一种干法电极膜及其制备方法和应用

本申请涉及电池储能，尤其涉及一种干法电极法及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂离子电池因其能量密度高、转换效率高、响应速度快以及循环寿命长，而被广泛应用于动力能源以及电子领域。传统的锂离子电池的电极是通过湿法涂布工艺制备的，这一制备工艺中通常会用到有机溶剂，而大多数有机溶剂又具备易燃性、高毒性等特性，因此大大降低了锂离子电池的安全性能。除此之外，电极制备过程中残余的有机溶剂也需要去除掉，这就使得湿法涂布工艺更加复杂，造成更多的能量和资源浪费，而且有机溶剂还不易回收，这也在一定程度上提高了生产成本。另外，在有机溶剂的挥发过程中，电极活性材料容易出现开裂的现象，并且湿法涂布工艺往往对电极活性物质的负载量较低，无法满足能量密度的需求。

2、干法制备工艺作为一种目前正在急速发展的锂离子电池制备技术，不需要使用大量的有机溶剂，甚至不需要使用有机溶剂，规避了湿法涂布工艺的大部分问题。然而在干法电极的制备过程中，粘结剂作为不可或缺的一部分，还一直存在诸多问题，并且粘结剂的选择还直接影响到所制备出的电池的工作性能。

3、因此，一种高效的粘结剂成为干法电极研究的重要工作。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的上述技术问题，本申请提供了一种干法电极法及其制备方法和应用。

2、为了实现上述目的，本申请实施例的技术方案是：

3、本申请的第一方面提供一种干法电极膜，包括电极活性材料、助剂、导电添加剂、聚合物粘接剂和集流体；

4、所述聚合物粘接剂包括聚四氟乙烯和聚乙烯，所述聚乙烯包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯中的至少一种；

5、所述助剂包括硅氧烷交联剂和羧基纤维素中的至少一种；

6、所述集流体包括涂碳铝箔和涂碳铜箔中的至少一种；

7、所述电极活性材料包括正极活性材料和负极活性材料中的至少一种。结合第一方面优选地，所述聚四氟乙烯和所述聚乙烯的质量比为1：0.5-3。

8、结合第一方面优选地，按质量百分含量的组分，所述电极活性材料80-85wt％，所述导电添加剂5-10wt％，所述聚合物粘接剂0.5-6wt％，所述硅氧烷交联剂0-5wt％，所述羧基纤维素0-5wt％；

9、和/或，所述硅氧烷交联剂包括双[(3-甲基二甲氧基甲硅烷基)丙基]聚氧化丙烯、八甲基环四硅氧烷和聚烷基三乙氧基硅氧烷中的一种或几种。

10、结合第一方面优选地，所述羧基纤维素包括羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、羧丙基纤维素、羧甲基乙基纤维素、羧丙基甲基纤维素、锂盐、钠盐和钾盐中的一种或几种。

11、结合第一方面优选地，所述正极活性材料包括licoo2、limno2、linio2、lifepo4、limn2o4、linicoalo2、lini1/3co1/3mn1/3o2、lini0.5co0.2mn0.3o2、lini0.6co0.2mn0.2o2和lini0.8co0.1mn0.1o2中的一种或几种；

12、和/或，所述负极活性材料包括硬碳、软碳、人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、钛酸锂中的一种或几种。

