使用连续涂覆线制造电极的方法与流程

本公开涉及使用连续涂覆线制造电极的方法，以及由此生产的用于如电池等电储存装置的电极。

背景技术：

1、所使用的方法和系统可以将均匀的层或涂层施加到用于生产锂离子电池电极的基材上。所采用的涂覆工艺可以将用于正或负电极的电池电极浆料施加到连续移动的基材的集电器上。连续涂覆线布局包含开卷机、涂覆站、干燥机和收卷机。然而，该工艺的运行速度受到溶剂蒸发速率、干燥时间、溶剂的较低爆炸极限(lel)以及生产高质量电极的能力的限制。因此，生产电池电极需要更快的线速度。

技术实现思路

1、本公开提供了一种使用连续涂覆线制造电极的方法，所述连续涂覆线用于在基材的基材表面上施加电极涂层，所述连续涂覆线包括：涂覆设备和至少一个烘箱，所述涂覆设备包括涂覆头和涂覆流体供应系统，所述至少一个烘箱包括加热元件，以及用于运输所述基材的基材运输机，所述方法包括使用基材运输机连续地运输所述基材通过所述连续涂覆线；将电池电极浆料组合物从所述涂覆头连续地施加到所述基材表面以形成湿涂覆基材，其中所述电池电极浆料组合物通过所述涂覆流体供应系统被连续地供给到所述涂覆头中；以及在所述烘箱中加热湿涂覆基材以在所述基材上形成干燥涂层；其中所述电池电极浆料组合物包括：电化学活性材料，所述电化学活性材料包括正电池电极活性材料或负电池电极活性材料；有机介质，所述有机介质包括以下、大体上由以下组成或由以下组成：磷酸三烷基酯；粘合剂，所述粘合剂包括：(a)含氟聚合物，所述含氟聚合物包括偏氟乙烯的残基；以及(b)一种或多种(甲基)丙烯酸聚合物，所述(甲基)丙烯酸聚合物包括包含以下的残基的结构单元：(i)40重量％至80重量％的在烷基中含有1个至3个碳原子的(甲基)丙烯酸的烷基酯；(ii)18重量％至48重量％的在烷基中含有4个至18个碳原子的(甲基)丙烯酸的烷基酯；(iii)0.1重量％至10重量％的羟烷基酯；(iv)0重量％至10重量％的α、β-烯属不饱和羧酸；以及(v)0重量％至20重量％的包括杂环基的烯属不饱和单体，所述重量％基于构成所述一种或多种(甲基)丙烯酸聚合物的总单体重量；以及任选地导电剂。

2、本公开还提供了一种使用连续涂覆线制造电极的方法，所述连续涂覆线用于在基材的基材表面上施加电极涂层，所述连续涂覆线包括：涂覆设备和至少一个烘箱，所述涂覆设备包括涂覆头和涂覆流体供应系统，所述至少一个烘箱包括加热元件，以及用于运输所述基材的基材运输机，所述方法包括使用基材运输机连续地运输所述基材通过所述连续涂覆线；将电池电极浆料组合物从所述涂覆头连续地施加到所述基材表面以形成湿涂覆基材，其中所述电池电极浆料组合物通过所述涂覆流体供应系统被连续地供给到所述涂覆头中；以及在所述烘箱中加热湿涂覆基材以在所述基材上形成干燥涂层；其中所述电池电极浆料组合物包括：电化学活性材料，所述电化学活性材料包括正电池电极活性材料或负电池电极活性材料；有机介质，所述有机介质包括以下、大体上由以下组成或由以下组成：(i)包括亚砜官能团的分子；以及(ii)乙二醇醚和/或酯；其中，基于所述溶剂系统的重量，所述溶剂系统包含小于1重量％的包括结构r1c(═o)nr2r3的分子，其中r1是脂肪族饱和基团，所述脂肪族饱和基团可以是直链或支链的，具有1个至6个碳原子，并且被一个或多个官能团取代，所述一个或多个官能团包括—c(═o)or和—c(═o)nr4r5，r是具有1个至6个碳原子的烷基，并且r4和r5各自独立地是甲基或乙基，并且r2和r3各自独立地是甲基或乙基；粘合剂，所述粘合剂包括含氟聚合物；以及任选地导电剂。

