CN112701252A - 柔性电池极片及其制备方法和含有该电池极片的电池 - Google Patents

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CN112701252A CN201911153427.4A CN201911153427A CN112701252A CN 112701252 A CN112701252 A CN 112701252A CN 201911153427 A CN201911153427 A CN 201911153427A CN 112701252 A CN112701252 A CN 112701252A
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张国兴
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Abstract

本申请提供一种柔性电池极片及其制备方法和含有该电池极片的电池。所述柔性电池极片的制备方法包括：在无溶剂条件下将粘结剂，导电剂以及电极活性物质混合，通过粘结剂的纤维化作用将导电剂以及电极材料粘结，通过简单的辊压即可制备出柔性无集流体电池极片；其中该柔性电池极片可进一步与网状集流体压合，增加极片导电性。与现有技术相比，本申请的制备方法在整个制备过程中没有用到任何溶剂，对环境友好并避免对工作人员产生潜在危害，同时，本申请的制备方法可以不使用集流体来制备电池极片，亦或是使用网状集流体，大大降低了集流体重量，增加电池极片的柔软性。

Description

柔性电池极片及其制备方法和含有该电池极片的电池
技术领域
本申请涉及锂离子电池的技术领域，尤其是一种柔性电池极片及其制备方法和含有该电池极片的电池。
背景技术
随着可穿戴电子设备的逐渐流行，发展便携式，可弯曲，可折叠甚至可植入人体的轻薄柔性电子器件最近成为学术界和工业界的共同研究热点。各类可折叠手机、可卷绕显示屏、智慧服饰以及植入式医用传感器等器件的原型纷纷问世，正引领一场新的柔性电子技术热潮。要让可穿戴设备真正满足人们的日差生活需求，如何让智能设备即穿戴舒适方便，又具备长时间的续航能力，开发与之相对应的柔性电源系统成为亟待攻克的技术难点之一。
众所周知锂电池工作原理是将化学能转化为电能的一种电化学装置，构成锂离子电池的四个主要部件包括正电极片、负电极片、隔离膜和电解液。但是，其中正电极片包含正极集流体和涂布在正极集流体表面的正极材料；负电极片包含负极集流体和涂布在负极集流体表面的负极材料；其中正极材料和负极材料一般称为电极活性物质，正极材料一般以锰酸锂(LiMn2O4)、磷酸铁锂(LiFePO4)、镍钴锰酸锂(LiNixCOyMnzO2)三种为主要材料，负极材料主要以碳材料和硅材料为主，集流体的主要功能在于承载电极活性物质以及传递电化学反应产生的电子。
由于锂离子电池主要包含卷绕和叠片两种加工方式，用于制备电池的极片具有一定的柔韧性，才能保证正电极片和负电极片在加工制造时不会发生脆断等问题，锂离子电池通常使用的正极集流体是铝箔，负极集流体是铜箔，为了保证集流体在电池内部稳定性，二者纯度都要求在98％以上。随着锂电技术的不断发展，无论是用于数码产品的锂电池还是电动汽车的电池，我们都希望电池的能量密度尽量高，电池的重量越来越轻，而在集流体领域最主要就是降低集流体的厚度和重量，从直观上来减少电池的体积和重量。
在已公开的中国发明专利授权公告号CN100508250C“锂离子电池极片及其制造方法和包括其的锂离子电池”，提出了一种能使锂离子电池的内阻较低的锂离子电池极片及其制造方法和包括其的锂离子电池。
为了克服现有技术中电池集流体在辊压时易褶皱导致在巻绕时极片易断裂的问题，在已公开的中国发明专利公开号CN101662011A，提出一种电池极片及其制备方法和含有该极片的电池。所述电池极片，包括一方形集流体和负载于所述集流体上的电极材料；电池极片中的集流体在辊压过程中不会出现褶皱或断裂现象，提高了极片良品率。以上的专利技术提出的锂离子电池极片仍然不可避免地需要通过集流体承载电极活性物质，目前锂离子电池极片的主要制作工艺依次为混料，匀浆，涂布，干燥，辊压得到合适厚度的电池极片。尽管聚合物软包锂离子电池已经可以制备简单的异形电池如弧形电池，但是可折叠电池以及可弯曲柔性电池的技术要求对现有电池极片加工技术仍是很大的挑战。
