一种新型蓄电池生产工艺的制作方法
【专利摘要】本发明是一种‘复合即成形’的新型蓄电池生产工艺。通过对有机高分子聚合物进行改性得到离子-电子导电的双导型弹性材料，将该材料与纳米电极活性材料复合并直接涂布在集流体上形成电极，从而生产蓄电池。本工艺能有效克服高比容量电极活性材料在反应时体积变化大、导电差、溶解、团聚等问题，为高比容量电极活性材料的应用提供了解决方案，为大幅提高蓄电池的性能拓宽道路。
【专利说明】一种新型蓄电池生产工艺
所属【技术领域】
[0001]本发明是‘复合即成形’蓄电池生产工艺，作为储能设备，蓄电池广泛用于能源、交通、航空、航天、工业、电子、电器多个领域。
技术背景
[0002]全世界都在大力发展新能源，电动汽车成为各国大力推广政策，可是，目前的蓄电池都存在价格高，比容量小，导致汽车用动力电池重量太大，汽车行程短，以及充电速度慢等一系列问题而严重阻碍新能源电动汽车发展！蓄电池的性能好坏最主要是由电极决定，电极活性材料与电极生产工艺决定电极的性能。现有锂离子蓄电池基本都采用锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂或三元混合材料作为电池正极材料，而它们的比容量都不大，科学工作者都在设法找到大比容量的材料取代之。电极生产工艺是将活性材料、导电剂、粘合剂混合制浆以后，涂在集流体上压成簿片，这种厚度只有0.125mm的电极片就是目前大部分锂离子蓄电池所采用的电极形式，这种电极的活性材料含量一般都在90 %以上，导电剂和粘合剂总量在10%以下。十分致密，严重阻碍离子的移动速度，容易产生极化，并且这种工艺不能很好克服电极活性材料在反应时体积变化大、导电变差、溶解、团聚等问题，从而限制了对高比容量电极材料的使用，所以蓄电池性能不能大幅提升。
[0003]本发明从电极活性材料到电极生产做了些改变，使电极完全克服活性材料在反应时体积变化大、导电变差、溶解、团聚等问题，从而可以很好的把高比容量的电极活性材料用在锂离子电池的正负极上。在这种情况下，就可以选择比如:硫(1675mAh/g)和硅(4200mAh/g)、锂(3800mAh/g)、锡基(990mAh/g)，这些是作为锂离子电池正负极比容量十分优秀的材料，很多科研机构都千方百计想解决这些材料如何使用问题，包覆、掺杂、聚合、复合等方案都用过，除了簿膜化效果不错外，在普通电极方面目前没有满意的使用方案。所以目前蓄电池难以取得大的突破性进展，也抑制了新能源电动汽车行业发展。
【发明内容】
[0004]由于目前的蓄电池其电极制造工艺决定它的缺陷:1、以往电极生产工艺制约了电极材料的选择，这种电极下艺不能很好克服很多高比容量活性材料在反应时体积变化大、导电差、溶解、团聚等问题，基本上正极选择锰酸锂、钴酸锂、磷酸锂，实际比能量在90-150mAh/g,负极材料都使用碳或碳复合材料，电池的理论比容量偏小，电极性能上升空间被限制；2、电极材料结构密实，阻碍离子扩散，电流大了就产生极化，影响倍率性；3、电极材料决定生产成本高。结果就是:这些蓄电池充电速度慢，单位容量小，成本高，决定了它们不太合适配套电动汽车，制约新能源电动汽车行业发展。
[0005]本发明根据高比容量电极活性材料在反应时的特点，采用一种与传统电极的材料及组成形式不同的方案，能完全克服活性材料在反应时体积变化大、导电差、溶解、团聚等问题，从而能选择高比容量的电极活性材料作为电池正负极，大幅度提升蓄电池性能。以本发明生产的锂离子电池，可以降低成本，提高单位质量的比容量，完全可以满足电动汽车使用。
[0006]要解决的技术问题
[0007]要解决的技术问题是:目前锂离子电池电极从结构到工艺过程不利于锂离子扩散，限制了把硫和硅等优秀材料作为正负电极活性材料，这就制约了电池性能的提升。导致成本高，容量小，充电慢等问题无法彻底解决。