3、本公开提供了一种使用连续涂覆线制造电极的方法，所述连续涂覆线用于在基材的基材表面上施加电极涂层，所述连续涂覆线包括：涂覆设备和至少一个烘箱，所述涂覆设备包括涂覆头和涂覆流体供应系统，所述至少一个烘箱包括加热元件，以及用于运输所述基材的基材运输机，所述方法包括使用基材运输机连续地运输所述基材通过所述连续涂覆线；将电池电极浆料组合物从所述涂覆头连续地施加到所述基材表面以形成湿涂覆基材，其中所述电池电极浆料组合物通过所述涂覆流体供应系统被连续地供给到所述涂覆头中；以及在所述烘箱中加热湿涂覆基材以在所述基材上形成干燥涂层；其中所述电池电极浆料组合物包括：电化学活性材料，所述电化学活性材料包括正电池电极活性材料或负电池电极活性材料；有机介质；粘合剂，所述粘合剂包括分散在所述有机介质中的含氟聚合物；以及任选地导电剂。

4、本公开还提供了由本公开的任何方法形成的电极。

5、本公开进一步提供了一种电储存装置，其包括：(a)由本公开的任何方法形成的电极；(b)反电极；以及(c)电解质。

技术特征：

1.一种使用连续涂覆线制造电极的方法，所述连续涂覆线用于在基材的基材表面上施加电极涂层，所述连续涂覆线包括：涂覆设备，所述涂覆设备包括涂覆头和涂覆流体供应系统；和至少一个烘箱，所述至少一个烘箱包括加热元件；以及用于运输所述基材的基材运输机，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述含氟聚合物溶解在所述有机介质中。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述有机介质包括溶剂系统，所述溶剂系统包括：(i)所述磷酸三烷基酯；以及(ii)助溶剂，所述助溶剂包括内酯和/或包括亚砜和/或砜官能团的分子，其中基于所述溶剂系统的总重量，所述磷酸三烷基酯和所述助溶剂占所述溶剂系统的至少50重量％。

4.一种使用连续涂覆线制造电极的方法，所述连续涂覆线用于在基材的基材表面上施加电极涂层，所述连续涂覆线包括：涂覆设备，所述涂覆设备包括涂覆头和涂覆流体供应系统；和至少一个烘箱，所述至少一个烘箱包括加热元件；以及用于运输所述基材的基材运输机，所述方法包括：

5.一种使用连续涂覆线制造电极的方法，所述连续涂覆线用于在基材的基材表面上施加电极涂层，所述连续涂覆线包括：涂覆设备，所述涂覆设备包括涂覆头和涂覆流体供应系统；和至少一个烘箱，所述至少一个烘箱包括加热元件；以及用于运输所述基材的基材运输机，所述方法包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述有机介质包括丁基吡咯烷酮、磷酸三烷基酯、1,2,3-三乙酰氧基丙烷、3-甲氧基-n,n-二甲基丙酰胺、乙酰乙酸乙酯、γ-丁内酯、丙二醇甲醚、环己酮、碳酸丙烯酯、己二酸二甲酯、丙二醇甲醚乙酸酯、二元酯(dbe)、二元酯5、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、丙二醇二乙酸酯、邻苯二甲酸二甲酯、甲基异戊基酮、丙酸乙酯、1-乙氧基-2-丙醇、二丙二醇二甲醚，饱和与不饱和直链和环酮、二异丁基酮、乙酸酯、三丙二醇甲醚、二乙二醇乙醚乙酸酯或其任何组合。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中所述有机介质包括主要溶剂和助溶剂，所述主要溶剂包括丁基吡咯烷酮、n-甲基-2-吡咯烷酮、磷酸三烷基酯、3-甲氧基-n,n-二甲基丙酰胺、1,2,3-三乙酰氧基丙烷或其组合，并且所述助溶剂包括乙酰乙酸乙酯、γ-丁内酯、丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、丙二醇单丙醚、二甘醇单丁醚、乙二醇单己醚或其组合。