同时我们应当意识到匀浆过程需要使用大量的溶剂如NMP，H2O等，后续的涂布干燥过程又需要大量能耗将极片中的溶剂分子干燥除去，H2O以及其他醇类杂质小分子残留越低电池性能越稳定。该工艺过程不仅需要使用有毒性的有机溶剂同时能耗较高，而且需要增加NMP回收辅助设备来降低有机溶剂对环境的破坏作用。
发明内容
基于解决上述的技术问题，本申请的主要目的在于提供一种柔性电池极片及其制备方法和含有该电池极片的电池，能够以简单的工艺和低廉的成本生产制备出导电性好、压实密度高、电极活性材料负载量大，并且有优异的机械强度以及柔韧性的电池极片。
同时本申请提出一种干法工艺制备电池极片，即在电池极片的制备全程中不使用任何溶剂，仅通过干法辊压技术即可制备出具有柔韧性的电池极片。
为达到上述目的，本申请提出的技术方案包括提供一种柔性电池极片的制备方法，包括以下步骤：
将电极活性物质与导电剂以及粘结剂在无溶剂条件下混合均匀成混合物，该混合物通过持续施加外力使粘结剂分子发生纤维化，再通过对辊机的持续辊压将该混合物辊压成柔性电池极片。
进一步地，所述电极活性物质包括正极材料以及负极材料其中的任一种。
所述电极活性材料包括金属盐、金属氧化物、金属、非金属单质、非金属氧化物或以上物质的复合物。
进一步地，所述导电剂包括：碳纳米管(CNT)、石墨、导电炭黑、科琴黑、乙炔黑、石墨烯和碳纤维(VGCF)其中的至少一种。所述导电剂可以多种复合使用，多种导电剂能够相互互补，提高电极的整体导电性能。
进一步地，所述粘结剂包括：聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯酸钠(PAAS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺(PI)、聚乙二醇(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、羧甲基纤维素钠(CMC)和丁苯橡胶(SBR)其中的至少一种。所述粘结剂可以多种复合使用，多种粘结剂能够相互互补，提高电极的整体粘结强度以及极片柔韧性。
进一步地，混合物混合均匀是通过物理混合实现的，包括V型混料器，机械搅拌，振动混合，球磨混合，研磨混合，翻滚混合，与气流均质混合其中的任一种。
进一步地，聚四氟乙烯PTFE是通过棒研磨、撞击粉碎研磨、球磨粉碎研磨、气流粉碎、锤击研磨、离心研磨其中的至少一种使所述粘结剂发生纤维化。
进一步地，辊压包括常温辊压和高温辊压其中的任一种，其中高温辊压的温度范围25—200℃，优选为80-150℃
为达到上述目的，本申请还提供了一种由所述制备方法所制得的柔性电池极片，所述柔性电池极片包含0.1-20wt％导电剂、0.1-20wt％粘结剂以及60-99.8wt％电极活性材料。
为达到上述目的，本申请提供了一种使用由所述制备方法所制得的柔性电池极片的电池，所述电池包括：正电极片、负电极片、隔离膜和电解液，所述电池的改进在于使用所述柔性电池极片作为电池的正电极片或负电极片。
其中上述柔性电池极片的制备方法制得的柔性无集流体电池极片，可直接使用成电池极片，或可进一步与网状集流体压合，增加极片导电性。
与现有在涂布电极活性物质从而制备电池极片的技术相比，本申请的有益效果在于：本申请将电极活性物质、导电剂以及粘结剂混合物通过辊压成型的方法直接得到柔性电池极片，大大减低了制备成本和工艺难度。在此干法制备工艺中无需使用任何溶剂，对环境友好且能耗较低。所制备出的柔性电池极片具有导电性好、压实密度高、电极活性材料负载量大，并且有优异柔韧性等优点。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
有关本申请的其它功效及实施例的详细内容，配合图式说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本申请一典型实施方案中所示的一种柔性电池极片的制备方法的流程图；
图2是本申请一典型实施方案中所示的另一种柔性电池极片的制备方法的流程图；
图3a是本申请实施例一所示的锂离子电池正极半电池充放电曲线；
图3b是本申请实施例二所示的锂离子电池正极半电池充放电曲线；
图4a是本申请实施例三所示的锂离子电池负极半电池充放电曲线；
图4b是本申请实施例四所示的锂离子电池负极半电池充放电曲线；
图5是本申请实施例五所示的锂离子电池扣式全电池充放电曲线。
符号说明
10 灭火器 11 密闭罐 110 瓶口
12 阀门 13 压力表 14 入口
