一种改性粘结剂及其制备方法、干法电极片及电池与流程

本发明涉及新能源电池，尤其涉及一种改性粘结剂及其制备方法、干法电极片及电池。

背景技术：

1、锂离子电池由于其具有较高的电压平台，高能量密度，对环境友好，使用寿命长等优点而被广泛应用于手机，电脑，汽车和储能等领域。传统电池湿法生产过程中需要将正负极活性材料，导电剂和粘接剂等分散和溶解在溶剂中再将浆料涂覆在集流体上进行烘干得到正负极极片，溶剂的使用造成生产原料成本的增加，其次溶剂的使用和烘干造成了工艺复杂度和能耗的增加，此外溶剂回收也需要专门的设备和场地以及相关额外成本，专利cn111916678a和cn114122309公开了通过将电极材料与助剂加热加工或压缩成膏状或固化块再通过压力成型与集流体复合得到电极片，材料成膏状混合物后很难均匀分散在集流体上，易造成中间厚边缘薄从而造成后续电池循环过程边缘析锂和电芯短路等问题，此外干法电极粘结剂需满足加热搅拌后纤维化拉伸过程从而将活性材料束缚成膜，但传统的pvdf在干法加热时易团聚且难分散成纤维网状结构，而传统聚四氟乙烯虽然在加热条件下虽可实现纤维化拉伸成网状结构，但表面仅有c-f键属于惰性基团无法与所需束缚的活性材料颗粒形成化学结合力，仅以物理结合力连接活性材料颗粒，导致极片粘结性较差，加工过程易出现极片掉粉等问题，从而造成性能衰减迅速。

2、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种改性粘结剂及其制备方法、干法电极片及电池，旨在解决现有粘结剂无法分散成纤维网状结构或无法与所需束缚的活性材料颗粒形成化学结合力的问题。

2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

3、一种改性粘结剂的制备方法，其中，包括步骤：

4、将聚四氟乙烯置于反应釜内，并对所述反应釜进行抽真空处理；

5、向所述反应釜内注入等离子源，对所述聚四氟乙烯进行等离子溅射处理，得到改性的聚四氟乙烯，即所述改性粘结剂。

6、所述的改性粘结剂的制备方法，其特征在于，所述等离子源选自氧气、氩气、氮气、氨气、氦气、氯气中的一种或多种。

7、所述的改性粘结剂的制备方法，其中，所述等离子溅射处理的参数为：气压0.5～0.8pa，电压15～25kv，脉宽40～80us，频率110～180hz，等离子源注入时间30min。

8、一种改性粘结剂，其中，采用如上所述的制备方法制得。

9、一种干法电极片，其中，包括电极活性材料、固态电解质、导电剂以及如上所述的改性粘结剂。

10、所述的干法电极片，其中，所述电极活性材料选自正极活性材料和负极活性材料中的一种；所述正极活性材料选自钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、锰酸锂中的一种或多种；所述负极活性材料选自石墨、硅氧、硅碳、导电炭黑中的一种或多种；所述固态电解质选自li6ps5x、li10gep2s12、li10sip2s12、li2s-p2s5、li2s-sis2、li3ln3te2o12、li6ala2m2o12、li1+xmxti2-x(po4)3中的一种或多种，其中，x选自cl、br、i中的一种，ln选自y、pr、nd、sm-lu中的一种，a选自mg、ca、sr、ba中的一种，m选自nb、ta中的一种,m选自al、y、in中的一种；所述导电剂为苯乙烯化苯酚。

11、所述的干法电极片，其中，所述电极活性材料、所述固态电解质、所述导电剂和所述改性粘结剂的质量比为(80～150)：(3～10)：(3～5)：(7～10)。

12、一种如上所述的干法电极片的制备方法，其中，包括步骤：

13、将所述电极活性材料、所述固态电解质、所述导电剂以及所述改性粘结剂进行混合，得到第一混合物；

14、对所述第一混合物进行加热搅拌处理，使所述改性粘结剂对所述导电剂和所述电极活性材料进行包覆，冷却得到第二混合物；

15、将所述第二混合物分散至集流体上，并进行加热烘干处理和热辊压处理，得到所述干法电极片。

16、所述的干法电极片的制备方法，其中，所述加热搅拌处理的温度为90℃，转速为3000～5000r/min，时间为50min；所述加热烘干处理和所述热辊压处理的温度均为90℃。

