复合电极及其制备方法、锂离子电池与流程

本申请涉及锂离子电池，特别是涉及一种复合电极及其制备方法、锂离子电池。

背景技术：

1、随着新能源行业的快速发展，锂离子电池因具有能量密度大、循环寿命长、安全性高等优点，被广泛应用于新能源汽车、智能电网以及移动设备等领域。传统的锂离子电池常采用湿法工艺，利用水或有机溶剂制备浆料进行涂布，有机溶剂不仅会造成环境污染，而且部分有机溶剂如nmp等具有高吸湿性，在电池制备过程中，会引起水分含量过高，从而导致电池在长时间的循环过程中出现膨胀、性能衰减过快等问题。

2、基于湿法工艺带来的问题，不少研究人员将目光投向了干法工艺，使用干法电极制备工艺过程简单、无干燥过程、更灵活、环境友好，可以有效节省材料、时间和人工成本，避免了长时间的高温、超低真空的干燥除水过程，在降低产品能耗过程的同时提升产品的循环使用寿命。但传统的干法工艺中，在进行卷对卷生产时对电极膜的强度要求较高，否则很容易导致断带，使得生产速度降低，无法提高生产效率。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种复合电极及其制备方法、锂离子电池，本申请中的复合电极包括集流体和活性物质层，活性物质层包括多孔骨架和填充在多孔骨架孔中的纤维化混合物，纤维化混合物在辊压过程中填充在多孔骨架孔中，多孔骨架的孔状纤维结构，有效保证了极片的机械性能，提升了极片的抗断裂能力，防止在卷对卷生产制备时发生断带。同时多孔骨架起到了支撑结构的作用，多孔结构为活性物质层在循环过程中的膨胀提供了一定的缓冲空间，提高了生产效率。

2、本申请的第一方面，提供了一种复合电极，包括集流体和活性物质层，活性物质层包括多孔骨架和填充在多孔骨架孔中的纤维化混合物，纤维化混合物采用干法制备，经过辊压填充在多孔骨架中；纤维化混合物包括活性物质、导电剂以及粘结剂。在一些实施方式中，活性物质为正极活性物质或负极活性物质，其中，正极活性物质包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、磷酸铁锂、钛酸锂及富锂锰基材料中的一种或多种；负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、硅基材料、钛酸锂及锡基材料中的一种或多种。

3、在一些实施方式中，多孔骨架的材质包括聚环氧乙烷、聚酰亚胺、聚丙烯酸、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氟乙烯、聚醚醚酮、聚氨酯、聚偏二氯乙烯、聚四氟乙烯及聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。

4、在一些实施方式中，多孔骨架的平均孔径为5μm以上。

5、在一些实施方式中，多孔骨架的厚度为30μm以下。

6、本申请的第二方面提供了一种复合电极的制备方法，包括以下步骤：

7、使用干法混合活性物质、导电剂和粘结剂，得到混合物；

8、将上述混合物进行纤维化处理，得到纤维化混合物；

9、通过辊压，使上述纤维化混合物填充在多孔骨架的孔中，得到复合电极膜；

10、将集流体与上述复合电极膜进行辊压，得到复合电极。

11、本申请中的复合电极的制备方法过程采用干法制备，不包括或基本不使用溶剂，因此，最终形成的复合电极中不包括或基本不包括溶剂的残留物或杂质，相较于传统的湿法工艺技术，本申请中复合电极的制备方法无需经历复杂的高温、超低真空的干燥除水过程，降低了能耗，提升了产品的循环使用寿命，同时制备工艺简单，更灵活，对环境也更加友好，并有效的降低了人工及材料成本。

12、本申请中的复合电极的纤维化混合物经过纤维化处理，在一些实施方式中，纤维化处理方式包括行星球磨、高速剪切、气流粉磨、螺杆挤出中的任意一种或两种的组合。

13、本申请的复合电极中的纤维化混合物经过辊压工艺，填充于多孔骨架的孔中，形成一体式结构。

14、本申请的第三方面，提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括上述第一方面提供的复合电极或者上述第二方面提供的制备方法制备的复合电极。

15、本申请中复合电极的制备方法，通过辊压处理使纤维化后的混合料填充于多孔骨架的孔中，形成复合电极膜，再将复合电极膜通过辊压与集流体复合，制备复合极片，在保证倍率放电性能的同时，提升了极片的抗断裂能力，防止在卷对卷生产制备时发生断带；提高了极片的拉伸强度，防止极片表面开裂影响锂离子电池的性能。同时多孔骨架起到了支撑结构的作用，多孔结构为活性物质层在循环过程中的膨胀提供了一定的缓冲空间。

技术特征：

1.一种复合电极，其特征在于，包括集流体和活性物质层，所述活性物质层包括多孔骨架和纤维化混合物；所述纤维化混合物采用干法制备，经过辊压填充在所述多孔骨架中；所述纤维化混合物包括活性物质、导电剂以及粘结剂。

2.根据权利要求1所述的复合电极，其特征在于，所述纤维化混合物的纤维化处理的方式包括行星球磨、高速剪切、气流粉磨、螺杆挤出中的任意一种或两种的组合。

3.根据权利要求1所述的复合电极，其特征在于，所述多孔骨架的材质包括聚环氧乙烷、聚酰亚胺、聚丙烯酸、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氟乙烯、聚醚醚酮、聚氨酯、聚偏二氯乙烯、聚四氟乙烯及聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的复合电极，其特征在于，所述活性物质为正极活性物质或负极活性物质，所述正极活性物质包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、磷酸铁锂、钛酸锂及富锂锰基材料中的一种或多种；所述负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、硅基材料、钛酸锂及锡基材料中的一种或多种。

5.一种复合电极的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

6.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1～4任意一项所述的复合电极或者权利要求5所述的制备方法制备的复合电极。

技术总结
本申请提供了一种复合电极及其制备方法、锂离子电池，复合电极包括集流体和活性物质层，活性物质层包括多孔骨架和填充在多孔骨架孔中的纤维化混合物，纤维化混合物采用干法制备，纤维化混合物包括活性物质、导电剂以及粘结剂。本申请中的纤维化混合物填充在多孔骨架的孔中，提升了极片的抗断裂能力，防止在卷对卷生产制备时发生断带，提高了生产效率。

技术研发人员：刘京亮,陈凯,冯玉川,李峥,何泓材
受保护的技术使用者：苏州清陶新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15