15 出口 16 阀门杆 17 内管
18 弹簧 20 启动装置 21 击锤
211 尾端 22 弹簧 23 拉绳
24 电磁铁 241 活动轴心 25 拉拔杆
26 拉簧 30 板机 31 卡止部
32 末端 40 可动卡笋 41 板机梢
50 安全栓 51 半圆柱 60 位置检知器
A 第一枢接点 B 第二枢接点 A1 箭头
具体实施方式
在下文的实施方式中所述的位置关系，包括：上，下，左和右，若无特别指明，皆是以图式中组件绘示的方向为基准。
本申请提出的柔性电池极片的制备方法的实施方式包括以下步骤：
将电极活性物质与导电剂以及粘结剂在无溶剂条件下混合均匀成混合物，将混合物通过持续施加外力使粘结剂分子发生纤维化，再通过对辊机的持续辊压将所述混合物辊压成电池极片。
请参见图1，本申请的柔性电池极片的制备方法的具体步骤为：
1-1.将电极活性物质与导电剂以及粘结剂进行混合，预混时间取决于导电剂和粘结剂的种类和状态，预混结束后得到一均匀分散的混合物粉末，混合过程不使用溶剂，属于干式混合。
1-2.将预混后的混合物中的粘结剂进行纤维化处理，通过粘结剂的纤维化，可以在无溶剂条件下将粘结剂比表面积增大，增加粘结剂与电极活性物质粉末的接触面积。
1-3.通过辊压设备将所述混合物粉末最终辊压成柔性电池极片；其中该柔性电池极片，可直接使用作为电池的电池极片，或可进一步与网状集流体压合，增加极片导电性。
其中所述电极活性物质包括正极材料以及负极材料其中的任一种，使用正极材料制成的电池极片将作为电池的正电极片，使用负极材料制成的电池极片将作为电池的负电极片。所述电极活性材料包括金属盐、金属氧化物、金属、非金属单质、非金属氧化物或以上物质的复合物。
所述导电剂包括：碳纳米管(CNT)、石墨、导电炭黑、科琴黑、乙炔黑、石墨烯和碳纤维(VGCF)其中的至少一种。以上的导电剂可以多种复合使用，多种导电剂能够相互互补，提高电池极片的整体导电性能。
所述粘结剂包括：聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯酸钠(PAAS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺(PI)、聚乙二醇(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、羧甲基纤维素钠(CMC)和丁苯橡胶(SBR)其中的至少一种，但不限于此。以上的粘结剂可以多种复合使用，多种粘结剂能够相互互补，提高电极的整体粘结强度以及极片柔韧性。
本申请使用所述制备方法所制得的柔性电池极片的优选实施方式，所述柔性电池极片包含0.1-20wt％导电剂、0.1-20wt％粘结剂以及60-99.8wt％电极活性材料。
请参见图2，本申请柔性电池极片的制备方法的另一种优选实施方式的具体步骤为：
2-1.将导电剂以及粘结剂进行混合，预混时间取决于导电剂和粘结剂的种类和状态，预混结束后得到一均匀分散的混合物粉末。
2-2.将预混后的混合物中的粘结剂进行纤维化处理，通过粘结剂的纤维化，可以在无溶剂条件下将粘结剂比表面积增大，增加粘结剂与导电剂的接触面积。
2-3.将电极活性物质与纤维化的粘结剂与导电剂混合物进行低强度的物理混合，得到一分散混匀的混合物粉末。
2-4.最后将此混合物粉末通过辊压设备将混合物粉末最终辊压成柔性无集流体电池极片；其中该柔性电池极片，可直接使用作为电池的电池极片，或可进一步与网状集流体压合，增加极片导电性。相较于图1绘示的步骤,图2绘示的方案可以有效避免导电剂纤维化过程对电极活性物质结构形貌的影响和破坏。
以上两种制备方案各有优缺点，具体操作中需要选择上述两种制备步骤中的哪一种，可以根据材料的特性以及实际需求灵活选择。
下面结合制备多个实施例及附图来进行进一步详细地说明本申请的技术方案及其效果。
实施例一
本实施例一是根据本申请所示的柔性电池极片的制备方法制备锂离子电池的正电极片。先将18gNCM523正极材料，3gSP导电碳以及2gPTFE或2g PVDF加入至V型混料器中，混合10h(小时)。将混合物取出，使用气流粉碎机气体的高速冲击将粘结剂PTFE纤维化，其中气源压力维持在5.0MPa,粉碎压力1MPa，加料压力1MPa，进料速度10g/min。气流粉碎结束后收集粉碎后的粉末。将该粉末转移至卧式辊压机进行捏合成型后，转移至立式辊压机极片由厚到薄逐步辊压成柔性的正电极片，通过测量,该正电极片具有优异的柔性和机械强度，同时SEM观察该正电极片为多孔结构。该正电极片厚度250μm，面密度86.25mg/cm2，压实密度3.45g/cm3，将正电极片冲压出直径14mm圆形电极片，使用金属锂作为对电极，1MLiPF6，EC/EMC/DMC＝1:1:1(体积比)液态电解液，玻璃纤维隔膜组装2032扣式电池测试，显示该正电极片有优异的电化学活性(图3a为该正极半电池充放电曲线)