17、一种电池，包括干法正极片、干法负极片以及设置于所述干法正极片和所述干法负极片之间的固态电解质膜，其特征在于，所述干法正极片和/或所述干法负极片为如上所述的干法电极片。

18、有益效果：本发明公开了一种改性粘结剂及其制备方法、干法电极片及电池，通过采用等离子体溅射对聚四氟乙烯表面的官能团进行修饰，使得聚四氟乙烯中惰性的c-f链转化为活性官能团，聚四氟乙烯的改性使得除了纤维化后的网状结构从物理上对正负极材料进行束缚外，还可以通过聚四氟乙烯表面的羧基和羟基等基团与正负极活性材料形成强的氢键和范德华力等相互作用力，改善正负极材料颗粒在充放电过程由于结构变化导致的体积膨胀和材料颗粒破损造成的容量衰减。

技术特征：

1.一种改性粘结剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的改性粘结剂的制备方法，其特征在于，所述等离子源选自氧气、氩气、氮气、氨气、氦气、氯气中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的改性粘结剂的制备方法，其特征在于，所述等离子溅射处理的参数为：气压0.5～0.8pa，电压15～25kv，脉宽40～80us，频率110～180hz，等离子源注入时间30min。

4.一种改性粘结剂，其特征在于，采用如权利要求1～3任一所述的制备方法制得。

5.一种干法电极片，其特征在于，包括电极活性材料、固态电解质、导电剂以及如权利要求4所述的改性粘结剂。

6.根据权利要求5所述的干法电极片，其特征在于，所述电极活性材料选自正极活性材料和负极活性材料中的一种；所述正极活性材料选自钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、锰酸锂中的一种或多种；所述负极活性材料选自石墨、硅氧、硅碳、导电炭黑中的一种或多种；所述固态电解质选自li6ps5x、li10gep2s12、li10sip2s12、li2s-p2s5、li2s-sis2、li3ln3te2o12、li6ala2m2o12、li1+xmxti2-x(po4)3中的一种或多种，其中，x选自cl、br、i中的一种，ln选自y、pr、nd、sm-lu中的一种，a选自mg、ca、sr、ba中的一种，m选自nb、ta中的一种,m选自al、y、in中的一种；所述导电剂为苯乙烯化苯酚。

7.根据权利要求5所述的干法电极片，其特征在于，所述电极活性材料、所述固态电解质、所述导电剂和所述改性粘结剂的质量比为(80～150)：(3～10)：(3～5)：(7～10)。

8.一种如权利要求5～7任一所述的干法电极片的制备方法，其特征在于，包括步骤：

9.根据权利要求8所述的干法电极片的制备方法，其特征在于，所述加热搅拌处理的温度为90℃，转速为3000～5000r/min，时间为50min；所述加热烘干处理和所述热辊压处理的温度均为90℃。

10.一种电池，包括干法正极片、干法负极片以及设置于所述干法正极片和所述干法负极片之间的固态电解质膜，其特征在于，所述干法正极片和/或所述干法负极片为如权利要求5～7任一项所述的干法电极片。

技术总结
本发明公开了一种改性粘结剂及其制备方法、干法电极片及电池，所述改性粘结剂的制备包括步骤：将聚四氟乙烯置于反应釜内，并对所述反应釜进行抽真空处理；向所述反应釜内注入等离子源，对所述聚四氟乙烯进行等离子溅射处理，得到所述改性粘结剂。本发明通过采用等离子体溅射对聚四氟乙烯表面的官能团进行修饰，使得聚四氟乙烯中惰性的C‑F链转化为活性官能团，聚四氟乙烯的改性使得除了纤维化后的网状结构从物理上对正负极材料进行束缚外，还可以通过聚四氟乙烯表面的羧基和羟基等基团与正负极活性材料形成强的氢键和范德华力等相互作用力，改善正负极材料颗粒在充放电过程由于结构变化导致的体积膨胀和材料颗粒破损造成的容量衰减。

技术研发人员：成小康,王坤,秦作路,田冰冰,李真棠
受保护的技术使用者：广东马车动力科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12