8.根据权利要求5所述的方法，其中所述有机介质包括包含磷酸三乙酯的主要溶剂和包含乙酰乙酸乙酯的助溶剂。

9.根据任一权利要求5所述的方法，其中所述有机介质包括以下、大体上由以下组成或由以下组成：磷酸三乙酯和乙酰乙酸乙酯。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述有机介质的蒸发速率为至少100千克/小时。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电池电极浆料在10s-1下的粘度为500cp至20,000cp，如在10s-1下为500cp至15,000cp、如在10s-1下为500cp至10,000cp、如在10s-1下为500cp至8,000cp、如在10s-1下为2,000cp至20,000cp、如在10s-1下为2,000cp至15,000cp、如在10s-1下为2,000cp至10,000cp、如在10s-1下为2,000cp至8,000cp、如在10s-1下为3,000cp至20,000cp、如在10s-1下为3,000cp至15,000cp、如在10s-1下为3,000cp至10,000cp、如在10s-1下为3,000cp至8,000cp、如在10s-1下为5,000cp至20,000cp、如在10s-1下为5,000cp至15,000cp、如在10s-1下为5,000cp至10,000cp、如在10s-1下为5,000cp至8,000cp、如在10s-1下为10,000cp至20,000cp、如在10s-1下为10,000cp至15,000cp，如通过具有50mm直径锥板的anton paar mcr 302流变仪测量的。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述有机介质的爆炸下限为大于1.1体积％，如至少1.2体积％、如至少1.3体积％、如至少1.4体积％、如至少1.5体积％、如至少1.6体积％。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中用于运输所述基材的所述基材运输机以至少1米/分钟(mpm)，如至少2mpm、如至少4mpm、如至少8mpm、如至少12mpm、如至少16mpm、如至少18mpm、如至少20mpm、如至少22mpm、如至少24mpm、如至少30mpm、如至少35mpm、如至少40mpm、如至少45mpm、如至少50mpm、如至少55mpm、如至少60mpm、如至少61mpm、如至少70mpm、如至少81mpm、如至少101mpm的线速度将所述基材移动通过所述连续涂覆线。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述烘箱的长度为1至80米，如1至60米、如1至40米、如1至30米、如1至20米、如15至80米、如15至60米、如15至40米、如15至30米、如15至20米、如18至80米、如18至60米、如18至40米、如18至30米、如18至20米、如18.29至80米、如18.29至60米、如18.29至40米、如18.29至30米、如18.29至20米、如40米。

15.根据前述权利要求14中任一项所述的方法，其中所述线速度与所述烘箱长度的比率为至少1mpm比5米烘箱长度(1:5)，如至少1:3、如至少1:2、如至少1:1、如至少1.1:1、如至少1.2:1、如至少1.3:1、如至少1.4:1、如至少1.5:1。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述基材在所述烘箱中的停留时间为5分钟或更短，如3分钟或更短、如1分钟或更短、如50秒或更短、如45秒或更短、如40秒或更短。

17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中基于所述电池电极浆料的总重量，所述电池电极浆料的固体含量为至少30重量％，如至少35重量％、如至少40重量％、如至少45重量％、如至少50重量％、如至少52重量％、如至少55重量％、如至少58重量％、如至少60重量％、如至少62重量％、如至少65重量％、如至少68重量％、如至少70重量％、如至少72重量％、如至少75重量％、如至少76重量％、如至少80重量％、如至少82重量％、如至少85重量％、如至少90重量％。

18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述连续涂覆工艺是辊对辊涂覆线。

19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中涂覆设备包括狭缝模具式涂覆机或反向逗号涂覆机。

20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述连续涂覆线进一步包括和溶剂回收系统。

21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述基材上的所述干燥涂层是通过辊压机压制的。

22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述正电池电极活性材料包括能够掺入锂的材料和/或能够进行锂转化的材料。

23.根据权利要求22所述的方法，其中能够掺入锂的材料包括licoo2、linio2、lifepo4、licopo4、limno2、limn2o4、li(nimnco)o2、li(nicoal)o2、碳涂覆的lifepo4或其组合。

24.根据权利要求22所述的方法，其中所述能够进行锂转化的材料包括硫、lio2、fef2和fef3、si、铝、锡、snco、fe3o4或其组合。

25.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，其中所述负电池电极活性材料包括石墨、硅化合物、锡、锡化合物、硫、硫化合物或其组合。