本实施例一中，在制备锂离子电池的正电极片的过程中，所采用的导电剂为SP，所采用的正极材料为三元材料NCM523，所采用的粘结剂为PTFE或PVDF，所采用的隔膜为玻璃纤维膜，诚然，在其他的实施例中，上述材料可根据实际情况进行调整。
在本实施例一中，粘结剂纤维化是通过气流粉碎实现的，当然还可通过其他的有效方法来进行纤维化，比如研磨、球磨、撞击粉碎等其他方法，根据实际需要进行选择即可。
实施例二
本实施例二是根据本申请所示的柔性电池极片的制备方法制备锂离子电池的正电极片。先将，10gSP导电碳，10gPTFE或10g PVDF加入至V型混料器中，混合10h(小时)。将混合物取出，使用气流粉碎机气体的高速冲击将粘结剂纤维化，其中气源压力维持在5.0MPa,粉碎压力1MPa，加料压力1MPa，进料速度10g/min。气流粉碎结束后收集粉碎后的粉末。取出6g粘结剂与SP的混合物，加入14gNCM523正极粉末，使用玛瑙研钵将混合物研磨均匀。将该混合物粉末转移至卧式辊压机进行捏合成型后，转移至立式辊压机极片由厚到薄逐步辊压成柔性的正电极片，通过测量,该正电极片具有优异的柔性和机械强度。该正电极片厚度325μm，面密度107.4mg/cm2，压实密度3.31g/cm3，将正电极片冲压出直径14mm圆形电极片，使用金属锂作为对电极，1M LiPF6，EC/EMC/DMC＝1:1:1(体积比)液态电解液，PE聚合物隔膜组装2032扣式电池测试，显示该正电极片有优异的电化学活性(图3b为该正极半电池充放电曲线)本实施例中，在制备锂离子电池的正电极片的过程中，所采用的导电剂为SP，所采用的正极材料为三元材料NCM523，所采用的粘结剂为PTFE或PVDF，所采用的隔膜为聚合物隔膜，诚然，在其他的实施例中，上述材料可根据实际情况进行调整。
在本实施例二中，粘结剂纤维化是通过气流粉碎实现的，当然还可通过其他的有效方法来进行纤维化，比如研磨、球磨、撞击粉碎等其他方法，根据实际需要进行选择即可。
实施例三
本实施例三是根据本申请所示的柔性电池极片的制备方法制备锂离子电池的负电极片。先将17g石墨负极材料，1gSP导电碳，1.5gPVDF以及1.5gPTFE加入至V型混料器中，混合10h(小时)。将混合物取出，使用气流粉碎机气体的高速冲击将粘结剂PTFE纤维化，其中气源压力维持在5.0MPa,粉碎压力1MPa，加料压力1MPa，进料速度10g/min。气流粉碎结束后收集粉碎后的粉末。将该粉末转移至卧式辊压机进行捏合成型后，转移至立式辊压机极片由厚到薄逐步辊压成柔性的负电极片，通过测量,该负电极片具有优异的柔性和机械强度。，该负电极片厚度250μm，面密度39.71mg/cm2，压实密度1.58g/cm3，将负电极片冲压出直径14mm圆形电极片，使用金属锂作为对电极，1MLiPF6，EC/EMC/DMC＝1:1:1(体积比)液态碳酸酯电解液，玻璃纤维隔膜组装2032扣式电池测试，显示该负电极片有优异的电化学活性(图4a为该负极半电池充放电曲线)
本实施例中，在制备锂离子电池的负电极片的过程中，所采用的导电剂为SP，所采用的负极材料为石墨材料，所采用的粘结剂为PVDF和PTFE混合，所采用的隔膜为玻璃纤维膜，诚然，在其他的实施例中，上述材料可根据实际情况进行调整。
在本实施例三中，粘结剂纤维化是通过气流粉碎实现的，当然还可通过其他的有效方法来进行纤维化，比如研磨、球磨、撞击粉碎等其他方法，根据实际需要进行选择即可。
实施例四
