[发明专利]半固态电池用正极材料层、其制备方法、正极片和半固态电池

说明书

本发明公开了一种半固态电池用正极材料层、其制备方法、正极片和半固态电池，所述方法包括：1)将可纤维化聚合物粉体、聚合物电解质包覆的正极活性物质和导电剂混合，然后在剪切力的作用下使可纤维化聚合物粉体拉丝形成纤维，得到混合料；2)对混合料在集流体上进行热压处理，至预设厚度，得到所述的正极材料层。本发明的方法不仅解决了干法制备正极材料层时正极料比大、硬度大而导致正极材料混料不均匀和极片开裂的问题，降低了干法正极片制备过程中，对辊压机辊轴材质的要求，降低设备成本。还增加了极片自身的离子电导率，减少电解液的用量，提升了电池的安全性能。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，涉及一种半固态电池用正极材料层、其制备方法、正极片和电池。

背景技术

随着电子产品大量普及，锂电池因具有质量轻、体积小、工作电压高、能量密度高、输出功率大、充电效率高和无记忆效应等优点，越来越受到重视。不可避免地对锂电池的安全性和性能的要求也有越来越高，因此，提高电池安全性能也是未来锂离子电池研究的主要目标之一。目前市售的锂离子电池为液体电解质电池，液体电解质一般由锂盐、有机溶剂及添加剂组成，其室温下为易于流动的液体状态。在电池受到强烈碰撞或电池内部膨胀等作用后，电池包装很容易发生破损，液体电解质会泄漏出来。由于液体电解质含有大量的易燃、易爆的有机溶剂，因而产生极大的安全隐患。

现在电池中的正极制备均采用的湿法涂布的工艺(例如CN1722496A、CN101887970A)，虽然经过不断优化，工艺和设备已经达到了非常成熟的阶段，但不可否认在湿法涂布后需要经过烘干、溶剂回收再处理等繁琐的过程，人力物力成本均有所增加，使得电池制造成本很难下降。

相对传统的湿法涂布工艺，现在很多公司及科研单位将目光聚焦到了超级电容器产品生产工艺里的干法电极制备技术，该技术仅需要将活性物质与粘结剂混料后进行热辊压即可完成极片的制备，制备过程中无需NMP类溶剂的添加及干燥回收工艺，不仅大大简化了极片的制备工艺，而且可以使电池制造成本大幅度下降，同时全程没有有害溶剂的使用，也解决了电池制造过程中带来的环境污染问题。

但是该技术从超级电容器到锂离子电池的极片制备的技术转化过程仍处于研发初期，有很多问题急需解决，譬如在正极极片的制备工艺中，因为正极活性材料本身具有比较大的比重，在混料过程中很难将正极材料与导电剂、粘结剂混合均匀，而且该类材料具有较大的硬度，在极片辊压过程中，很难压成柔软的自支撑膜，易产生裂纹，无法与集流体复合，且较大硬度的材料对辊压机的辊轴材料要求过高，容易将辊轴压出凹坑，从而也大大增加了设备成本。

因而，有必要提供一种新的极片制备方法，减少电池制造带来的环境污染问题，降低成本，并提高电池的安全性能。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种正极材料层、其制备方法、正极片和半固态电池。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种正极材料层的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将可纤维化聚合物粉体、聚合物电解质包覆的正极活性物质和导电剂混合，然后在剪切力的作用下使可纤维化聚合物粉体拉丝形成纤维，得到混合料；

(2)对步骤(1)所述混合料在集流体上进行热压处理，至预设厚度，得到所述的正极材料层，该正极材料层是一种自支撑膜，具有良好的柔韧性。

本发明的方法中，步骤(1)进行干法混料，将可纤维化聚合物粉体、聚合物电解质包覆的正极活性物质和导电剂混合，在剪切力的作用下使可纤维化聚合物粉体拉丝形成纤维，制成一定粘度的干法粉体，对于拉丝的程度无具体限定，待混合料黏合成团即可。步骤(2)进行热压制膜，将干法混料完成的粉体，以一定的热压方式，压制成一定厚度的正极材料层；热压过程中，聚合物纤维相互搭接，挤压移动，形成网络化结构，网络化结构将其他组分颗粒包裹粘结在一起，形成自支撑膜片，即为正极材料层。