自支撑的电极膜、包含其的电极及其制备方法与流程

本发明涉及电池制备领域。本发明涉及一种自支撑的电极膜、包含其的电极及其制备方法。

背景技术：

1、作为绿色减排的解决方案，新能源市场火热发展。随着锂电池在汽车、储能等市场占有率的快速提升，对锂电池的需求量也爆发式地增加。同时，锂电池全生命周期的碳排控制也提上了日程。在锂电全生命周期碳排中，生产制造过程是排名前5的排放主力。

2、目前锂电池的生产加工过程使用的是湿法工艺，需要使用nmp(正极)或者水(负极)作为分散介质配合配方体系制浆，保证物料的分散与流动性，最终满足的正负极涂浆的要求。

3、例如，cn113948708a公开了一种正极制备方法，包括按配比称取原料，然后将磷酸铁锂、正极粘结剂、正极导电剂和一半溶剂混合，得到混合物a；将、黑沥青、改性纳米胶岭石和另一半溶剂混合，得到混合物b，将混合物a和混合物b混合，得到正极浆料；将正极浆料均匀涂覆于正极集流体上，在90-120º℃下烘烤15-25h后辊压得到正极极片。

4、cn113948677a公开了一种可直接用于制备锂离子电池的硅烯负极片的制备方法，包括步骤：(1)将硅前驱物与导电炭黑、粘结剂混合分散于溶剂中，超声、搅拌形成浆料，将所述浆料涂覆于集流体上，真空干燥去除溶剂得到电极片；所述硅前驱物为casi2或mgsi2；(2)以铂丝为阴极或阳极，将铂丝插入包含无机酸和有机溶剂的电解液中，以步骤(1)制备的电极片为阳极或阴极，构建电化学反应池，进行电化学反应，反应结束后对所述电极片表面进行清洗，真空干燥即得所述可直接用于制备锂离子电池的硅烯负极片。

5、这种传统工艺不仅涉及有害溶剂的生产、运输、保存、使用、回收等问题，更带来了加工过程中的大量能耗(用于极片干燥烘烤)。使用干法工艺被认为是一种可以有效解决此类问题的前瞻性方案。

6、目前的干法工艺是通过粉末(电极活性材料、导电剂和粘接剂)的充分混合和分散，然后通过形成粘接剂与无机颗粒表面的充分接触，最终达到成膜效果。一方面，由于颗粒之间的粘接是点和点的接触，导致粘接效率不高，该方法需要使用大量的粘接剂(通常在5-20%)才能达到成膜的效果。另一方面，由于常规的聚合物粘接剂是绝缘体，因此电极配方中需要加入大量的导电剂以达到导电目的，从而又推高了粘接剂的使用量。

7、本领域中仍需要开发新的电极生产方法，其既能实现节能减排也能提高粘结效率。

技术实现思路

1、本发明旨在开发新的电极生产方法，其既能实现节能减排也能提高粘结效率。

2、发明人发现特种自支撑的电极膜的使用可实现本发明的目的。

3、因此，根据本发明的第一方面，提供一种自支撑的电极膜，其特征在于，相对于所述电极膜的总重量计，包含0.5-20重量%的导电聚合物纤维和80-99.5重量%的电极活性材料。

4、根据本发明的第二方面，提供一种制备上述自支撑的电极膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

5、i)将导电聚合物纤维和电极活性材料混合以得到混合物；和

6、ii)使所得混合物成型为电极膜。

7、根据本发明的第三方面，提供一种电极，其特征在于，包括集流体以及附着在所述集流体上的上述电极膜。

8、根据本发明的第四方面，提供一种制备上述电极的方法，其特征在于，使上述电极膜附着在所述集流体上。

9、根据本发明的第五方面，提供一种电池，其特征在于，包括上述电极膜或电极。

10、本发明的自支撑的电极膜使用导电聚合物纤维，通过纤维网络产生更多粘附点的同时提供导电网络。导电聚合物纤维的使用在大大提高粘接力的同时改善导电网络，可以使后续加工过程中不再使用导电剂或者少用导电剂，减少混合难度，提高极片性能和电池容量。

技术特征：

1.一种自支撑的电极膜，其特征在于，相对于所述电极膜的总重量计，包含0.5-20重量%的导电聚合物纤维和80-99.5重量%的电极活性材料。

2.根据权利要求1所述的电极膜，其特征在于，所述导电聚合物纤维由导电聚合物形成或者由导电剂与聚合物的混合物形成，优选地，所述导电剂和所述聚合物的重量比为5/95至60/40，优选20/80至50/50。

3.根据权利要求2所述的电极膜，其特征在于，所述聚合物选自导电聚合物、不导电聚合物及其组合。

4.根据权利要求3所述的电极膜，其特征在于，所述导电聚合物选自带有共轭结构的聚合物如聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚对苯撑乙烯、聚乙炔及其组合。

5.根据权利要求3所述的电极膜，其特征在于，所述不导电聚合物选自氟聚合物、聚烯烃、聚氯乙烯、聚酰胺、聚氧乙烯、聚丙烯酸、聚酯、聚醚、聚苯硫醚、聚砜、聚丙烯腈、聚醚醚酮、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、丁腈橡胶、丁二烯-苯乙烯橡胶及其组合，优选地，所述不导电聚合物选自聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚十二内酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氧乙烯、聚苯硫醚、聚丙烯腈、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、丁腈橡胶、丁二烯-苯乙烯橡胶及其组合。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电极膜，其特征在于，所述导电剂选自导电石墨、乙炔黑、科琴黑、碳纳米管、石墨烯及其组合。

7.根据权利要求1或2所述的电极膜，其特征在于，所述导电聚合物纤维的平均直径小于20μm，优选地，所述导电聚合物纤维的平均直径在0.05-5μm范围内，更优选地，所述导电聚合物纤维的平均直径在0.1-1μm范围内。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电极膜，其特征在于，所述导电聚合物纤维的长度小于10mm，优选地，所述导电聚合物纤维的长度在0.01-2mm范围内，更优选地，所述导电聚合物纤维的长度在0.02-1mm范围内，最优选地，所述导电聚合物纤维的长度在0.1-0.5mm范围内。

9.一种制备根据权利要求1至8中任一项所述的电极膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过选自熔融纺丝、静电纺丝、溶液纺丝的纺丝方法形成导电聚合物纤维。

技术总结
本发明涉及一种自支撑的电极膜、包含其的电极及其制备方法。所述一种自支撑的电极膜，相对于所述电极膜的总重量计，包含0.5‑20重量%的导电聚合物纤维和80‑99.5重量%的电极活性材料。本发明的自支撑的电极膜使用导电聚合物纤维，通过纤维网络产生更多粘附点的同时提供导电网络。

技术研发人员：刘瑜洁
受保护的技术使用者：蔚来汽车科技（安徽）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15