[发明专利]一种锂离子电容器负极无溶剂涂布方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电容器负极无溶剂涂布方法。本发明通过静电喷涂技术在集流体表面沉积由活性物质、导电剂、粘结剂组成的电极粉末，再经历后续的真空固化、高温热辊工序，制得最终的无溶剂电极。该电极制作方法工艺简单、时长缩短、节能环保、适用于工业化规模生产，并且制备的无溶剂负极具有离子传输快、倍率性能好等优点，适用于功率型器件电极的制备，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电容器电极制造领域，尤其涉及一种新型的负极无溶剂涂布方法的应用。

背景技术

锂离子电容器是一种新型绿色环保储能器件，集锂离子电池和超级电容器的优点于一身，具有功率密度大、能量密度高、循环性能好、自放电少等优点，拥有广阔的应用领域，如国防、航空航天、汽车工业、消费电子、电信通讯、电力和铁路。锂离子电容器是一个复杂的系统工程，器件的性能直接受到原材料，结构设计，制造设备与工艺，环境等众多因素影响，任何一点缺陷都可能导致产品的失效。其中，极片涂布技术是锂离子电容器研制和生产的关键技术之一，是整个生产工艺中最为重要的环节。开发新型的涂布工艺，对锂离子电容器的发展以及应用前景有着至关重要的作用。

目前广泛使用的极片涂布方法是将混合均匀的电极浆料均匀涂覆在正负极集流体上，再进行长时间烘干以制得最终的极片。在混料过程通常使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，如专利CN202110109821.9，这种溶剂不仅价格昂贵，而且对环境以及人体有毒有害，此外还需额外的回收装置，进一步提高了生产成本。因而在极片生产过程中如何避免使用NMP成为了研究人员思考的重大问题。人们首先想到的是使用其他价格更为低廉、无毒低毒的溶剂来替代NMP，例如水和乙醇，但是加入的溶剂仍需长时间的烘干，消耗大量能源，并且残留的溶剂对于极片性能也会有不利影。因而实现真正无溶剂化极片加工工艺一直以来都是人们追寻的目标。喷涂法制备无溶剂化干法电极是人们研究的一个热点，其原理在于利用电场力或高压气流使电极粉末附着到集流体之上，再辅以后续加工制备极片。Park等人(D.Park,N.A.Canas,N.Wagner,K.A.Friedrich,JPower Sources 2016,306,758.)将高压氮气喷涂与等温热压相结合，成功制备干法钛酸锂(LTO)极片，并且探究了不同热压时间对于极片性能的影响，结果表明热压60min会获得最佳的电极结构，因而有着最高的电导率以及储锂容量。Liu等人(J.Liu,B.Ludwig,Y.Liu,H.Pan,Y.Wang,ACS Appl Mater Inter,11(2019)25081-25089.)通过在集流体上预先喷涂一层聚偏氟乙烯(PVDF)作为结合增强层，再喷涂混合均匀度电极粉末，制得的石墨极片的性能相较于无结合增强层的对比样得到大幅提高，极片结合强度从0.5kPa提升至83kPa以上，100圈循环保持率从24.2％提高到92.4％以上。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种锂离子电容器负极极片无溶剂涂布方法，大大减低涂布过程中的能耗，避免使用价格昂贵且有毒的有机溶剂，并且制备的极片具有优异的综合性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下具体技术方案：

本发明提供了一种锂离子电容器负极极片无溶剂制备方法，包括以下步骤：

将活性物质、导电剂进行球磨混合均匀之后，再加入粘结剂继续球磨混合，得到混合电极粉末；

对混合电极粉末静电喷涂在集流体上得到原始粉末电极；

将所述原始粉末电极进行加热固化得到固化粉末电极；

将所述固化粉末电极进行热辊得到无溶剂电极。

优选的，所述活性物质为天然石墨、人工石墨、中间相碳微球、钛酸锂、硬碳、软碳中的一种或多种。

优选的，所述导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯纳米片中的一种或者多种；

所述粘结剂为聚偏氟乙烯；