本發(fā)明涉及二次電池，尤其是涉及一種干法電極膜及其制備方法、干法電極和電池。

背景技術(shù)：

1、目前，干法工藝因其低成本、高負(fù)載、環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)受到了越來(lái)越多行業(yè)者的關(guān)注，尤其在固態(tài)電池領(lǐng)域，干法電極可以完美適配硫化物體系，避免溶劑對(duì)電解質(zhì)的影響。然而在制備干法膜的時(shí)候，僅僅使用聚四氟乙烯（ptfe），電極膜的抗拉伸強(qiáng)度、與集流體之間的剝離強(qiáng)度仍然不夠，特別是活性材料粒徑＜5μm時(shí)，單用ptfe制備的膜片硬且脆，沒(méi)有柔韌性，甚至無(wú)法成膜；此外，ptfe的最低未占據(jù)分子軌道（lumo）較低，易接受電子，導(dǎo)致電化學(xué)穩(wěn)定性較差，在低電壓下可能發(fā)生副反應(yīng)。

2、由于小粒徑活性物質(zhì)具有更多的活性位點(diǎn)和更高的表面積，它們通常表現(xiàn)出更高的反應(yīng)活性，因此為了得到更優(yōu)異的電化學(xué)性能，在活性物質(zhì)粒徑方面，一般設(shè)置材料粒徑更小一點(diǎn)。但是，粒徑小的材料比表面積大，純ptfe體系的干法體系很難連續(xù)成膜，即使成膜，膜片硬且脆，沒(méi)有柔韌性，很容易裂開(kāi)，無(wú)法進(jìn)行后續(xù)固態(tài)電池組裝步驟；另外，電極膜與集流體的復(fù)合是十分重要的，但純ptfe體系干法膜在與集流體復(fù)合中，存在粘結(jié)力不夠的問(wèn)題，在電池循環(huán)過(guò)程中容易造成活性干法膜與集流體部分接觸不良，從而影響電池的電化學(xué)性能。

3、現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于干法膜的制備與優(yōu)化，除了工藝設(shè)備上的改進(jìn)，還有很多復(fù)合粘結(jié)劑的使用，比如加入硅膠樹(shù)脂膠黏劑提高干法膜與集流體的粘結(jié)性，或者加入pvp抑制ptfe與鋰的反應(yīng)等。但是現(xiàn)有的方案僅對(duì)已成膜的體系進(jìn)行優(yōu)化，未針對(duì)小粒徑、高比表面的材料體系進(jìn)行優(yōu)化。

4、有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種干法電極膜，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中上述技術(shù)問(wèn)題中的至少一種。

2、本發(fā)明的目的之二在于提供一種干法電極膜的制備方法。

3、本發(fā)明的目的之三在于提供一種干法電極。

4、本發(fā)明的目的之四在于提供一種電池。

5、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

6、本發(fā)明的第一方面提供了一種干法電極膜，包括活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑；

7、所述粘結(jié)劑包括第一粘結(jié)劑和第二粘結(jié)劑；

8、所述第一粘結(jié)劑為所述第一粘結(jié)劑為聚四氟乙烯或四氟乙烯與單體的共聚物；

9、所述第二粘結(jié)劑的熔點(diǎn)＜120℃。

10、進(jìn)一步地，所述第二粘結(jié)劑包括peg、peo、無(wú)定型pvdf、pmma和聚氯乙烯中的至少一種。

11、進(jìn)一步地，所述第一粘結(jié)劑和所述第二粘結(jié)劑的質(zhì)量比為1：0.1~5。

12、進(jìn)一步地，所述的干法電極膜包括按照質(zhì)量份數(shù)計(jì)的活性材料30~95份、固態(tài)電解質(zhì)0~60份、導(dǎo)電劑0.5~10份和粘結(jié)劑0.5~5份。

13、所述導(dǎo)電劑包括vgcf、炭黑、乙炔黑、科琴黑、導(dǎo)電石墨、碳納米管和石墨烯中的至少一種。

14、進(jìn)一步地，所述活性材料包括正極活性材料和負(fù)極活性材料。

15、所述正極活性材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、尖晶石錳酸鋰、富鋰錳、鎳鈷鋁酸鋰和鎳錳鈷酸鋰中的至少一種。

16、所述負(fù)極活性材料包括碳材料、硅材料、硅碳復(fù)合材料、鈦酸鋰或合金材料。

17、進(jìn)一步地，所述活性材料為正極活性材料。

18、所述干法正極膜包括按照質(zhì)量份數(shù)計(jì)的正極活性材料30~95份、固態(tài)電解質(zhì)4~60份、導(dǎo)電劑0.5~5份和粘結(jié)劑0.5~5份。

