静电涂布制备锂离子薄膜电极方法、电极和包括其的电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种锂离子薄膜电极及其制备方法，特别地，本发明涉及一种通过丝网印刷制备的锂离子薄膜电极及其制备方法，以及含有该薄膜电极的电池。
【背景技术】
[0002]随着薄膜电极的各种应用的广泛普及，如在平板显示器，防静电防电磁屏蔽层，面发热体，热发射膜，电池，薄膜电阻器，传感器，终端设备，汽车玻璃以及打印机上的应用，特别是在光记录，磁记录，电子纸和薄膜电容上的应用，现有方法制备得到薄膜电极的厚度已经不能满足实际应用的需要。
[0003]薄膜电极的制备方法，一般主要有射频磁溅射法，激光高温烧灼法，静电喷雾沉积，旋转涂层法，涂布焙烧法。实际制备过程中，上述方法制备得到薄膜电极的厚度很难达到亚微米级，仍丨日不能满足需要。
[0004]目前，普通锂电池电极涂布工艺只能制备活性物质厚度在15 μ m以上的，15 μ m以下甚至纳米级别的薄膜电极无法制备，无法满足制备薄膜电池的需要。目前以磁控溅射为基础的固态薄膜制备技术的高成本也限制了其在薄膜电池领域的大规模使用。
[0005]静电喷雾和静电纺丝技术目前在很多领域已经被广泛应用，用静电喷雾制备的涂层厚度均匀且与基体的结合力良好，然而将静电喷雾和静电纺丝技术有机结合的静电涂布技术却尚未在锂离子薄膜电极方面得到应用，主要是需要克服很多的技术困难，制备亚微米至微米级别薄膜电极，其对浆料固含量、材料的粒度、制备的具体工艺方法和正负极材料选择方面都有严格要求，固含量以及浆料配比会影响浆料的流动性，影响薄膜厚度和活性物质的均匀性。从业者进行了多年的实验均没有获得成功。
【发明内容】
[0006]本发明解决技术问题是:通过近点涂布制备得到亚微米的锂离子薄膜电极。
[0007]具体来说，本发明是通过如下技术方案实现的:
[0008]一种锂离子薄膜电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0009](I)配制正极浆料和负极浆料，其中配制正极浆料的固含量为20%?35%，配制负极浆料固含量为20%?40% ;
[0010](2)将步骤(I)制备的正极浆料和负极浆料进行静电涂布，得到薄膜电极；以及
[0011](3)将步骤(2)得到薄膜电极进行干燥最终得到薄膜电极。
[0012]所述静电涂布是采用静电纺丝设备对正极浆料和负极浆料进行喷涂处理，将其涂布到载体上而形成薄膜电极的方法。
[0013]具体来说，由于本发明浆料中含有高分子聚合物的量比较少，通过静电纺丝设备后不会产生丝而是以颗粒状存在的，浆料中的少量聚合物虽然不足以形成丝状薄膜，但是高分子聚合物的存在仍是成膜的必要条件，它是活性物质的良好的载体，在喷涂过程中，活性物质被其带出喷头，沉积在基体上，从而形成活性物质均匀的薄膜电极。高分子聚合物少于一定量时则不能成膜，另外，高分子聚合物同时也是活性物质的粘合剂和分散剂，它使活性物质在基体上分散更为均匀，且与基底有良好的结合力。采用静电涂布工艺，可以得到活性物质均匀且薄膜厚度低于15微米的薄膜电极。
[0014]其中，步骤(I)所述正极浆料包含正极活性物质，导电材料，正极辅助材料，以及有机溶剂；所述负极浆料包含负极活性物质，导电材料，负极辅助材料，以及有机溶剂。
[0015]其中，步骤(I)所述正极活性物质为钴酸锂，磷酸铁锂，锰酸锂或三元正极材料中任意一种。
[0016]其中，步骤⑴所述正极活性物质的D5。小于5微米。
[0017]其中，步骤(I)所述负极活性物质为石墨或钛酸锂中任意一种。
[0018]其中，步骤(I)所述正极浆料的导电材料和负极浆料的导电材料选自导电炭黑，导电石墨或乙炔黑中的一种。
[0019]其中，步骤(I)所述正极辅助材料和负极辅助材料为聚偏氟乙烯。
[0020]其中，步骤(I)所述正极浆料和负极浆料的有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮，二甲基乙酰胺，四氟乙烯，二甲基甲酰胺，丁酮，四氢呋喃或/和碳酸二甲酯中的任一种或几种。
[0021]其中，步骤(I)所述正极浆料包含正极活性物质16%?28%，导电材料3%?5%、正极辅助材料2%?4%、有机溶剂65%?75% ;负极浆料包含负极活性物质18%?30%、导电材料I %?3%、负极辅助材料2%?4%、有机溶剂65%?75%。
[0022]其中，步骤(2)所述静电涂布采用的是静电纺丝设备进行。
[0023]其中，步骤⑵所述静电涂布的喷头直径100微米?1500微米，喷头与基体的距离 Icm ?15cm0
[0024]其中，步骤(2)所述静电涂布的喷头走速lcm/min?10cm/min,静电电压1kV?20kV，喷涂时间15秒?15分钟。