本实施例四是根据本申请所示的柔性电池极片的制备方法制备锂离子电池的负电极片。先将，10gSP导电碳，10gPTFE或10g PVDF加入至V型混料器中，混合10h(小时)。将混合物取出，使用气流粉碎机气体的高速冲击将粘结剂PTFE纤维化，其中气源压力维持在5.0MPa,粉碎压力1MPa，加料压力1MPa，进料速度10g/min。气流粉碎结束后收集粉碎后的粉末。取出5g粘结剂与SP的混合物，加入16g石墨负极粉末，使用玛瑙研钵将混合物研磨均匀。将该混合物粉末转移至卧式辊压机进行捏合成型后，转移至立式辊压机极片由厚到薄逐步辊压成柔性的负电极片，通过测量,该负电极片具有优异的柔性和机械强度。该负电极片厚度314μm，面密度48.16mg/cm2，压实密度1.53g/cm3，将负电极片冲压出直径14mm圆形电极片，使用金属锂作为对电极，1MLiPF6，EC/EMC/DMC＝1:1:1(体积比)液态电解液，PE聚合物隔膜组装2032扣式电池测试，显示该负电极片有优异的电化学活性(图4b为该负极半电池充放电曲线)本实施例四中，在制备锂离子电池的负电极片过程中，所采用的导电剂为SP，所采用的负极材料为石墨材料，所采用的粘结剂为PTFE或PVDF，所采用的隔膜为聚合物隔膜，诚然，在其他的实施例中，上述材料可根据实际情况进行调整。
在本实施例四中，粘结剂纤维化是通过气流粉碎实现的，当然还可通过其他的有效方法来进行纤维化，比如研磨、球磨、撞击粉碎等其他方法，根据实际需要进行选择即可。
实施例五
本实施例五是根据本申请所示的柔性电池极片的制备方法制备锂离子电池的正电极片以及负电极片，同时将其组装成全电池测试性能。
先将，10gSP导电碳，10gPTFE加入至V型混料器中，混合10h(小时)。将混合物取出，使用气流粉碎机气体的高速冲击将粘结剂纤维化，其中气源压力维持在5MPa,粉碎压力1MPa，加料压力1MPa，进料速度10g/min。气流粉碎结束后收集粉碎后的粉末。取出6g该混合物，加入18gNCM523正极材料粉末，使用玛瑙研钵将混合物研磨均匀。将该混合物粉末转移至卧式辊压机进行捏合成型后，转移至立式辊压机极片由厚到薄逐步辊压成柔性的正电极片。该正电极片厚度325μm，面密度107.4mg/cm2，压实密度3.31g/cm3，将正电极片冲压出直径14mm圆形正电极片。
取出4g混合物，加入18g石墨负极材料粉末，使用玛瑙研钵将混合物研磨均匀。将该混合物粉末转移至卧式辊压机进行捏合成型后，转移至立式辊压机极片由厚到薄逐步辊压成柔性的负电极片。该负电极片厚度314μm，面密度48.16mg/cm2，压实密度1.53g/cm3，将负电极片冲压出直径14mm圆形负电极片，
1MLiPF6，EC/EMC/DMC＝1:1:1(体积比)液态电解液，玻璃纤维作为隔膜，使用制备的圆形正电极片和圆形负电极片组装为2032扣式电池测试，显示该扣式全电池具有优异的电化学活性(图5为该扣式全电池充放电曲线)
以下另提出作为对比的对比例和前述的实施例对比。
对比例一
将正极三元材料(NCM523)、导电剂Super P(SP)、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按品质比96:2:2在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂体系中充分搅拌混合均匀后，涂覆于铝(Al)箔上，烘干、冷压、裁片，得到正电极片。所制黑色复合薄膜非常容易破裂脱落，无法从铝(Al)箔上撕下得到连续自支撑薄膜，且所制备的正电极片不具备机械柔性，制备过程涉及大量有机溶剂的使用。
对比例二
将负极材料石墨、导电剂Super P、粘结剂丁苯橡胶(SBR)、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)按照质量比95:2:2:1在去离子水溶剂体系中充分搅拌混合均匀后，涂覆于铜(Cu)箔上烘干、冷压、裁片，得到负电极片。所制黑色复合薄膜非常容易破裂脱落，无法从铜(Cu)箔上撕下得到连续自支撑薄膜，且所制备的电电极片不具备机械柔性，制备过程使用水作为溶剂，后续干燥过程能耗大，同时水分脱除不完全会严重影响电池性能。
综上所述：本申请提出的柔性电池极片的制备方法将用于制备电池的正电极片和负电极片的电极活性材料与导电剂和粘结剂充分混合后，在无溶剂条件下利用粘结剂纤维化作用，通过辊压将电极活性物质以及导电剂粘结成柔性电池极片。本申请的制备方法在整个制备过程中没有用到任何溶剂，对环境友好并避免对工作人员产生潜在危害。同时，与现有技术相比，本申请的制备方法大大降低了制备成本和工艺难度；电池极片制备全程无需使用任何溶剂，电池极片的水分控制更容易，无需溶剂烘烤步骤，设备能耗更低。
