干法制膜方法、干法电极极片及其制备方法和电池与流程

本发明涉及电池，具体而言，涉及一种干法制膜方法、干法电极极片及其制备方法和电池。

背景技术：

1、近年来，随着科技和经济的不断发展，人们对于高效储能电池的需求也日益增加。锂离子电池因其具有高工作电压、长循环寿命、高能量密度等优点，已广泛应用于手机、电脑等移动设备，以及电动汽车、电动轮船等新交通方式以及储能电站等大型储能领域中。目前，商业化的锂离子电池的电极极片一般通过湿法工艺来制备得到，具体过程为将含有活性物质、导电剂和粘合剂的混合浆料涂覆在金属集流体表面，而后经过干燥制得。采用湿法工艺制备电极极片，在制备过程中有机溶剂不仅会造成环境污染，而且部分有机溶剂或者水分难以完全去除，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。此外，在制造过程中溶剂蒸发和回收也会造成巨大的能耗，增加成本。

2、为了缓解上述问题，研究人员已广泛研究采用干法工艺制备电极极片，干法工艺是新的极片制备方法，干法工艺相对湿法工艺具有一定的优势，如干法工艺能够避免使用溶剂，尤其是正极片可以避免使用n-甲基吡咯烷酮等有毒溶剂，同时干法工艺具有能节省能源，环境友好，减少场地空间，可以有效规避溶剂残留和膜片面密度低等特点。另外，干法电极技术可以有效提升电极厚度、压实密度，提高电芯的能量密度和体积密度，进而成为当前锂电领域研究热点，具有巨大的应用前景和经济效益。

3、当前，现有的干法制备电极极片工艺主要是先将活性物质、导电剂和可纤维化粘结剂进行混合，然后使用气流研磨或高速剪切的方法使粘结剂纤维化，辊压成膜后压延减薄制成自支撑式电极膜片。然而，现有的这些方式还存在一定的不足之处，比如气流研磨方法和高速剪切会造成活性材料颗粒或表面被破坏、粉料分层、过度纤维化等问题，进而影响电极膜强度及其他性能。尤其是在辊压的过程中，粘结剂沿着辊压的剪切分力的方向发生取向性排列和重结晶，不能横向延伸，进而导致形成的干法电极的横向拉伸强度较低，易产生纵向裂纹，进而影响电芯性能。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供一种干法制膜方法、干法电极极片及其制备方法和电池，可以提升电极极片的整体拉伸强度、内聚力和电化学性能，利于提升电池的循环性能。

2、为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：

3、根据本技术的第一方面，本技术实施例提供了一种干法制膜方法，该方法包括以下步骤：

4、(a)、将原料粉末混合后进行捏合处理，以使至少部分原料初步纤维化，得到中间物料；

5、(b)、对所述中间物料进行压延处理，得到自支撑膜，将其中的部分自支撑膜进行旋转，将剩余部分自支撑膜与所述旋转后的自支撑膜叠放形成为相互交织结构，折叠后，得到初始膜片；

6、(c)、将所述初始膜片压延至预设厚度，得到干法膜片。

7、另外，根据本技术的干法制膜方法，还可以具有如下附加的技术特征：

8、在其中的一些实施方式中，所述原料粉末包括活性物质、导电剂和粘结剂；

9、所述活性物质、导电剂和粘结剂的质量比为(80～99)：(0.1～5)：(1～10)。

10、在其中的一些实施方式中，所述活性物质包括正极活性物质或负极活性物质；

11、可选的，所述正极活性物质包括磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸铁锰锂、锰酸锂、钴酸锂、镍酸锂、镍钴酸锂、镍锰酸锂、钴锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍钴锰铝酸锂或富锂层状氧化物中的至少一种。

12、可选的，所述负极活性物质包括碳基材料、硅基材料、钛酸锂或锡基材料中的至少一种。

13、在其中的一些实施方式中，所述导电剂包括碳纳米管、石墨烯、气相碳纤维、导电石墨、科琴黑、导电炭黑或乙炔黑中的至少一种。

14、在其中的一些实施方式中，所述粘结剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚偏二氟乙烯、聚氧化乙烯、聚丙烯酸酯、丁苯橡胶、聚酰亚胺、聚酰胺或聚乙烯醇中的至少一种。

15、在其中的一些实施方式中，所述步骤(a)满足如下特征(1)～(2)中的至少一者：(1)所述将原料粉末混合的混合温度为≤19℃，混合时间为5min～30min，混合线速度为10～40m/s；(2)所述捏合处理的捏合速度为5～100rpm，捏合温度为120～200℃，捏合压力为0.05～0.2mpa，捏合时间为1～30min。

