[发明专利]一种干法制备的锂电池正负极片及其制备方法

说明书

本发明提出了一种干法制备的锂电池正负极片及其制备方法，属于锂电池技术领域，将锂盐、镍盐、钴盐、锰盐的水溶液中加入络合剂，加热得到干凝胶，点燃，加入溶胶凝胶法制得的掺杂Mg的Al/Zn/Ti凝胶中，煅烧，经过聚多巴胺表面改性，与导电剂、粘结剂混合，挤压，制粒，热辊压，分别放置于涂炭铝箔的上下两面，热辊压，得到正极片；将含有氧化石墨烯、致孔剂的水相与含有正硅酸烷基酯、纳米硅的油相混合，乳化，反应，还原，经过聚多巴胺表面改性，与导电剂、粘结剂混合，挤压，制粒，热辊压，分别放置于涂炭铜箔的上下两面，热辊压，得到负极片。制得的正/负极片电极面密度和容量高，倍率和循环性能较好，内阻低，使用寿命长。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种干法制备的锂电池正负极片及其制备方法。

背景技术

现代社会经济和科技的快速发展，使得传统的锂离子电池性能已经不能满足当前的能源需求。快速发展的电动汽车、智能化消费电子设备等领域都迫切地需要更高能量密度、长循环寿命低、低成本、高安全性的锂离子电池。在正、负极方面，对材料性能的要求越来越高的同时，对正负极极片的制备工艺也是提出了更高的要求。

目前，锂离子电池电极通过湿法在集流体上涂覆活性材料、导电剂、粘接剂和溶剂组成的混合浆料来制备，在湿法制备过程中，干燥是电极制备过程中消耗能量最多的一步，油溶性粘接剂还需要使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，这种溶剂成本较高，具有毒性，干燥过程中产生的蒸汽会对人体产生损害，无论采用何种溶剂，均需烘箱蒸发，不仅占用大量场地空间，而且能耗巨大。另一方面，湿法制备的电极容易导致溶剂与粘结剂形成粘结剂层，活性物质整个颗粒被粘结剂层包围，阻碍了活性物质颗粒之间以及与导电剂颗粒间的接触，造成较差的电极导电性。此外，湿法电极的涂覆厚度受限，涂覆太厚，极片在烘干过程容易开裂、剥落。

干法电极制备电极在过程中不使用溶剂，可以避免上述问题。但是，常规干法技术由于没有溶剂提供的分散性，对粘结剂的控制量要求较高。如果粘结剂含量过少，制浆过程会出现分层，在涂覆过程中难以成型，同时粘结剂量不足还会导致极片无法形成完善的三维网状结构，电导性下降，从而产生如电阻增加，容量衰减等等问题；如果粘结剂含量太多，容易导致非活性材料占比高，造成质量能量密度降低，尤其在干法电极中，由于没有溶剂提供的分散性，粘结剂的量需求高，过高的粘结剂量，导致内阻上升，容量发挥效率下降。此外，因为需要将粉末直接挤压成干态电极膜，纯粉末会导致薄材难以加工成型，亦或者需要粉末涂覆或者激光、静电等沉积设备，需要的工艺要求较高，制造成本也难以降低。

专利CN109755473A公开了一种锂电池电极的干法制备方法，该方法对锂电池电极使用的原材料进行了限定，工艺涉及较少，没用将固态电解质粉引入电极的制备中，而且没有锂电池相关性能分析，无法分析该方法是否优异。

专利CN106654177B公开了一种干法制备电池电容器复合电极的方法，该方法也只是对电极采用干法制备，具体是将材料混合后再辊压至涂有导电胶的集流体上，该方法在一定程度上降低成本，简化工艺，但该工艺主要应用于电池电容器中，并没有涉及锂电池的应用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种干法制备的锂电池正负极片及其制备方法，制备方法简单，制得的正/负极片具有无溶剂，无需涂覆、烘箱和N-甲基吡咯烷酮的回收装置，设备投资低，能耗小，所需场地面积小，电极面密度和容量高，倍率和循环性能较好，极片内阻低，使用寿命长的优点，具有广阔的应用前景。

本发明的技术方案是这样实现的：