一种用于干法极片的多功能交联剂及其制备方法

本发明涉及锂电池，具体地涉及一种用于干法极片的多功能交联剂及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，以燃油为驱动的汽车，由于其大量的co2排放量，逐渐被新能源汽车替代。然而，新能源汽车的续航及安全性能是消费者选择新能源车型的重要因素，对于电动车最关键的电池来说，需要更高的能量密度，更长的循环寿命和更好的安全性。锂离子电池1991被索尼公司商业化，随着锂离子电池技术飞速发展，2020年锂离子电池的能量密度达到了300wh kg-1。目前，为了解决电动汽车续航里程问题，提高能量密度是锂离子电池发展的一个重要方向，全球几家著名的合资企业正在投入大量经费，期望在2030年实现500wh·kg-1的目标。

2、制备高载量的厚极片是提升电池能量密度的一个最直接的办法，然而通过目前的涂布工艺，极片载量很难再继续提高。传统湿法电极制造工艺中，浆料涂布后再烘干去除有机溶液与水，这一生产过程工艺复杂，有机溶剂nmp有毒、污染环境，需要专门设置装置回收，效率低，消耗大量能源。2019年特斯拉收购了maxwell干法电极技术，与之前传统工艺相比，新型工艺直接将正负极材料粉末与粘合剂混合，压制或喷涂在铜铝箔上，制成极片。与湿法工艺相比，干法电极技术无需nmp等溶剂的利用及回收，不仅绿色经济，还可降低电池总成本约5％。

3、极片厚度增加，极片中的电子迁移通道更长，尤其是在正极极片中，活性物质的导电能力较差，电子传导主要依靠导电剂。因此，需要保证高载量的同时，也要保证足够的电子迁移通道。cn202310310655.8公开了一种含植物纤维导电剂的干法极片，对电子的传导进行了改善。此外，随着电极厚度的增大，极片的结构也影响电子的传输。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种用于干法极片的多功能交联剂，该方法制成利用多维导电网络作为交联剂，促进电子在极片中的传导，制备的电极电阻小，导电性好，从而提高电池的首效及循环性能。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种应用于干法极片多功能交联剂，其特征在于，所述多功能交联剂为导电碳材料，为零维、一维、二维和三维导电碳的混合材料；零维导电碳选自碳量子点、氧化石墨烯量子点、石墨烯量子点，一维导电碳选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米纤维，二维导电碳选自石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米片，三维导电碳选自碳气凝胶、介孔碳球、多孔碳、碳纳米花；

4、混合导电碳材料中，零维：一维：二维：三维质量比例为0.1-100：0.1-100：0.1-100：0.1-100。优选比例范围为10-20：50-100：10-20：0.1-10。

5、进一步地在，上述技术方案中，所述干法电极片包括正极、权利要求1所述多功能交联剂和聚四氟乙烯粘结剂。

6、进一步地，在上述技术方案中，所述的正极包括磷酸铁锂、ncm三元材料、富锂锰基材料。

7、进一步地，在上述技术方案中，包括以下步骤：将正极活性材料、导电碳和ptfe粘结剂混合均匀，将ptfe拉丝成纤维化状，辊压减薄成极片后，复合在集流体的两面制成电极。

8、进一步地，在上述技术方案中，所述集流体包括铝箔、不锈钢网、泡沫镍等。进一步地在，上述技术方案中，所述正极材料、多种混合后的导电碳、聚四氟乙烯粉体的质量比例为70-95：1-10：1-10。优选比例范围为85-90：3-10：1-5。

9、进一步地，在上述技术方案中，所述极片辊压减薄的温度为20～140℃，辊压速度为3-10rpm，辊压后极片厚度为90-300微米。

10、本发明提供了一种用于干法极片的多功能交联剂，通过将零维、一维、二维、三维导电碳混合，点线面多方位结合，作为交联剂，构筑干法极片的三维导电网络，避免了厚极片导电性不好，接触不良等问题，从而提高电池能量密度及循环寿命。

技术特征：

1.一种应用于干法极片多功能交联剂，其特征在于，所述多功能交联剂为导电碳材料，为零维、一维、二维和三维导电碳的混合材料；零维导电碳选自碳量子点、氧化石墨烯量子点、石墨烯量子点，一维导电碳选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米纤维，二维导电碳选自石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米片，三维导电碳选自碳气凝胶、介孔碳球、多孔碳、碳纳米花；

2.一种高能量密度的干法极片的制备方法，其特征在于，所述干法电极片包括正极、权利要求1所述多功能交联剂和聚四氟乙烯粘结剂。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的正极包括磷酸铁锂、ncm三元材料、富锂锰基材料。

4.一种权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将正极活性材料、导电碳和ptfe粘结剂混合均匀，将ptfe拉丝成纤维化状，辊压减薄成极片后，复合在集流体的两面制成电极。

5.根据权利要求4所述的制备方法片，其特征在于，所述集流体包括铝箔、不锈钢网、泡沫镍等。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述正极材料、多种混合后的导电碳、聚四氟乙烯粉体的质量比例为70-95：1-10：1-10。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述极片辊压减薄的温度为20～140℃，辊压速度为3-10rpm，辊压后极片厚度为90-300微米。

技术总结
本发明公开了一种用于干法极片的多功能交联剂及其制备方法，通过将零维、一维、二维、三维导电碳混合，点线面多方位结合，作为交联剂，构筑干法极片的三维导电网络，避免了厚极片导电性不好，接触不良等问题，从而提高电池能量密度及循环寿命。

技术研发人员：陈忠伟,张永光,高云楠,石振家
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16