[发明专利]一种新型高负载极片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型高负载极片及其制备方法，该高负载极片由活性材料、导电剂、粘结剂及金属粉末混合压制而成，其中，所述活性材料的重量百分含量为40～90％，导电剂的重量百分含量为1％～10％，粘结剂的重量百分含量为1～30％，金属粉末的重量百分含量为0％～50％。本发明的新型高负载极片舍弃铝箔、铜箔、不锈钢网等在电极材料中重量占比较重的常规金属集流体，以金属粉末充当三维集流体，可大幅提升电极的活性物质负载量，很大程度提升极片的能量密度，制得的极片具有导电性好、结构稳定等优点；而且，本发明通过混合压制的方法可简单高效地制备得到均匀光滑平整的大尺寸极片膜，克服了现有涂覆技术存在的负载量低、电极机械强度差、导电性差等问题。

技术领域

本发明涉及一种新型高负载极片及其制备方法，属于电池产品开发技术领域。

背景技术

现有的技术中，在锂离子、钠离子、钾离子电池中无论是正极还是负极极片的制备主要是通过将活性物质、导电添加剂、活性炭、粘结剂等和溶剂混合，分别制成正极和负极浆料，涂敷在相对应的正极和负极集流体上面，然后烘干作为极片。

随着化石能源消耗和电动车需求量的增加，开发高能量密度的电池已经成为一个必然的趋势。但这种涂敷薄膜电极想提高电池的能量密度只能通过增加涂敷层的厚度，而这必然会出现浆料间的粘结力不够导致粉料脱落、压实密度低、颗粒聚集、电子导电性不理想、电极组合物内部缺乏相互连通的孔道等情况，导致电解液的可及性差、反应迟缓、以及电解质、活性材料质量载荷(通常小于20mg cm^-2)和面积容量(约4mAh cm^-2)有限等问题；而且，涂覆过程复杂，很难实现大规模的生产的问题。

另外，重金属箔集流器等电化学惰性材料在电极重量中所占比重较大，必然会给整个电极能量密度带来不可避免的损失。

发明内容

发明目的：针对传统方法制备的电池极片存在的问题，本发明提供一种新型高负载极片，并提供了一种将极片的制备方法。

技术方案：本发明所述的一种新型高负载极片，由活性材料、导电剂、粘结剂及金属粉末混合压制而成，其中，活性材料的重量百分含量为40％～90％，导电剂的重量百分含量为1％～10％，粘结剂的重量百分含量为1％～30％，金属粉末的重量百分含量为0％～50％。

活性材料可为锂离子、钠离子或钾离子等电池的正极活性材料或负极活性材料，活性材料粒径为200nm～5μm。

当活性材料为正极活性材料，制得的高负载极片为正极极片，正极极片中，金属粉末的重量百分含量优选为5％～50％。具体的，正极活性材料可为下述材料中的一种：用于锂离子电池正极的磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、三元材料以及商用锂离子电池的正极材料等，以及用于钾离子电池的普鲁士蓝及其类似物、聚阴离子、过渡金属氧化物(KxMO₂)等正极材料。负极活性材料选自下述材料中的一种：用于钠离子电池负极的钛基化合物、合金类材料、金属化合物等，如氧化钛(TiO₂)、硅(Si)、锡(Sn)、氧化锑(Sb₂O₄)等材料；用于钾离子电池的钛基、合金类、金属氧化物等负极材料。

导电剂可选自活性炭、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的至少一种。优选的，活性炭、石墨烯的粒径在纳米级别，碳纳米管、碳纤维的长度为2μm～50μm。

粘接剂优选为聚四氟乙烯(PTFE)。

金属粉末可选自铜粉、铝粉、锌粉中的至少一种，金属粉末的粒径优选为100nm～100μm。

本发明所述的一种新型高负载极片的制备方法，包括下述步骤：

(1)根据原料组成称取活性材料、导电剂、粘结剂和金属粉末，在挥发性溶剂中混合均匀，得到胶状浆料；