并且，根据本申请的制备方法所得到的柔性电池极片具有导电性好、压实密度高、电极活性材料负载量大，并具有优异的机械柔韧性和机械强度等优点。而使用该柔性电池极片所制成的电池则具有比容量高、稳定性好，且柔韧性高等优点。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述的实施例及/或实施方式，仅是用以说明实现本申请技术的较佳实施例及/或实施方式，并非对本申请技术的实施方式作任何形式上的限制，任何本领域技术人员，在不脱离本申请内容所公开的技术手段的范围，当可作些许的更动或修饰为其它等效的实施例，但仍应视为与本申请实质相同的技术或实施例。

Claims (13)

1.一种柔性电池极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将电极活性物质与导电剂以及粘结剂在无溶剂条件下混合均匀成混合物，该混合物通过持续施加外力使粘结剂分子发生纤维化，再通过对辊机的持续辊压将该混合物辊压成柔性电池极片。
2.如权利要求1所述的柔性电池极片的制备方法，其特征在于，电极活性物质与导电剂以及粘结剂在无溶剂条件下混合均匀是通过物理混合实现的，所述的物理混合包括V型混料器，机械搅拌，振动混合，球磨混合，研磨混合，翻滚混合，气流均质混合与离心混料其中的任一种。
3.如权利要求1所述的柔性电池极片的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括：聚偏氟乙烯、聚丙烯酸钠、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚乙二醇、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶其中的至少一种。
4.如权利要求1所述的柔性电池极片的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括聚四氟乙烯。
5.如权利要求4所述的柔性电池极片的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯通过棒研磨、撞击粉碎研磨、球磨粉碎研磨、气流粉碎、锤击研磨、离心研磨其中的至少一种使所述粘结剂发生纤维化。
6.如权利要求1所述的柔性电池极片的制备方法，其特征在于，所述辊压包括常温辊压和高温辊压其中的任一种，所述高温辊压的温度范围25—200℃。
7.如权利要求1所述的柔性电池极片的制备方法，其特征在于，所述电极活性物质包括正极材料以及负极材料其中的任一种。
8.如权利要求1所述的柔性电池极片的制备方法，其特征在于，所述电极活性材料包括金属盐、金属氧化物、金属、非金属单质、非金属氧化物其中的任一种或其复合物。
9.如权利要求1所述的柔性电池极片的制备方法，其特征在于，所述导电剂包括：碳纳米管、石墨、导电炭黑、科琴黑、乙炔黑、石墨烯和碳纤维其中的至少一种。
10.由权利要求1至8中任一项所述制备方法所制得的柔性电池极片，其特征在于，所述柔性电池极片包含0.1-20wt％导电剂、0.1-20wt％粘结剂以及60-99.8wt％电极活性材料。
11.一种使用权利要求1所述的柔性电池极片的制备方法制得的柔性电池极片，其特征在于，所述柔性电池极片进一步与网状集流体压合。
12.一种使用权利要求1所述的柔性电池极片的制备方法制得的柔性电池极片的电池，该电池包括：正电极片、负电极片、隔离膜和电解液，其特征在于，所述柔性电池极片作为该电池的该正电极片或该负电极片。
13.一种使用权利要求11所述的柔性电池极片的制备方法制得的柔性电池极片的电池，该电池包括：正电极片、负电极片、隔离膜和电解液，其特征在于，所述柔性电池极片作为该电池的该正电极片或该负电极片。
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Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113611825A (zh) * 2021-08-06 2021-11-05 中汽创智科技有限公司 一种锂电池电极极片的制备工艺
CN113659104A (zh) * 2021-08-11 2021-11-16 蜂巢能源科技(无锡)有限公司 一种电池活性层的制备方法、电池极片和应用
CN113725013A (zh) * 2021-09-09 2021-11-30 南昌大学 一种无集流体电极的制备方法及在超级电容器中的应用
CN113871566A (zh) * 2021-09-18 2021-12-31 苏州清陶新能源科技有限公司 一种干法电极膜、其制备方法和应用