19、所述固態(tài)電解質(zhì)包括硫化物固態(tài)電解質(zhì)、氧化物固態(tài)電解質(zhì)、聚合物固態(tài)電解質(zhì)和復(fù)合電解質(zhì)中的至少一種。

20、本發(fā)明第二方面提供了所述的干法電極膜的制備方法，將活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑混合均勻，所述混合的轉(zhuǎn)速為300rpm-20000rpm，混合時(shí)間為0.1h-5h，然后纖維化，最后使用輥壓機(jī)成膜得到所述干法電極膜。

21、進(jìn)一步地，所述混合的溫度＜19℃。

22、利用高速高剪切設(shè)備進(jìn)行所述纖維化。

23、所述高速高剪切設(shè)備包括氣流粉碎機(jī)、雙螺桿擠壓機(jī)、攪拌機(jī)和差速輥壓機(jī)中的至少一種。本發(fā)明第三方面提供了一種干法電極，包括集流體以及設(shè)置于所述集流體至少一側(cè)表面的干法電極膜。

24、本發(fā)明第四方面提供了一種電池，包括第三方面所述的干法電極。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有如下有益效果：

26、本發(fā)明提供的干法電極膜中，粘結(jié)劑由第一粘結(jié)劑以及熔點(diǎn)低于120℃的第二粘結(jié)劑組成，第二粘結(jié)劑的引入在電極材料混料過(guò)程中，機(jī)械混料產(chǎn)生的熱能能夠讓第二粘結(jié)劑軟化，將小顆粒粘結(jié)在一起，改善電極材料表面能，驅(qū)動(dòng)電極顆粒在干混過(guò)程中的團(tuán)聚或混合行為，形成高強(qiáng)度、與集流體粘附力高的干法膜；另一方面，第二粘結(jié)劑在熱壓復(fù)合集流體過(guò)程中，能在較低的溫度發(fā)生軟化，與集流體復(fù)合更緊密，優(yōu)化了電極膜與集流體之間的剝離強(qiáng)度，提高了電池的循環(huán)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能。

27、這樣的粘結(jié)劑組成不僅增強(qiáng)了電極膜的抗拉伸強(qiáng)度和柔韌性，特別是對(duì)于粒徑小于5微米的活性材料，提高了干法電極的電化學(xué)性能，進(jìn)而提升了電池的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性，還增強(qiáng)了電池的安全性。

技術(shù)特征：

1.一種干法電極膜，其特征在于，包括活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干法電極膜，其特征在于，所述第二粘結(jié)劑包括peg、peo、無(wú)定型pvdf、pmma和聚氯乙烯中的至少一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干法電極膜，其特征在于，所述第一粘結(jié)劑和所述第二粘結(jié)劑的質(zhì)量比為1：0.1-5。

4.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的干法電極膜，其特征在于，包括按照質(zhì)量份數(shù)計(jì)的活性材料30~95份、固態(tài)電解質(zhì)0~60份、導(dǎo)電劑0.5~10份和粘結(jié)劑0.5~5份；

5.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的干法電極膜，其特征在于，所述活性材料包括正極活性材料和負(fù)極活性材料；

6.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的干法電極膜，其特征在于，所述活性材料為正極活性材料；

7.一種權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述的干法電極膜的制備方法，其特征在于，將活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑混合均勻，所述混合的轉(zhuǎn)速為300rpm-20000rpm，混合時(shí)間為0.1h-5h，然后纖維化，最后使用輥壓機(jī)成膜得到所述干法電極膜。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述混合的溫度＜19℃；

9.一種干法電極，其特征在于，包括集流體以及設(shè)置于所述集流體至少一側(cè)表面的干法電極膜；

10.一種電池，其特征在于，包括權(quán)利要求9所述的干法電極。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種干法電極膜及其制備方法、干法電極和電池，具體涉及二次電池技術(shù)領(lǐng)域。該干法電極膜包括活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑；所述粘結(jié)劑包括第一粘結(jié)劑和第二粘結(jié)劑；所述第一粘結(jié)劑為聚四氟乙烯；所述第二粘結(jié)劑的熔點(diǎn)＜120℃。第二粘結(jié)劑的引入在電極材料混料過(guò)程中，機(jī)械混料產(chǎn)生的熱能能夠讓第二粘結(jié)劑軟化，將小顆粒粘結(jié)在一起，改善電極材料表面能，驅(qū)動(dòng)電極顆粒在干混過(guò)程中的團(tuán)聚或混合行為，形成高強(qiáng)度、與集流體粘附力高的干法膜；另一方面，第二粘結(jié)劑在熱壓復(fù)合集流體過(guò)程中，能在較低的溫度發(fā)生軟化，與集流體復(fù)合更緊密，優(yōu)化了電極膜與集流體之間的剝離強(qiáng)度，提高了電池的循環(huán)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：劉茜,姚猛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京恩力動(dòng)力技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9