CN113206222A - 一种低溶剂制备锂电池极片的方法及制得的极片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低溶剂制备锂电池极片的方法，涉及锂离子电池技术领域，本发明包括以下步骤：(1)将活性材料、导电剂在流化干混设备中混合，得到粉末A；(2)将含有粘结剂的液体雾化后喷淋在粉末A上，喷淋过程中保持粉末处于流化状态，喷淋结束后保持粉末流化状态至粉末干燥，得到粉末B；(3)将粉末B进行高温热压得到自支撑极片；(4)采用热复合工艺将极片与涂胶集流体复合得到锂电池极片。本发明的有益效果在于：本发明制备方法与传统工艺相比具有低溶剂使用量、低成本、环境友好、压实、厚度和空隙率易控制等优点。与纯干法极片工艺相比，具有更好的加工性能，降低粘结剂使用量、提升极片电导率和能量密度等优点。

Description

一种低溶剂制备锂电池极片的方法及制得的极片
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种低溶剂制备锂电池极片的方法及制得的极片。
背景技术
随着锂电池技术的发展，锂电池的需求量持续增长，而目前锂电池的制造过程中的正负极极片采用湿法涂布。湿法涂布技术采用NMP为溶剂，高速分散粘结剂、活性物质、导电剂制成高粘度浆料，再将浆料湿法涂覆于集流体表面，集流体再进高温烘箱将溶剂蒸干得到极片。该法制得的极片具有溶剂使用量大、溶剂存在毒性环境不友好、能耗高等缺点。
由于湿法涂布存在以上缺点，人们尝试开发无溶剂的干法涂布方案，其中以Maxwell为典型技术，其工艺路线为将活性物质、导电剂、粘结剂先用干混设备充分预混，再经过气流纤丝设备将粘结剂纤丝化，再将纤丝化后的粉末经过热辊压、压延、热复合制得锂电池正负极极片。该法制备过程中存在粘结剂纤丝难度高、分散不均匀等缺点，从而需要添加过量的粘结剂，粘结剂含量达到5％～10％。
公开号为CN107611337A的专利公开一种锂离子动力电池正极涂布的方法，采用粉末进行直接涂布，不需要溶剂，但现有技术中的干法工艺存在成本较高，量产实现难度大，成片均匀度难以控制的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术中采用干法工艺制备极片存在成本较高、量产实现难度大、成片均匀度难以控制的问题。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题：
一种低溶剂制备锂电池极片的方法，包括以下步骤：
(1)将活性材料、导电剂在流化干混设备中混合，得到粉末A；
(2)将含有粘结剂的液体雾化后喷淋在粉末A上，喷淋过程中保持粉末处于流化状态，喷淋结束后保持粉末流化状态至粉末干燥，得到粉末B；
(3)将粉末B进行高温热压得到自支撑极片；
(4)采用热复合工艺将极片与涂胶集流体复合得到锂电池极片。
有益效果：本发明制备方法与传统工艺相比具有低溶剂使用量、低成本、环境友好、压实、厚度和空隙率易控制等优点。与纯干法极片工艺相比，具有更好的加工性能，易于大量生产，降低粘结剂使用量、提升极片电导率和能量密度、成片均匀度易于控制等优点。
优选地，所述活性材料包括钴酸锂、镍钴锰、磷酸铁锂、磷酸锰铁、锰酸锂、石墨、硅碳、钛酸锂中的一种或多种。
优选地，所述导电剂包括super-P、乙炔黑、活性炭、多孔碳、碳纳米管、石墨烯材料中的一种或多种。
优选地，所述含有粘结剂的液体中的粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、橡胶类、丙烯酸酯类中的一种或多种，所述含有粘结剂的液体中的液体包括水、乙醇或N-甲基吡咯烷酮。
优选地，所述粘结剂的质量为活性材料质量的1-10％。
优选地，所述粘结剂的质量为活性材料质量的2-4％。
优选地，所述粘结剂的固含量为5-70％。
优选地，所述雾化方式包括离心式雾化、二流体雾化或四流体雾化。
优选地，所述步骤(3)中将粉末B经过热辊压机一次或多次辊压至所需厚度，厚度范围为20-50μm，热辊压温度为100-200℃。
温度和厚度影响成膜后的压实密度，可根据极片需求调节。
本发明还提供采用上述方法制得的锂电池极片。
本发明的优点在于：本发明制备方法与传统工艺相比具有低溶剂使用量、低成本、环境友好、压实、厚度和空隙率易控制等优点。与纯干法极片工艺相比，具有更好的加工性能，降低粘结剂使用量、提升极片电导率和能量密度等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1中自支撑极片的图片；
图2为本发明实施例1中极片的SEM图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
一种低溶剂制备锂电池石墨负极片的方法，包括以下步骤：
