[发明专利]一种电极的制备方法及制得的电极和应用

说明书

本发明公开了一种电极的制备方法及制得的电极和应用，该制备方法为配制20℃下粘度≤1000mPa.s的浆料；将浆料通过雾化器雾化并喷涂于基板上，控制雾化器的喷口直径为1～20mm，控制浆料通过雾化器的流量为10～200mL/min；对喷涂有浆料的基板进行加热干燥以制得电极，其中，控制加热干燥的温度为25～150℃。本发明的方法所制备的电极具有面密度高，粘结性好，无掉粉裂纹，电极密度可控，导电性能好，柔韧性好，机械性能好等特点，适用于锂离子电池、超级电容器等电化学器件，尤其适用于电极材料比表面积高、孔容积大、湿法涂布难的电极系统，如：锂离子电池、超级电容器、锂硫电池等。

技术领域

本发明属于电化学领域，具体涉及一种电极的制备方法及制得的电极和应用。

背景技术

电极是锂离子电池、超级电容器等电化学储能器件中最基本的组成部分，电极上活性物质的面密度、孔隙率、导电率、柔韧性等性能指标决定了储能器件的能量密度、功率特性、循环寿命等关键电化学性能。迄今为止，商品化的电极主要是通过涂布工艺制备的，为此，需要将活性物质、导电剂、粘结剂等材料通过高速搅拌分散在溶剂中，再通过涂布工艺，将这些浆料均匀地涂布在导电集流体表面，形成厚度均匀、面密度均匀的电极。但是，传统涂布工艺制备的电极片，由于浆料自重，在烘干过程中会发生沉降、物相分离等问题，同时由于浆料粘度有限，难以形成较厚的涂布层，因此难以获得高面密度的电极，而具有高的面密度能够有效提高活性物质与惰性的集流体的质量比，从而提高能量密度。这些都是在工艺与电极结构上限制电化学储能器件能量密度提高的瓶颈。

另外，在湿法刮涂和湿法转移涂布的体系中，浆料中的粘结剂是溶于溶剂中的，在干燥过程中随着溶剂的挥发，粘结剂会随着溶剂收缩到电极材料内部，造成粘结剂分布的不均一性。在锂离子电池体系中，由于锂离子电池浆料的固含量均较高(40％～60％)，电极材料的比表面积和孔容积小，溶剂含量不高，溶剂无法进入到电极材料内部，因此粘结剂分布不均匀的现象并不明显。但对于采用高比表面积和高孔容积电极材料的锂硫电池、超级电容器等器件而言，电极浆料固含量较低，溶剂含量高。在极片干燥过程中，粘结剂会随着溶剂慢慢收缩到多孔电极材料的内部，造成电极材料表面的粘附性差，在宏观上表现为极片的掉料、开裂现象严重。

纳米材料是未来的发展方向，为了追求更好的性能，锂离子电池、超级电容器等器件必然会往纳米方向发展，如：具有纳米尺度的电极材料、超级导电炭黑、石墨烯、高比表面积的活性炭等。纳米材料在具有更好的性能的同时，也存在一些问题：高比表面积、低的振实密度、较强的吸湿性等，这些问题会导致涂布困难，最典型的就是极片的开裂和掉粉现象。

要想将纳米材料运用在锂离子电池、超级电容器等器件中，如何对纳米材料进行涂布是目前亟待解决的问题。

申请公布号CN106663779A，申请公布日2017年5月10日的发明专利公开了通过喷涂制备电池电极的方法、通过该方法制备的电极及电池，该方法包括(a)提供电活性粒子；(b)混合电活性粒子与石墨烯基底材料，以形成以复合材料；以及(c)喷涂此复合材料于一基板上，以形成电池电极，其中电活性粒子的重量比石墨烯基底材料的重量的百分比率为40～95％。但是，该专利制得的电极的面密度仍有待提高，且电极仍存在掉料、开裂等现象，在制备锂硫电池时，电极中硫的含量仅为64％，放电电流为50mA/g，换算成倍率约0.029C，严重限制了锂硫电池的实际应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种面密度高的电极的制备方法及制得的电极和应用。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种电极的制备方法，包括如下步骤：

(1)配制20℃下粘度≤1000mPa.s的浆料；

(2)将所述的浆料通过雾化器雾化并喷涂于基板上，控制所述的雾化器的喷口直径为1～20mm，控制所述的浆料通过所述的雾化器的流量为10～200mL/min；