[发明专利]一种高比能锂电池电极及其干法制备方法和锂电池

说明书

本发明涉及一种高比能锂电池电极及其干法制备方法和锂电池。所述方法包括：在加热条件下，将电极材料和加工助剂按照加工助剂的质量占电极材料与加工助剂总质量的10％‑80％均匀混合，形成膏状混合物；其中，所述电极材料包括：电极活性物质、导电剂、粘接剂；所述加工助剂包括：聚碳酸乙烯酯PEC、聚碳酸丙烯酯Poly(propylene carbonate)、聚碳酸丁烯酯Poly(butylene carbonate)、聚碳酸环己烯Polycyclohexene carbonate或聚三亚甲基碳酸酯PTMC中的一种或多种组合；将所述膏状混合物辊压成型后，热压在集流体上，得到电极片；将所述电极片在真空条件下进行热处理，得到所述高比能锂电池电极。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种高比能锂电池电极及其干法制备方法和锂电池。

背景技术

现代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，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。

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。

发明内容

针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种高比能锂电池电极及其干法制备方法和锂电池。采用干法制备电极不使用溶剂的方式，在无溶剂混合的过程中添加了特定的加工助剂，增强分散性能，使得活性物质、导电剂和粘结剂均匀分散，易于加工成型；同时降低了材料体系对粘接剂的需求量，也降低了电极材料内阻，保证了电池的电化学性能；通过加工助剂的引入使用，使得工艺过程无须采用常规干法工艺中的粉末喷涂，节省了加工工艺步骤和成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种高比能锂电池电极的干法制备方法：，所述干法制备方法包括：

在加热条件下，将电极材料和加工助剂按照加工助剂的质量占电极材料与加工助剂总质量的10％-80％均匀混合，形成膏状混合物；其中，所述电极材料包括：电极活性物质、导电剂、粘接剂；所述加工助剂包括：聚碳酸乙烯酯PEC、聚碳酸丙烯酯Poly(propylenecarbonate)、聚碳酸丁烯酯Poly(butylene carbonate)、聚碳酸环己烯Polycyclohexenecarbonate或聚三亚甲基碳酸酯PTMC中的一种或多种组合；

将所述膏状混合物辊压成型后，热压在集流体上，得到电极片；

将所述电极片在真空条件下进行热处理，得到所述高比能锂电池电极。

优选的，所述加热条件为40℃-90℃；

所述均匀混合的方法具体包括：在球磨机中进行球磨混合，或者机械研磨混合。