(1)将石墨、导电剂super-P(SP)按质量比为95:2的比例在流化干混设备中混合30min，流化温度120℃，喷淋过程中保持粉末处于流化状态；喷淋结束后保持粉末流化状态至粉末干燥，得到粉末。
(2)取60％固含的PTFE水乳液，按PTFE与石墨质量比3:95称取乳液，加水稀释至40％固含量。
(3)将步骤(2)中稀释后的PTFE水乳液通过二流体喷雾雾化至步骤(1)的粉末上；雾化完成后继续流化30min将水分除干。
(4)将步骤(3)制得的粉末经150℃热辊压两遍制成自支撑极片，如图1所示，第一次成膜厚度300μm，第二次成膜厚度150μm。
(5)将步骤(4)制得的自支撑极片与铜箔双面热复合制得石墨负极片，复合温度160℃。
图2为实施例1中获得的极片的SEM图，可以看出，粘结剂均匀分布于石墨颗粒中。
实施例2
一种低溶剂制备锂电池硅碳极片的方法，包括以下步骤：
(1)将硅碳、SP按质量比为94:2的比例在流化干混设备中混合30min，流化温度120℃，喷淋过程中保持粉末处于流化状态；喷淋结束后保持粉末流化状态至粉末干燥，得到粉末。
(2)取60％固含的PTFE水乳液，按PTFE与硅碳质量比4:94称取乳液，然后加水稀释至40％固含量。
(3)将步骤(2)中稀释后的PTFE水乳液通过二流体喷雾雾化至步骤(1)的粉末上；雾化完成后继续流化30min将水分除干。
(4)将步骤(3)制得的粉末经150℃热辊压两遍制成自支撑极片，第一次成膜厚度500μm，第二次成膜厚度200μm。
(5)将步骤(4)制得的自支撑极片与铜箔双面热复合制得硅碳负极片，复合温度160℃。
实施例3
一种低溶剂制备锂电池磷酸铁锂极片的方法，包括以下步骤：
(1)将磷酸铁锂、SP、碳纳米管(CNT)按质量比为93:1:1的比例在流化干混设备中混合30min，流化温度150℃，喷淋过程中保持粉末处于流化状态；喷淋结束后保持粉末流化状态至粉末干燥，得到粉末。
(2)取60％固含的PTFE水乳液，按PTFE与磷酸铁锂质量比5:93称取乳液，然后加水稀释至30％固含量。
(3)将步骤(2)稀释后的PTFE水乳液通过二流体喷雾雾化至步骤(1)的粉末上；雾化完成后继续流化30min将水分除干。
(4)将步骤(3)制得的粉末经160℃热辊压两遍制成自支撑极片，第一次成膜厚度500μm，第二次成膜厚度300μm。
(5)将步骤(4)制得的自支撑极片与铜箔双面热复合制得磷酸铁锂极片，复合温度160℃。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种低溶剂制备锂电池极片的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将活性材料、导电剂在流化干混设备中混合，得到粉末A；
(2)将含有粘结剂的液体雾化后喷淋在粉末A上，喷淋过程中保持粉末处于流化状态，喷淋结束后保持粉末流化状态至粉末干燥，得到粉末B；
(3)将粉末B进行高温热压得到自支撑极片；
(4)采用热复合工艺将极片与涂胶集流体复合得到锂电池极片。
2.根据权利要求1所述的低溶剂制备锂电池极片的方法，其特征在于：所述活性材料包括钴酸锂、镍钴锰、磷酸铁锂、磷酸锰铁、锰酸锂、石墨、硅碳、钛酸锂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的低溶剂制备锂电池极片的方法，其特征在于：所述导电剂包括super-P、乙炔黑、活性炭、多孔碳、碳纳米管、石墨烯材料中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的低溶剂制备锂电池极片的方法，其特征在于：所述含有粘结剂的液体中的粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、橡胶类、丙烯酸酯类中的一种或多种，所述液体包括水、乙醇或N-甲基吡咯烷酮。
5.根据权利要求1所述的低溶剂制备锂电池极片的方法，其特征在于：所述粘结剂的质量为活性材料质量的1-10％。
6.根据权利要求1所述的低溶剂制备锂电池极片的方法，其特征在于：所述粘结剂的质量为活性材料质量的2-4％。
7.根据权利要求1所述的低溶剂制备锂电池极片的方法，其特征在于：所述粘结剂的固含量为5-70％。
8.根据权利要求1所述的低溶剂制备锂电池极片的方法，其特征在于：所述雾化方式包括离心式雾化、二流体雾化或四流体雾化。
9.根据权利要求1所述的低溶剂制备锂电池极片的方法，其特征在于：所述步骤(3)中将粉末B经过热辊压机一次或多次辊压至所需厚度，厚度范围为20-50μm，热辊压温度为100-200℃。
10.一种采用权利要求1-9中任一项所述的方法制得的锂电池极片。
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