[发明专利]一种电极及其制备方法

说明书

本发明提供了一种电极及其制备方法。该方法把不含有聚四氟乙烯的水性粘结剂采用分散液雾化的方式使其在电极材料表面较均匀地分散。该方法以在室温下具有一定初粘力并且胶膜在电解液中不溶解的聚合物为粘结剂，在室温下使电极材料与集流体直接辊压复合制备电极。该方法不必先把电极材料辊压成自支撑膜后再与集流体辊压复合制备电极，也不需要在较高温度下使电极材料与集流体辊压复合制备电极。本发明的方法制备的电极在较高的单面面密度(35.5mg/cm²)还能保证较好的完整性。在相同倍率下，本发明的方法制备的扣电池的容量比湿法制备的扣电池容量大得多。

技术领域

本申请涉及一种锂离子电池电极及其制备方法，更具体地涉及一种高面密度的锂离子二次电池电极的制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

典型的储能设备的极片(如：锂离子电池、超电容的电极)是在粘合剂的作用下，将活性材料用涂布的方法涂在金属集电板上而构成的。以锂离子电池电极为例，其常用制备工艺包括湿法电极工艺和干法电极工艺。目前，商业锂离子电池的电极制造主要采用湿法电极工艺。湿法电极制备工艺包括如下步骤：1)将活性材料、导电剂、粘结剂和溶剂混合分散制成浆料；2)将上述浆料涂覆在集流体上，干燥后再辊压制得电极片。据文献1报道，在年产100万的生产线上，20.5h、3.7V锂离子电池涂覆和干燥过程能耗约为总能耗的51％。据文献2介绍，湿法电极工艺在未添加增塑剂时，涂布速度过快或涂布厚度过大都会造成干燥开裂问题。有鉴于此，越来越多的研究者致力于干法或半干法电极工艺的研究。目前，干法电极工艺研究主要有：

1.静电喷涂

中国专利CN111725477 A介绍了一种采用静电喷涂制备干法电极材料的方法。该发明通过气相沉积的方式在活性材料表面形成一层石墨烯导电层，然后采用静电喷涂的方法将聚合物粘结剂粉末包覆于活性材料外，最后形成可以用于干法工艺电极的电极材料。

美国专利US20170098818 A1则直接利用静电喷涂设备在集流体表面喷涂电极材料和PTFE的混合物粉体。通过高压静电的作用，混合物粉体在就集流体表面成电极薄膜。

2.高温压合法

中国专利CN 109755473 A介绍了一种锂离子电池电极的干法制备方法。该方法是将电极活性材料，导电剂、丙烯酸酯类或丁腈橡胶(NBR)粘结剂等材料均匀混合、精细粉碎、多道次高温辊压工艺处理后形成电极薄膜(自支撑膜)。然后，在经过高温辊压将电极薄膜复合到集流体上形成电极。

文献3也利用高温压合工艺制备了锂离子电池。作者分别以羧基丁腈橡胶和聚四氟乙烯(PTFE)为粘结剂，以LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂(NMC622)和石墨为电极材料制得能量密度为230Wh/kg的锂离子软包电极。与传统的湿法电极工艺相比，干法工艺使用基础设施更简单，生产成本更低，而且消除挥发性有机化合物排放，更环保。以此法制备的锂离子电池具有较高的能量密度。

3.纤维化法

中国专利申请CN 106463267 A公开了一种将PEO、PTFE及PVDF聚合物在电极材料粉体周围纤维化后热压制备电极的方法。首先，该发明利用超音速剪切作用产生的纳米纤维本身的静电作用或范德华力，在辊压下电极材料形成自支撑膜，然后自支撑膜与集流体热复合形成电极。

文献4利用高能超音速设备将PTFE粘结剂在电极材料粉体周围形成纳米级纤维的混合料，然后将混合料经过热辊压后与集流体热复合形成电极。该方法可以制备较高面密度的锂离子电池，并且在乙腈-碳酸酯盐电解质的共同作用下，制备的锂离子电池具有较好的低温性能。

4.半干法