[0008]按以往的电极制备工艺，即使对活性材料如:硫和硅进行包覆、掺杂、化合等处理，然后再粉碎与导电剂、粘合剂等混合制备电极，不能很好解决活性材料反应时体积变化大、溶解、团聚等问题。如:硫作为电池正极活性材料时多硫化锂溶解于电解质、硫微粒团聚、嵌锂脱锂时体积变化破坏电极结构，最终导致正负电极活性材料减少，电极导电能力下降，容量衰减失效；娃作为电池负极活性材料时，娃本身不导电，反应时体积变化非常大，同样一直不能很好解决由此产生硅电极循环效果不理想。以往方案没有很好解决循环问题，原因主要是:包覆材料用量数据不正确，太少；包覆后的材料的再次粉碎会让很多活性材料再次暴露；活性材料、导电剂、粘合剂混合制备电极的工艺决定电极结构不可靠。
[0009]本发明的电极生产下艺，采用‘复合即成形’方案得到一种很稳定电极结构，将彻底解决电极活性材料在工作时体积变化大、溶解、团聚等破坏电极结构稳定和循环性能下降的顽固问题，采用本电极生产工艺能保证包括硫、硅在内的电极活性材料性能的全面稳定发挥出来，为电极活性材料的选择拓宽道路。从而实现电池的大比容量，低成本。
[0010]技术方案
[0011]本发明‘复合即成形’电池生产工艺，是将电极活性材料(硫、硅等)与高弹性导电子、导离子的双导型高分子聚合物复合，并由复合聚合物直接成形作为电极，活性材料被分散并同定在复合聚合物内。具体方案是:1、选用合适的弹性高分子聚合物作为载体，并对高分子聚合物掺杂改性，使它成为能导电子、导离子的双导型材料；2、将纳米电极活性材料与高分子聚合物按特定体积比在溶剂中分散、溶解并充分混合形成复合物。(特定体积比是由各种材料特性及实验来确定，硫与聚合物体积比不大于65%: 35%，硅与聚合物体积比不大于50%: 50%，锂与聚合物体积比85%: 15% ) ;3、将2得到的复合物浆料涂布在集流体上，所得复合聚合物干燥压平直接作为电极；4、将3制成的正负电极与电解质组装成蓄电池。
[0012]有益效果
[0013]本发明将纳米活性材料分散并同定在立体的弹性高分子聚合物内的稳定结构，克服活性材料反应时的体积效应，阻止了团聚和溶解，由于是复合即成形，也就没有破坏复合聚合物结构，这种结构大幅降低锂离子扩散阻力，实现了硫、硅等优秀材料的利用，提高蓄电池的比容量，降低蓄电池成本，完全可以用于电动汽车，降低电动汽车成本，同时大幅度提高一次充电后的行程，也能很快的补充电量，必将对电动汽车行业起推动作用。
【权利要求】
1.要求权利是:这种‘复合即成形’蓄电池的生产工艺。它是将纳米电极活性材料与高弹性的双导型高分子聚合物进行复合，并将所得复合聚合物直接制作成为电极，以这种复合就直接形成电极的方式，电极活性材料被分散并固定在复合聚合物内，直接成形可以保证电极的结构稳定。这种工艺不同于现有的聚合物包覆，现有聚合物包覆所用包覆聚合物用量一般都很小(小于15%)，其目的是为了表面处理，包覆后的电极制造工艺也不相同，现有的工艺是包覆完成后都要进行粉碎，再与导电剂、粘合剂混合制备电极。 本发明主要特征是:(1)选择合适的弹性高分子聚合物进行掺杂、改性成导电子、导离子的双导型材料；(2)纳米电极活性材料与高分子聚合物按特定体积比在溶剂中分散、溶解并充分混合形成复合物(活性材料与高分子聚合物体积比远远小于目前普遍采用的比例，它是由活性材料特性及实验数据确定，以彻底把活性材料分散并同定在聚合物内)；(3)将2得到的复合聚合物浆料直接涂布在集流体上，干燥压平直接作为电极。
【文档编号】H01M4/62GK104009206SQ201310063777
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2013年2月27日 优先权日:2013年2月27日
【发明者】曹晓斌 申请人:曹晓斌