CN114441408A (zh) * 2022-01-24 2022-05-06 蜂巢能源科技(无锡)有限公司 干法制膜过程中纤维化程度的监控方法、干法制膜方法、干法电极片的制备方法和应用
CN114759167A (zh) * 2022-04-20 2022-07-15 江西安驰新能源科技有限公司 一种锂电池正极片制造工艺
CN114784219A (zh) * 2022-04-26 2022-07-22 江西安驰新能源科技有限公司 一种锂电池负极片制造工艺
CN114784220A (zh) * 2022-04-29 2022-07-22 三一技术装备有限公司 干法电极制备方法
CN115036462A (zh) * 2022-05-31 2022-09-09 苏州时代华景新能源有限公司 一种纯干法钠离子电池负极、制备方法及其电池
CN115548271A (zh) * 2022-10-26 2022-12-30 楚能新能源股份有限公司 正极极片及其制备方法和锂离子电池
CN115832404A (zh) * 2023-01-06 2023-03-21 深圳市兴禾自动化股份有限公司 极片制袋封边装置和电芯制造设备
CN115911597A (zh) * 2021-09-24 2023-04-04 比亚迪股份有限公司 一种锂离子电池电极及其制备方法与锂离子电池
CN117219888A (zh) * 2023-10-07 2023-12-12 蚌埠学院 一种基于新型干法厚膜电极极片的水系钠离子二次电池及其制备方法
WO2023246178A1 (zh) * 2022-06-23 2023-12-28 中国第一汽车股份有限公司 一种原纤化网状电极、固态电解质膜、储能装置及车辆
CN118099355A (zh) * 2024-04-28 2024-05-28 四川新能源汽车创新中心有限公司 一种原位固化电极、电池及制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103187594A (zh) * 2011-12-30 2013-07-03 万向电动汽车有限公司 一种软包装锂离子动力电池的制作方法
CN104170125A (zh) * 2012-02-28 2014-11-26 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 用于含锂电池的阴极和其无溶剂生产工艺
CN104241599A (zh) * 2013-06-18 2014-12-24 山东润峰集团新能源科技有限公司 一种采用干法上料辊压技术制作单体锂离子电池的方法
US20180175366A1 (en) * 2015-06-26 2018-06-21 Florida State University Research Foundation, Inc. Dry process method for producing electrodes for electrochemical devices and electrodes for electrochemical devices
CN108258256A (zh) * 2018-01-09 2018-07-06 广州鹏辉能源科技股份有限公司 锌空气电池正极及其正极粉干法制备工艺和锌空气电池
CN108914152A (zh) * 2018-06-22 2018-11-30 成都新柯力化工科技有限公司 一种制备燃料电池用氢的阴极材料及制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103187594A (zh) * 2011-12-30 2013-07-03 万向电动汽车有限公司 一种软包装锂离子动力电池的制作方法
CN104170125A (zh) * 2012-02-28 2014-11-26 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 用于含锂电池的阴极和其无溶剂生产工艺
CN104241599A (zh) * 2013-06-18 2014-12-24 山东润峰集团新能源科技有限公司 一种采用干法上料辊压技术制作单体锂离子电池的方法
