[发明专利]用于储能电极制备的干式混合装置及储能电极制备方法

说明书

本发明涉及一种用于储能电极制备的干式混合装置及储能电极制备方法。本发明提供一种用于储能电极制备的干式混合装置，包括包括一分散釜，所述分散釜包括釜身和位于釜身上端开口的法兰，所述法兰中间设有出气孔，出气孔内部设有气体过滤孔；所述釜身横切面呈圆形，所述釜身中部在同一高度平面沿釜身外周设有若干个高压气嘴，所述高压气嘴的轴线与釜身横切面的径向线形成角度Φ，所述高压气嘴的喷气方向为逆时针。本发明利用压缩气体的高压膨胀和气相回旋牵引粘结剂纤维化原理，在超高压气体的作用下，通过干式混合制得厚度可调的高密度电极支撑膜，制备方法简单、成本低，所得储能电极溶胀率较低，且电化学性能良好。

技术领域

本发明属于储能器件技术领域，具体涉及一种用于储能电极制备的干式混合装置及储能电极制备方法。

背景技术

随着纯电动汽车的发展，储能技术越来越受到重视。近年，美国特斯拉公司收购美国Maxwell公司，大力发展干式制备储能器件技术，以期获得高能量密度储能器件。传统的锂离子电池和超级电容器的电极通常采用湿法制备，但这类方法需在消耗大量能源和一定的干燥技术来去除溶剂，容易造成电极里有溶剂残留，导致电极寿命降低，在活性材料表面溶解的粘结剂还有可能增加电池电阻率，降低能量密度和功率密度。并且，采用浆料涂覆的湿法制备，电极容易出现破裂、分层、柔韧性差等问题，而随着电极膜厚度或密度的增加，离子电导率较差，也会导致电化学性能和可靠性降低。相比耗时且成本高的湿法制备，干式制备方法直接将粘结剂和电极活性材料混合后压制成电极膜，有助于提高电极能量密度和循环寿命。如公开号为CN111436199A的中国专利申请提供了一种用于制造能量存储装置的干电极膜的方法，其制得的电池能量密度可达到250Wh/L。

干式储能器件的核心是以干式混合储能材料和粘结剂干粉的方式，致使粘结剂纳米纤维化，达到均匀混料的效果，实现高密度电极的制备，从而可替代传统湿法混料的方法，避免溶剂的使用，提升储能器件的耐用特性。然而，目前关于储能器件中电极的干式制备技术研究仍然较少。通常采用机械处理方法使电极膜中的粘结剂组分实现原纤化，如搅拌机或喷射式粉碎机，通过在粘结剂组分上施加强剪切力，以操纵粘结剂组分形成原纤维。然而，对粘结剂施加高剪切力易造成电极膜混合物的活性材料组分被破坏，从而使电极的电化学性能下降。为避免机械处理对干电极性能的影响，中国发明专利申请CN109923698A公开了一种用于形成储能器件电极膜混合物的装置，包括包含聚合物分散体的第一源、包含储能器件电极膜混合物的第二源和流化床涂层装置，但其是通过加热空气蒸发聚合物分散体中的液体来提供干聚合物，从而减少湿法制备电极膜工艺中的干燥步骤，即同步实现了混合和干燥过程，但这种方法所用第一组分的原料仍然为包含液相的聚合物分散体，且加热蒸发液体的方式能耗较大。而中国专利CN106104858B提供了带负电荷的可原纤化粘结剂组分，通过施加电场实现粘结剂组分的原纤化，使得电极膜组分上受到的剪切力在静电场原纤化处理中明显减少，保持电极膜活性材料的物理和电化学完整性。然而，通过施加静电场实现原纤化对设备要求较高，混合容器需要有可提供电子给粘结剂组分的亲和性材料，还需要有电场发生器，成本较高，且要求粘结剂组分中聚合物有更大的介电常数，限制了粘结剂的选择，不具有普适性。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种用于储能电极制备的干式混合装置及储能电极的制备方法，可得到一种厚度可调的高密度电极。

本发明的上述目的通过以下技术方案得以实施：

用于储能电极制备的干式混合装置，包括一分散釜，所述分散釜包括釜身和位于釜身上端开口的法兰，其特征在于，在法兰中间设有出气管，在出气管内部安装有过滤板且在过滤板上开设有气体过滤孔；釜身横切面呈圆形，在釜身中部外侧壁上径向安装有若干处于同一水平面的高压气嘴，高压气嘴的轴线与釜身横切面的径向线形成角度Φ。