16、在其中的一些实施方式中，所述步骤(b)满足如下特征(1)～(5)中的至少一者：(1)所述对所述中间物料进行压延处理为等速压延处理，所述等速压延处理的温度为80～150℃，所述等速压延处理的辊速为5～20rpm；(2)所述自支撑膜的厚度为0.2mm～2mm，宽度为50mm～200mm；(3)所述部分自支撑膜与所述剩余部分自支撑膜的质量比为0.8～1.2：1；(4)所述旋转的角度为60°～120°，优选为90°；(5)所述折叠的次数≥1。

17、在其中的一些实施方式中，所述步骤(c)满足如下特征(1)～(2)中的至少一者：(1)所述将所述初始膜片压延至预设厚度采用先差速压延再等速压延的方式；可选的，所述差速压延的温度为80～200℃，差速之比≥2；可选的，所述等速压延的温度为100～150℃，等速压延的辊速为2～15rpm；(2)所述干法膜片的预设厚度为80μm～150μm，干法膜片的宽度为100mm～200mm。

18、在其中的一些实施方式中，所述步骤(c)包括：(c1)将所述初始膜片压延至预设厚度；(c2)将延压至预设厚度之后的膜片进行升温、保温和降温处理，得到干法膜片；可选的，所述升温的温度为150～240℃，所述保温的时间为5min～30min，所述降温的速率为≤5℃/min。

19、根据本技术的第二方面，本技术实施例提供了一种干法电极极片的制备方法，该方法包括：

20、采用如前所述的干法制膜方法制得干法膜片；

21、将所述干法膜片与集流体进行复合，得到干法电极极片。

22、在其中的一些实施方式中，采用热辊压的方式将所述干法膜片与集流体进行复合；所述热辊压的温度为80～160℃，辊压压力为8～15t，辊压速度为3～15rpm。

23、根据本技术的第三方面，本技术实施例提供了一种干法电极极片，所述干法电极极片通过前述的方法制备得到。

24、根据本技术的第四方面，本技术实施例提供了一种电池，所述电池前述的干法电极极片。

25、实施本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

26、在本技术实施例中，所提供的干法制膜方法，采用捏合处理方式对原料粉末进行处理，使原料粉末紧密贴合并使至少部分原料初步纤维化，该捏合处理的方式可对活性材料进行无损分散，不会因颗粒破碎成小颗粒导致后期纤维化不充分，造成成膜困难，影响电极膜强度。并且，在捏合处理后进行压延处理，其中的粘结剂已在压延方向进行了部分纤维化拉伸，通过对其中的部分支撑膜进行旋转，将剩余部分自支撑膜与所述旋转后的自支撑膜形成为相互交织结构，并进行折叠压延，能够使粘结剂具有良好的结晶性，可以提高粘结剂柔韧性，从而，制备得到的干法膜片中粘结剂纤维化方向具有各向异性，形成三维交叉粘结剂拉伸网络和导电网络，可有效提升电极膜的整体拉伸强度、内聚力和性能，利于提升电池的循环性能。

27、本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种干法制膜方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的干法制膜方法，其特征在于，所述原料粉末包括活性物质、导电剂和粘结剂；

3.根据权利要求2所述的干法制膜方法，其特征在于，所述活性物质包括正极活性物质或负极活性物质；

4.根据权利要求1所述的干法制膜方法，其特征在于，所述步骤(a)满足如下特征(1)～(2)中的至少一者：

5.根据权利要求1至4任一项所述的干法制膜方法，其特征在于，所述步骤(b)满足如下特征(1)～(5)中的至少一者：

6.根据权利要求1至4任一项所述的干法制膜方法，其特征在于，所述步骤(c)满足如下特征(1)～(2)中的至少一者：

7.根据权利要求1至4任一项所述的干法制膜方法，其特征在于，所述步骤(c)包括：

8.一种干法电极极片的制备方法，其特征在于，包括：

9.一种干法电极极片，其特征在于，所述干法电极极片通过权利要求8所述的方法制备得到。

10.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求9所述的干法电极极片。

技术总结
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种干法制膜方法、干法电极极片及其制备方法和电池。所提供的干法制膜方法，包括以下步骤：(a)、将原料粉末混合后进行捏合处理，以使至少部分原料初步纤维化，得到中间物料；(b)、对所述中间物料进行压延处理，得到自支撑膜，将其中的部分自支撑膜进行旋转，将剩余部分自支撑膜与所述旋转后的自支撑膜叠放形成为相互交织结构，折叠后，得到初始膜片；(c)、将所述初始膜片压延至预设厚度，得到干法膜片。一种干法电极极片的制备方法，包括所述的干法制膜方法制得干法膜片。本发明采用干法制备膜片及电极极片，能够有效提升电极极片的整体拉伸强度、内聚力和性能，进而利于提升电池的循环性能。

技术研发人员：于哲勋,史胜娟,夏明龙,孙瑞龙,宋程扬
受保护的技术使用者：江苏正力新能电池技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23