一种改性电极膜粘结剂、干法电极膜及其制备方法与电池与流程

本发明涉及电池，更具体地说，它涉及一种改性电极膜粘结剂、干法电极膜及其制备方法与电池。

背景技术：

1、目前锂、钠离子电池电极极片的制作常将活性材料颗粒与胶黏剂混合制成具有一定粘度的浆料，再将浆料涂覆到集流体金属面上，烘干胶黏剂中的溶剂，再对其进行轧制得到电极极片。这种涂布工艺的缺陷非常明显，主要体现在以下几点：

2、(1)电极极片涂层材料发脆。浆料涂层中的溶剂烘干后，物质涂层成为没有变形能力的硬化层，尤其在压实后，涂层的硬度会进一步提高。硬化后的涂层使电极极片失去了变形能力，利用这种电极极片制备的锂离子电池不耐外力冲击，在外力冲击、弯曲与挤压时涂层会出现开裂或从集流体上脱落等坏损。

3、(2)由于胶黏剂是有机物，属于电绝缘材料，胶黏剂含量的多少会影响电极极片的电阻，涂层越厚使用的胶黏剂越多，电阻越大。动力锂离子电池电极极片的涂层厚度一般为50μm，集流体铜箔的厚度一般是8μm，负极集流体使用的铝箔厚度为15μm，膈膜厚度为20μm，可见电池中活性材料占比很低，理想状态下活性材料占有的体积比仅76％。传统涂布工艺限制了活性物质的比例，使锂离子电池的能量密度受到局限。

4、(3)由于传统涂布工艺涂层厚度不能更改，如果想提高锂离子电池的能量密度，只有减小集流体、隔膜的厚度来提高涂层占有比例，这对锂离子电池的工艺性、安全性带来了巨大的挑战。

5、而极片干法工艺旨在解决上述问题。干法电极技术包括以下四个步骤：(1)粉末混合，(2)粉末气流磨，(3)加热辊压成膜，(4)成膜极片与集流体复合。以上工艺特点是过程简单、极片机械强度更大、载量更高、去溶剂化。电极制造过程中没有溶剂参与的固液混合、湿涂布层的干燥步骤，工艺更为简单，是一种绿色环境友好的工艺。

6、由于干法工艺主要依赖于聚四氟乙烯胶黏剂的纤维化，从而形成网状结构将活性材料联结，对于胶黏剂的开链、纤维化是提高电极机械强度与成膜的关键步骤。现有工艺针对胶黏剂的纤维化效果并不充分，从而导致膜片强度较低，自动化生产过程中膜片瑕疵较多，且走带及收放卷过程中极易出现撕裂及断带现象。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中粘结剂利用率低，纤维化程度不高，导致膜片强度差，自动化应用困难的问题，本发明的目的是提供一种改性电极膜粘结剂，利用此改性电极膜粘结剂制备的干法电极膜具有更高的拉伸强度，利于提升自动化生产过程的可操作性。

2、为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、一种改性电极膜粘结剂，其由粘结剂与纤维改性剂混合组成；所述纤维改性剂包括航空煤油、白油、丙酮、乙醇、乙二醇、丁二醇、甲醛、甲苯、碳酸乙酯、nmp、甲苯、二甲基硅油中的至少一种；所述粘胶剂包括聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素、聚丙烯腈、聚乙烯醇中的至少一种。

4、优选地，将粘结剂与纤维改性剂在0-80℃下混合12-24h，即得所述改性电极膜粘结剂。

5、本发明中改性电极膜粘结剂的改性原理为：在藏柜聚四氟乙烯树脂纤维化过程中，粘结剂黏度大，与物料的摩擦阻力大，从而纤维化过程中产丝短而粗，不利于成膜；纤维改性剂主要通过降低聚四氟乙烯等粘结剂的黏度，改善纤维化过程阻力，从而使制造出的纤维丝具有韧性，能过形成细长而强度稳定的丝，从而在使用少量聚四氟乙烯的情况下形成更加稳定的干法电极膜片。