[0025]其中，步骤(3)所述干燥的温度75°C?100°C，干燥时间15min?2h。
[0026]本发明还提供一种通过上述制备方法制备得到的锂离子薄膜电极，其厚度低于15微米。
[0027]本发明又提供一种包含所述薄膜电极的电池。
[0028]本发明的有益效果是:
[0029]本发明静电涂布技术可以制备出性能良好的薄膜电极，比常规的刮涂等方法更加灵活多变，并且薄膜电极中的活性物质具有更好的均匀度，通过调整静电涂布的参数，活性物质的厚度可在亚微米级到15微米之间灵活控制，由于需要用到高压静电电源，所以对设备和安全性的要求较高，但相对于磁控溅射等薄膜制备方法来说，成本仍较低，相率高。
[0030]本发明通过静电涂布技术制备得到了薄膜电极，该薄膜电极厚度为亚微米级到15 μ m,能够满足制备容量在4 μ Ah/cm2?100 μ Ah/cm2薄膜电池的需求，可广泛应用于蓝牙电池，腕表电池以及其它一些可穿戴设备上的电池，在RFID (rad1frequency+identificat1n)射频识别系统,智能卡(Smart card)具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0031]图1:本发明一种实施方式静电涂布后的薄膜电极正极。
[0032]图2:本发明一种实施方式制备的薄膜电极正极的铜箔厚度测定。
[0033]图3:本发明一种实施方式制备的薄膜电极正极的电极厚度测定。
[0034]图4:本发明一种实施方式制备的正极薄膜电极的电流和电压的测定。
[0035]图5:本发明一种实施方式制备的正极薄膜电极的电容量测定。
【具体实施方式】
[0036]本发明提供了一种薄膜电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0037](I)配制正极浆料和负极浆料，其中配制正极浆料的固含量为20%?35%，配制负极浆料固含量为20%?40% ;
[0038]一般地，在静电涂布前，根据所要制备电池和薄膜电极的要求选择合适活性物质和其它辅助材料，为了制备得到更好的薄膜电极，所以活性物质的粒度一般要求在5微米以下。
[0039]对于制备的静电涂布浆料，一般对配制静电涂布浆料，根据薄膜电极的具体要求进行配制，其中包括对浆料粘度，固含量，活性物质和其它辅助材料的比例等进行调整；实践中，通过控制固含量就可以很好的保证薄膜电极的制备工艺的稳定。
[0040]优选地，所述正极浆料包含正极活性物质，导电材料，正极辅助材料，以及有机溶剂；所述负极浆料包含负极活性物质，导电材料，负极辅助材料，以及有机溶剂。正极浆料和负极浆料均采用油系浆料，以利于更好的进行涂布。
[0041]优选地，所述正极活性物质为钴酸锂，磷酸铁锂，锰酸锂或三元正极材料中任意一种。
[0042]优选地，所述正极活性物质的D5。小于5微米。
[0043]优选地，所述负极活性物质为石墨或钛酸锂中任意一种。
[0044]优选地，所述正极浆料的导电材料和负极浆料的导电材料选自导电炭黑，导电石墨或乙炔黑中的一种。
[0045]优选地，所述正极辅助材料和负极辅助材料为聚偏氟乙烯。
[0046]优选地，所述正极浆料和负极浆料的有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)，二甲基乙酰胺(DMAc)，四氟乙烯(TEF)，二甲基甲酰胺(DMSO)，丁酮(MEK)，四氢呋喃(THF)或/和碳酸二甲酯(DMC)中的任一种或几种。
[0047]其中，步骤⑴所述正极浆料包含正极活性物质16%?28%，导电材料3%?5 %、正极辅助材料2 %?4 %、有机溶剂65 %?75 %，一般地，上述各组分含量之和等于100% ;负极浆料包含负极活性物质18%?30%、导电材料1%?3%、负极辅助材料2%?4%、有机溶剂65%?75%，一般地，上述各组分含量之和等于100%。
[0048]上述步骤(I)是将合适的电极材料配制为可以用于静电涂布的电极浆料，以用于进一步的制备电极，在该步骤中，控制浆料的固含量是很重要的，固含量主要与浆料的流动性有关，固含量过低，浆料流动性太强，喷涂到基材上的活性物质容易流动，从而使涂布过程中容易无法得到完整的图形，厚度也不易控制，固含量过高，喷涂所需要采用的电压太高，操作性和安全性都有一定的问题，且喷头容易堵塞，薄膜质量难以控制。
[0049](2)将步骤(I)制备的正极浆料和负极浆料进行静电涂布，得到电极薄膜；以及
[0050]所述静电涂布是采用静电纺丝设备对正极浆料和负极浆料进行喷涂处理，将其涂布到载体上而形成薄膜电极的方法。
[0051]由于本发明浆料中含有高分子聚合物的量比较少，通过静