[发明专利]一种自支撑膜电极、电池及车辆

说明书

本发明公开了一种自支撑膜电极、电池和车辆，所述自支撑膜电极提升现有材料体系的电池能量密度的同时降低生产能耗，厚度可调控，重构适应离子传输和电子传导体系的面密度和孔隙率，以及适于电化学稳定性的自支撑膜粘结剂，结合自支撑膜的电极结构特点，对所述的自支撑膜电极进行失效监控和管理。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种自支撑膜电极、电池及车辆。

背景技术

随着电动汽车的快速发展，用户对续驶里程、快速充电/充电便捷性、安全性和成本的需求不断提高。为了满足用户的这些需求，可以通过，

(1)高比容量活性材料；

(2)系统无模组的高集成；

(3)电化学/机械/电气/功能安全设计；

(4)材料/制造/回收/预锂化提升寿命等措施降低成本；

(5)以及快速换电等商业模式；

现有的涂布电极及其电池制造工序，例如，包括制浆、涂布、干燥、辊压、极片/隔膜分切、卷绕/叠片、入壳、注液和封装。活性材料、导电剂和粘结剂等电极组分在溶剂中充分混合，制成电极浆料，涂布在集流体上，经过干燥、辊压制成具有一定厚度的极片。所述的一定厚度，一方面是制浆、涂布、干燥和碾压等工序和成本的限制，较厚极片不易达到；另一方面电极达到一定厚度，例如120μm厚度，电解液浸润性，适应离子传输和电子传导体系的面密度和孔隙率，需要进行电化学体系的重构以满足车辆充放电使用要求。

在提高用户使用电动车的出行驾乘体验的同时，也促进了电池技术的快速发展。但受限于新材料技术开发和验证的周期长的特点，如何突破现有材料体系的涂布电极成本的限制，开发低成本制造技术，例如，以工序较少的自支撑膜电极来提升现有材料体系的电池能量密度的同时降低成本，引起了广泛关注。

CN109841796A公开了一种电极制备方法及电池，电池正极由活性物质、导电剂和粘结剂制成电极膜粘附于集流体制成，提升电极容量和极片稳定性。CN111095645A公开了一种包括多个活性层的储能器件电极膜，以及形成这种多个活性层储能器件电极膜的方法。CN111952679A公开了一种基于干法成膜的电芯制备工艺，工艺简单，成本降低。CN112038574A一种极片膜及其制备方法和用途，补锂添加剂均匀混合到电极粉体内，能精确控制补锂量。

但由于镍钴锰锂、磷酸铁锂、碳纤维、石墨和活性炭等活性材料具有不同的材料形态、硬度和密度，制程过程中粘结剂自身在温度和力场耦合作用下，有不同的成型状态，导致自支撑膜电极制程，存在断片不能连续成膜，厚度不能柔性调控，重构适应离子传输和电子传导体系的面密度和孔隙率，以及自支撑膜粘结剂，尤其是自支撑膜粘结剂的电化学稳定性问题，因此，开发一种能耗低且可调控的自支撑膜电极是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自支撑膜电极、电池及车辆，旨在解决相关技术中存在的问题。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种自支撑膜电极，包括自支撑膜正极和自支撑膜负极，所述自支撑膜正极包括正极自支撑膜和羟基聚合物涂炭集流体，所述自支撑膜负极包括负极自支撑膜和羟基聚合物涂炭集流体，所述羟基聚合物涂炭集流体，包括羟基聚合物涂炭层和基体。

需要说明的是，“自支撑膜”为基于本发明所述的电极制造过程中，活性物质、导电剂和粘结剂形成的一种物理存在的状态，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的电极或所述电极应用的电池必须具有特定的自支撑膜、以及特定的结构和制造工序，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，所述正极自支撑膜，包括正极活性物质、正极氟基聚合物粘结剂和导电剂。