13、结合第一方面优选地，所述导电添加剂包括碳纳米管、乙炔炭黑、super p、科琴黑、mxene和石墨烯中的一种或几种。

14、本申请的第二方面提供一种第一方面所述的干法电极膜的制备方法，该制备方法包括：

15、使电极活性材料、助剂、导电添加剂和聚乙烯混合，得到第一混合物；

16、使所述第一混合物加热，得到加热后的第一混合物；

17、使所述加热后的第一混合物与聚四氟乙烯混合，得到第二混合物；

18、使所述第二混合物压延，并加入集流体进行热复合，得到干法电极膜。

19、结合第二方面优选地，所述使所述第一混合物进行加热时，加热温度为100-150℃；

20、和/或，加热时间为10-60min；

21、和/或，所述干法电极膜的厚度为60-150μm。

22、结合第二方面优选地，所述使所述第二混合物压延，并加入集流体进行热复合时，压延温度为20-120℃；

23、和/或，热复合温度为70-150℃；

24、和/或，热复合时间为5-60min。

25、本申请的第三方面提供一种第一方面所述的干法电极膜或第二方面所述方法制备的干法电极膜用于制备电池中的应用。

26、与现有技术相比，本申请实施例的有限或有益效果至少包括：

27、本申请实施例提供的干法电极膜相比于传统干法电极膜添加了不同种类的聚乙烯，一方面，由于聚四氟乙烯的粘弹性有限，无法保障活性材料、导电碳和集流体之间有足够的粘附强度，因此在加入聚乙烯之后，能够使活性材料在体积膨胀/收缩过程中更加稳固和完整，从而提高电池容量和循环稳定性；另一方面，由于聚四氟乙烯的还原脱氟反应中会形成混合导电界面，该导电界面的电子导电性会破坏sei层的稳定性，聚乙烯具备与聚四氟乙烯相似的可原纤化结构，并且结构中不含有氟原子，因此，聚乙烯具备更强的还原稳定性，不会破坏电极表面的sei层；第三方面，超分子量聚乙烯有着比聚四氟乙烯更大的聚合度以及更长的聚合物链，能够对活性物质、导电碳和集流体产生更好的粘附效果，从而缓解了活性材料在体积膨胀/收缩过程中的破碎和脱落，能够有效地提高电池容量和循环稳定性。如此，聚乙烯的加入，从而有利于提高电池的循环稳定性，使得电池容量在充放电循环中有更高的保持率，同时，还提高了电池的首圈比容量，使得电极材料可以实现更优异的可逆容量。

技术特征：

1.一种干法电极膜，其特征在于，包括电极活性材料、助剂、导电添加剂、聚合物粘接剂和集流体；

2.根据权利要求1所述的干法电极膜，其特征在于，所述聚四氟乙烯和所述聚乙烯的质量比为1：0.5-3。

3.根据权利要求1所述的干法电极膜，其特征在于，按质量百分含量的组分，所述电极活性材料80-85wt％，所述导电添加剂5-10wt％，所述聚合物粘接剂0.5-6wt％，所述硅氧烷交联剂0-5wt％，所述羧基纤维素0-5wt％；

4.根据权利要求1所述的干法电极膜，其特征在于，所述羧基纤维素包括羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、羧丙基纤维素、羧甲基乙基纤维素、羧丙基甲基纤维素、锂盐、钠盐和钾盐中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的干法电极膜，其特征在于，所述正极活性材料包括licoo2、limno2、linio2、lifepo4、limn2o4、linicoalo2、lini1/3co1/3mn1/3o2、lini0.5co0.2mn0.3o2、lini0.6co0.2mn0.2o2和lini0.8co0.1mn0.1o2中的一种或几种；

6.根据权利要求1所述的干法电极膜，其特征在于，所述导电添加剂包括碳纳米管、乙炔炭黑、super p、科琴黑、mxene和石墨烯中的一种或几种。

7.一种权利要求1-6所述的干法电极膜的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的干法电极膜的制备方法，其特征在于，所述使所述第一混合物进行加热时，加热温度为100-150℃；

9.根据权利要求7所述的干法电极膜的制备方法，其特征在于，所述使所述第二混合物压延，并加入集流体进行热复合时，压延温度为20-120℃；

10.一种根据权利要求1-6所述的干法电极膜或权利要求7-9所述方法制备的干法电极膜用于制备电池中的应用。

技术总结
本申请公开了一种干法电极膜及其制备方法和应用，涉及电池储能领域。本申请制备的干法电极膜，包括电极活性材料、助剂、导电添加剂、聚合物粘接剂和集流体；聚合物粘接剂包括聚四氟乙烯和聚乙烯，聚乙烯包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯中的至少一种；助剂包括硅氧烷交联剂和羧基纤维素中的至少一种；集流体包括涂碳铝箔和涂碳铜箔中的至少一种；电极活性材料包括正极活性材料和负极活性材料中的至少一种。如此，聚乙烯的加入有利于提高电池的循环稳定性，使得电池容量在充放电循环中有更高的保持率，同时，还提高了电池的首圈比容量，使得电极材料可以实现更优异的可逆容量。

技术研发人员：陈永胜,孙国林,张洪涛,倪铭韩
受保护的技术使用者：南开大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17