲基或氰基；

R选自、、、、、；

R₁、R₂选自OH、OLi、、C1-C10的烷氧基、C1-C18的端羟基烷氧基、；