6、本发明的另一目的是提供一种干法电极膜，其包括活性物质、导电剂及前述的改性电极膜粘结剂。

7、优选地，所述活性物质为正极活性材料或负极活性材料；所述正极活性材料包括磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、层状钠电材料、焦磷酸铁钠、普鲁士蓝、普鲁士白、磷酸钒钠中的至少一种；所述负极活性材料包括石墨、硬碳、硅碳复合材料、过渡金属氧化物中的至少一种。

8、优选地，所述导电剂包括导电炭黑sp、乙炔黑、科琴黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的至少一种。

9、本发明的再一目的是提供一种前述的干法电极膜的制备方法，其包括以下步骤：

10、s1：将粘结剂粉末与纤维改性剂按质量比(1-10)：1混合，并在0-80℃下静置12-24h，制得改性电极膜粘结剂；

11、s2：将活性物质与导电剂进行低速混合，制得第一混合物料；

12、s3：将改性电极膜粘结剂与第一混合物料进行高速混合，制得第二混合物料；

13、s4：将第二混合物料均匀置入热辊压机中轧制，制得干法膜片；

14、s5：将干法膜片与集流体进行热覆合，制得干法极片；

15、s6：对干法极片进行压实，制得所述干法电极膜。

16、优选地，步骤s3中的高速混合为气流粉碎、高速搅拌或球磨。

17、优选地，步骤s4中的轧制温度为60-200℃。

18、优选地，步骤s5中的热覆合温度为60-200℃。

19、本发明的又一目的是提供一种电池，此电池利用前述的干法电极膜(包括正极片和负极片)结合本领域的常规技术制得。

20、本申请具有以下有益效果：利用特定组成的纤维改性剂对粘结剂ptfe(聚四氟乙烯)进行改性处理(即纤维改性剂预浸泡ptfe)，并在一定温度下静置一段时间，可以有效提高ptfe的纤维化效果，提升干法膜片的拉伸强度，进一步提升自动化生产过程的可操作性。

技术特征：

1.一种改性电极膜粘结剂，其特征在于，其由粘结剂与纤维改性剂混合组成；所述纤维改性剂包括航空煤油、白油、丙酮、乙醇、乙二醇、丁二醇、甲醛、甲苯、碳酸乙酯、nmp、甲苯、二甲基硅油中的至少一种；所述粘胶剂包括聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素、聚丙烯腈、聚乙烯醇中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的改性电极膜粘结剂，其特征在于，将粘结剂与纤维改性剂在0-80℃下混合12-24h，即得所述改性电极膜粘结剂。

3.一种干法电极膜，其特征在于，包括活性物质、导电剂及权利要求1-2任一项所述的改性电极膜粘结剂。

4.根据权利要求3所述的干法电极膜，其特征在于，所述活性物质为正极活性材料或负极活性材料；所述正极活性材料包括磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、层状钠电材料、焦磷酸铁钠、普鲁士蓝、普鲁士白、磷酸钒钠中的至少一种；所述负极活性材料包括石墨、硬碳、硅碳复合材料、过渡金属氧化物中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的干法电极膜，其特征在于，所述导电剂包括导电炭黑sp、乙炔黑、科琴黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的至少一种。

6.一种如权利要求3-5任一项所述的干法电极膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的干法电极膜的制备方法，其特征在于，步骤s3中的高速混合为气流粉碎、高速搅拌或球磨。

8.根据权利要求6所述的干法电极膜的制备方法，其特征在于，步骤s4中的轧制温度为60-200℃。

9.根据权利要求6所述的干法电极膜的制备方法，其特征在于，步骤s5中的热覆合温度为60-200℃。

10.一种电池，其特征在于，包括权利要求3-5任一项所述的干法电极膜。

技术总结本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种改性电极膜粘结剂、干法电极膜及其制备方法与电池。本发明利用特定组成的纤维改性剂对粘结剂PTFE(聚四氟乙烯)进行改性处理(即纤维改性剂预浸泡PTFE)，并在一定温度下静置一段时间，可以有效提高PTFE的纤维化效果，提升干法膜片的拉伸强度，进一步提升自动化生产过程的可操作性。技术研发人员：李永钦,王伟坚,刘泽鑫,徐子昂受保护的技术使用者：珠海科创钠电科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29