[发明专利]一种全程无污染的含有电解液盐的电极制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全程无污染的含有电解液盐的电极制造方法。 

背景技术

随着我国动力电源产业的发展，对电化学储能器件的需求量越来越大，对其性能要求也越来越高。而具体的储能器件例如燃料电池、锂离子电池、锂离子电容和超级电容器等也取得了一定的进步。但随着对电化学储能器件的不断发展一些技术难题不断出现，成为制约其发展的技术瓶颈。这些问题包括：能量密度提升、等效串联内阻降低、循环寿命增加、电极材料/电解液的相容性问题等。 

影响单个器件性能的最关键的还是器件的核心-电极，电极制作方法及配方是所有电化学储能器件生产企业的核心技术。即使微量的杂质在电化学储能器件工作时也会对其性能产生很大的影响。例如一些溶剂或者水分子电场的作用下会分解产生气体影响器件的；含有硫元素或者氯元素的杂质会腐蚀集流体；一些金属杂质例如含有铁元素的杂质会大大增加器件的漏电流和自放电等；上述这些杂质都会影响电化学器件的容量、内阻和循环性能等重要参数。因此电极的材料的纯度、均匀性和加工工艺至关重要。 

目前在电极制造的原材料上纯度已经得到了很大的提高，例如超级电容器的活性炭电极材料中铁元素含量已经做到3ppm以下、所有杂质含量不高于20ppm，超级电容器电解液中铁离子含量也降低到1ppm以下、硫酸根含量降到5ppm以下、氯离子含量降到1ppm以下。然而目前超级电容器的生产工艺，尤其是电极的生产工艺往往会引入杂质而使得电极纯度大幅下降。 

国内外大多数电化学储能器件生产厂家的电极制造技术采用基于溶剂的涂布式电极生产方法，该生产方法均使用粘结剂溶液或乳液将所有粉料制作成浆料，再进行涂布成膜、干燥、压实处理。这种制造方法由于引进其他溶剂进入电极活性材料的微孔机构中很难在后道工序完全去除而或多或少的留下溶剂残留。同时，涂布电极在浆料的制备过程中需要长时间的搅拌，在搅拌过程中浆料运动与桨叶及容器的运动摩擦也容易引入金属或者油污杂质等。 

目前国外有少数企业采用干法电极成型技术。其技术路线是用干法V型混粉机对活性物质、导电剂和粘结剂混粉，然后利用高压气流对混合粉料中的粘结剂进行纤维化，再对纤维化好的混合粉料碾压成活性物质膜，最后直接复合在预处理过的集流体上形成电极，其与电极活性物质接触表面大多为金属部件如不锈钢或硬铬等。然而此种方法电极成型过程引入很多高速度、高压力、高温度的电极活性物质与设备的相对运动，非常大的摩擦力与剪切力容易使活性物质中引入金属杂质。 

此外，目前所有的电极制造方法形成的电极后主要成分都是电极活性物质、导电剂和粘结剂的混合物，在后续的把电极组装成电化学储能器件的过程中都需要注入电解液。电解液由电解液盐和溶剂组成，而传统电化学储能器件的溶剂例如碳酸丙烯酯和乙腈等挥发性很强，那么在真空注液的过程中电解液盐十分溶液结晶导致堵塞注液管路、弄脏手套箱等问题。 

发明内容

针对上述目前电化学储能器件加工工艺容易引入杂质的缺点，本发明需要解决的技术问题是提供一种全程无污染的电极制造方法，在电极加工工程没有任何水或者溶剂的引入从而最大程度的保证材料的纯度。同时，本发明一种全程无污染的电极制造方法，由于在电极制造过程之中电极活性物质全程不与金属接触，从而大大降低了金属污染的概率。 

针对上述电化学储能器件注液工序容易产生电解液盐结晶的问题，本发明需要解决的技术问题是提供一种含有电解液盐的电极制造方法，在电极制造过程中把电解液盐均匀分布到电极中，而在后续注液过程中只注入电解液溶剂，避免了电解液盐结晶的问题。同时，注液后电解液溶剂在溶解电解液盐的过程中在电极内部形成了高速离子运动通道，大大提高电化学储能器件的功率密度。 

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案： 

一种全程无污染的含有电解液盐的电极制造方法，包括以下步骤：

（1）将活性物质、导电剂、粘结剂和电解液盐粉料通过定量计量输送设备输送至混合机进行混粉，混粉时用氮气保护控制水分含量；其中所有输送管道均为高稳定性、高耐磨性非金属管道或者具有高稳定性、高耐磨性非金属衬里；混粉机为内部结构简单无高速桨叶等运动部件，具有高稳定性、高耐磨性非金属衬里；活性物质、导电剂、粘结剂和电解液盐四者的质量比分别为58-97%、1-40%、1-40%和1-40%。