US20180175366A1 (en) * 2015-06-26 2018-06-21 Florida State University Research Foundation, Inc. Dry process method for producing electrodes for electrochemical devices and electrodes for electrochemical devices
CN108258256A (zh) * 2018-01-09 2018-07-06 广州鹏辉能源科技股份有限公司 锌空气电池正极及其正极粉干法制备工艺和锌空气电池
CN108914152A (zh) * 2018-06-22 2018-11-30 成都新柯力化工科技有限公司 一种制备燃料电池用氢的阴极材料及制备方法

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113611825B (zh) * 2021-08-06 2023-02-10 中汽创智科技有限公司 一种锂电池电极极片的制备工艺
CN113611825A (zh) * 2021-08-06 2021-11-05 中汽创智科技有限公司 一种锂电池电极极片的制备工艺
CN113659104A (zh) * 2021-08-11 2021-11-16 蜂巢能源科技(无锡)有限公司 一种电池活性层的制备方法、电池极片和应用
CN113725013A (zh) * 2021-09-09 2021-11-30 南昌大学 一种无集流体电极的制备方法及在超级电容器中的应用
CN113871566A (zh) * 2021-09-18 2021-12-31 苏州清陶新能源科技有限公司 一种干法电极膜、其制备方法和应用
CN115911597A (zh) * 2021-09-24 2023-04-04 比亚迪股份有限公司 一种锂离子电池电极及其制备方法与锂离子电池
CN114441408A (zh) * 2022-01-24 2022-05-06 蜂巢能源科技(无锡)有限公司 干法制膜过程中纤维化程度的监控方法、干法制膜方法、干法电极片的制备方法和应用
CN114441408B (zh) * 2022-01-24 2024-05-28 蜂巢能源科技(无锡)有限公司 干法制膜过程中纤维化程度的监控方法、干法制膜方法、干法电极片的制备方法和应用
CN114759167A (zh) * 2022-04-20 2022-07-15 江西安驰新能源科技有限公司 一种锂电池正极片制造工艺
CN114784219A (zh) * 2022-04-26 2022-07-22 江西安驰新能源科技有限公司 一种锂电池负极片制造工艺
CN114784220A (zh) * 2022-04-29 2022-07-22 三一技术装备有限公司 干法电极制备方法
CN115036462A (zh) * 2022-05-31 2022-09-09 苏州时代华景新能源有限公司 一种纯干法钠离子电池负极、制备方法及其电池
WO2023246178A1 (zh) * 2022-06-23 2023-12-28 中国第一汽车股份有限公司 一种原纤化网状电极、固态电解质膜、储能装置及车辆
CN115548271A (zh) * 2022-10-26 2022-12-30 楚能新能源股份有限公司 正极极片及其制备方法和锂离子电池
CN115548271B (zh) * 2022-10-26 2023-09-15 楚能新能源股份有限公司 正极极片及其制备方法和锂离子电池
CN115832404A (zh) * 2023-01-06 2023-03-21 深圳市兴禾自动化股份有限公司 极片制袋封边装置和电芯制造设备
CN115832404B (zh) * 2023-01-06 2023-05-16 深圳市兴禾自动化股份有限公司 极片制袋封边装置和电芯制造设备
CN117219888A (zh) * 2023-10-07 2023-12-12 蚌埠学院 一种基于新型干法厚膜电极极片的水系钠离子二次电池及其制备方法
CN118099355A (zh) * 2024-04-28 2024-05-28 四川新能源汽车创新中心有限公司 一种原位固化电极、电池及制备方法
CN118099355B (zh) * 2024-04-28 2024-08-20 四川新能源汽车创新中心有限公司 一种原位固化电极、电池及制备方法

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