26.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述含氟聚合物包括包含偏氟乙烯残基的(共)聚合物。

27.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述含氟聚合物包括聚偏氟乙烯聚合物。

28.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述粘合剂组合物包括：第一含氟聚合物，所述第一含氟聚合物的重均分子量为250,000g/mol至700,000g/mol、或250,000g/mol至650,000g/mol、或250,000g/mol至600,000g/mol、或250,000g/mol至550,000g/mol、或250,000g/mol至500,000g/mol、或250,000g/mol至450,000g/mol、或250,000g/mol至400,000g/mol、或250,000g/mol至350,000g/mol、或250,000g/mol至300,000g/mol、或300,000g/mol至700,000g/mol、或300,000g/mol至650,000g/mol、或300,000g/mol至600,000g/mol、或300,000g/mol至550,000g/mol、或300,000g/mol至500,000g/mol、或300,000g/mol至450,000g/mol、或300,000g/mol至400,000g/mol、或300,000g/mol至350,000g/mol、或350,000g/mol至700,000g/mol、或350,000g/mol至650,000g/mol、或350,000g/mol至600,000g/mol、或350,000g/mol至550,000g/mol、或350,000g/mol至500,000g/mol、或350,000g/mol至450,000g/mol、或350,000g/mol至400,000g/mol、或400,000g/mol至700,000g/mol、或400,000g/mol至650,000g/mol、或400,000g/mol至600,000g/mol、或400,000g/mol至550,000g/mol、或400,000g/mol至500,000g/mol、或400,000g/mol至450,000g/mol、或450,000g/mol至700,000g/mol、或450,000g/mol至650,000g/mol、或450,000g/mol至600,000g/mol、或450,000g/mol至550,000g/mol、或450,000g/mol至500,000g/mol、或500,000g/mol至700,000g/mol、或500,000g/mol至650,000g/mol、或500,000g/mol至600,000g/mol、或500,000g/mol至550,000g/mol、或550,000g/mol至700,000g/mol、或550,000g/mol至650,000g/mol、或550,000g/mol至600,000g/mol、或600,000g/mol至700,000g/mol、或600,000g/mol至650,000g/mol、或650,000g/mol至700,000g/mol；以及

29.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电池电极浆料组合物进一步包括分散剂。

30.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述导电剂包括活性炭、乙炔黑、炉黑、石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、富勒烯或其组合。

31.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电池电极浆料基本上不含异佛尔酮。

32.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电池电极浆料基本上不含n-甲基-2-吡咯烷酮。

33.一种电极，其是根据前述权利要求中任一项所述的方法形成的。

34.根据权利要求33所述的电极，其中所述基材包括呈网、片或箔形式的铜或铝。

35.根据权利要求33或34所述的电极，其中所述电极包括正电极。

36.根据权利要求33或34所述的电极，其中所述电极包括负电极。

37.根据权利要求33至36中任一项所述的电极，其中所述涂层是交联的。

38.根据权利要求33至37中任一项所述的电极，其中集电器用预处理组合物进行预处理。

39.根据权利要求33至38中任一项所述的电极，其中所述干燥涂层包括的残余有机介质的量小于2,000ppm、或小于1,000ppm、或小于200ppm。

40.一种电储存装置，其包括：

41.根据权利要求40所述的电储存装置，其进一步包括(d)隔板。

42.根据权利要求40或41所述的电储存装置，其中所述电解质(c)包括溶解在溶剂中的锂盐。

43.根据权利要求42所述的电储存装置，其中所述锂盐溶解在有机碳酸酯中。

44.根据权利要求40至43中任一项所述的电储存装置，其中所述电储存装置包括电池单元、电池组、二次电池、电容器或超级电容器。

技术总结
本公开提供了一种使用连续涂覆线制造电极的方法，所述连续涂覆线用于在基材的基材表面上施加电极涂层，所述连续涂覆线包括：涂覆设备，所述涂覆设备包括涂覆头和涂覆流体供应系统；和至少一个烘箱，所述至少一个烘箱包括加热元件；以及用于运输所述基材的基材运输机，所述方法包括：使用所述基材运输机将所述基材连续地运输通过所述连续涂覆线；将电池电极浆料组合物从所述涂覆头连续地施加到所述基材表面以形成湿涂覆基材，其中所述电池电极浆料组合物通过所述涂覆流体供应系统被连续地供给到所述涂覆头中；以及在所述烘箱中加热所述湿涂覆基材以在所述基材上形成干燥涂层。

技术研发人员：周志莲,P·L·沃特鲁瓦-德拉扎尔,A·J·克罗伊,S·G·沃特苏拉,I·L·马特茨,武芳卉,詹鹏飞,李子路,杨雨润,S·W·西斯科,刘文庆,K·T·西尔维斯特,N·张
受保护的技术使用者：PPG工业俄亥俄公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24