[发明专利]一种高能量密度电池电极及其低碳制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种电池电极及其低碳低能耗制备方法和应用，属于电池领域。本发明提供一种电池电极的制备方法：先将正极或负极活性材料、导电填料和聚合物溶液混合均匀制得功能型电极浆料，再将功能型电极浆料涂覆在集流体表面，得到正极电极或负极电极；所述聚合物溶液包括多组分聚合物粘接剂分子和溶剂，所述聚合物包括聚偏氟乙烯和第二组分，所述溶剂为聚偏氟乙烯的低沸点不良溶剂，所述第二组分为能与聚偏氟乙烯发生相互吸引作用从而扩展聚偏氟乙烯分子链构象的高分子物质。利用本发明方法制备的复合电极，其中的活性材料、导电剂和聚合物在干燥后，三者在整个复合材料内部更加均匀的分布；实现了活性颗粒周围离子和电子传输网络的均一化调控。

技术领域

本发明涉及一种高能量密度动力电池电极及其低碳制备方法和应用，属于电池领域。

背景技术

二次离子电池是目前工业中和学术领域中备受关注的能源储存技术，在性能方面，高 能量密度，高功率密度，长循环使用寿命都是研究的重点，在加工过程中，加工的难易程 度，加工过程中的所需的能源消耗、加工原材料的价格和毒性等都是需要调控的关键因素。先进活性材料的研发必然是高性能能源储备设备的关键，但如何彻底地发挥和保障它的功 能则离不开电极整体的结构设计，微观形貌的控制，电子/离子网络的构建，电极整体的力 学性能和均一性等因素。因此，聚合物粘接剂作为电极组成中的重要组分，扮演了关键的 角色，对二次离子电池的性能和加工，都具有不言而喻的重要意义。

随着对电极的质量和性能的要求越来越高，动力电池的电极加工制备正面临一场前所 未有的机会和挑战。如何进一步优化粘接剂组成及性能，来实现对电极结构性能优化升级 的同时，实现电极更加低成本、低能耗和低排放的加工制备，已经成为一个动力电池时代必需解决的问题。

聚合物粘接剂体系作为控制复合电极加工成型的一个关键组分，对电极的加工方式、 加工工艺、微观结构和电化学性能等都有着重要的影响。电池电极的加工对粘接剂体系有 很高的要求。首先，高分子粘接剂溶液(粘接剂高分子及其溶剂)必须具有很强的纳米颗 粒分散能力和保持分散稳定性的能力，这是制备高质量电极浆料的第一步。第二，粘接剂 分子在干态下，与其它各组分之间必须具备着良好的界面粘接能力，其它组分包括活性颗粒、导电剂颗粒和金属集流体等；这是保障各组分之间形成良好界面粘接，确保电极微观结构稳定和正常工作的一个重要前提。第三，粘接剂作为界面构筑的主导材料，其需要较高的力学强度和温度稳定性，以确保电极结构在实际使用过程中处于稳定状态。第四，电极粘接剂在液体电解质润湿的环境中还必须具备一定的电化学稳定性，以确保在电极工作时，不会因粘接剂溶解或者分解而导致电极结构破坏。更进一步地，未来的粘接剂可能面临新的要求，比如具备良好的离子或者电子传输功能、良好的柔性及加工性能等，以满足电池更加个性化的需求(比如柔性电极等)；另外，设计新型粘接剂以制备高载量厚电极也是一个重要但是具有一定挑战的任务；这是因为电极越厚，其力学性能越不稳定，内部 颗粒的分散越不均匀，这就会导致电极表面开裂，内部电阻增大和导电通路不稳定等一系 列问题。