[发明专利]基于石墨烯的干法电池极片、电池及其制造方法

说明书

本申请提供一种基于石墨烯的干法电池极片、电池及其制造方法。在无溶剂条件下将石墨烯粉体、电极活性材料、导电剂以及多氟树脂粘结剂均匀混合成为混合物，所述混合物再通过捏合及辊压制成柔韧的干法电极极片膜,所述干法电极极片膜不需要集流体支撑可直接制成干法电池极片(或电池电芯)；本申请进一步包含结合了所述干法电极极片膜和集流体的干法电池极片。本申请基于石墨烯的干法电池极片、电池及其制造方法没有用到任何溶剂，对环境友好并且避免对工作人员产生潜在危害。

技术领域

本申请涉及电化学装置领域,特别是一种基于石墨烯的干法电池极片、电池及其制造方法。

背景技术

目前锂离子电池极片(包含正极极片和负极极片)的主要制作工艺依次为混料，匀浆，涂布，干燥，辊压得到合适厚度的正极极片和负极极片。同时我们应当意识到匀浆过程需要使用大量的溶剂如NMP，H2O等，后续的涂布干燥过程又需要大量能耗将极片中的溶剂分子干燥除去，H2O以及其他杂质小分子残留越低电池性能越优异。该工艺过程不仅需要使用有毒性的有机溶剂同时能耗较高，而且需要增加NMP回收辅助设备来降低有机溶剂对环境的破坏作用。

目前锂离子电池采用的集流体的材料主要有铜箔和铝箔两种，为了追求高能量密度电池，目前铜箔厚度可以加工至8μm-12μm，铝箔厚度可以加工至12μm-20μm。为了进一步增加电池的能量密度，可以考虑在集流体表面冲孔或其他形状，使用这些特殊的箔材可以进一步较少集流体的重量，进而提高电池的能量密度。受制于目前涂布工艺的限制，表面冲孔集流体难以进行涂布操作。目前虽然有厂家研发出立式双面涂布设备用来解决冲孔集流体涂布工艺的问题，但是该设备只能解决微小的孔洞集流体，对于孔径大些的集流体却无能为力。

干法电极技术顾名思义，指的是极片加工过程中不使用任何溶剂，仅仅通过干法混合即可制备出电极极片的技术。干法电极技术在超级电容器生产中已经的得到广泛应用，但是在电池领域目前处于起步阶段。干法电极技术的一个优势是可以脱离集流体单独制备出稳定的柔性电极膜，通过热压复合技术将含有电极活性材料的电极膜与集流体粘合为一体。故该方法可以使用表面冲孔或其他形状的箔材作为集流体，制备出湿法涂布方案无法加工的新型电池。

锂离子电池现有的涂布辊压技术制备极片需要在集流体上进行涂布操作，脱离集流体或者集流体表面具有较大的孔洞结构，涂布工序亦难以完成。

发明内容

本申请的目的，是提供一种基于石墨烯的干法电池极片、电池及其制造方法。在本申请的实施方案中包含提出一种干法电极极片膜作为干法电池极片。

在一实施方案中,本申请提出的基于石墨烯的干法电池极片至少包括通过辊压一混合物制成的干法电极极片膜,该混合物的组成包含：0.1wt％-10wt％石墨烯、0.1wt％-10wt％导电剂、0.1wt％-10wt％多氟树脂粘结剂以及70wt％-99.7wt％电极活性材料，该干极片膜的厚度为25μm-500μm，该干极片膜的压实密度为1.0mg/cm³-5.0mg/cm³。

在一实施方案中,本申请提出的基于石墨烯的干法电池极片进一步包含一集流体金属箔,所述的干法电极极片膜通过热压复合于所述的集流体金属箔的一面或相对的两面。

在一实施方案中,本申请提出一种基于石墨烯的干法电池极片的制造方法,包括以下步骤：

制备混合均匀的混合物,该混合物的组成包含：0.1wt％-10wt％石墨烯粉体、0.1wt％-10wt％导电剂、0.1wt％-10wt％多氟树脂粘结剂以及70wt％-99.7wt％电极活性材料；

通过持续施加剪切外力使该混合物中的该多氟树脂粘结剂分子发生纤维化反应；

通过捏合工艺持续捏合该混合物；