一种通过微波工艺制备固态电池电极的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过微波工艺制备固态电池电极的方法，包括如下步骤：(1)将吸波材料包覆于活性物质外；(2)将已形成核壳结构的活性物质与导电剂以及添加剂混合均匀得到电极混合粉体；(3)得到的电极混合粉体压制成膜；(4)将膜装入微波专用模具内后进行微波加工生成电池电极。本发明专利技术通过喷涂的工艺得到正极前驱体，使得作为粘结剂的微波吸收材料均匀分布，较好地包覆颗粒，后续通过微波加工，使得电极致密的同时组分更加均匀，能够解决传统干法工艺的缺点和局限性。工艺的缺点和局限性。

【技术实现步骤摘要】
一种通过微波工艺制备固态电池电极的方法


[0001]本专利技术属于二次电池电极材料
，具体涉及一种通过微波工艺制备固态电池电极的方法。

技术介绍

[0002]传统锂离子电池中的有机液态电解质由于易燃造成较大安全隐患。全固态锂电池的热失控风险远远低于传统锂离子电池，且由于电解质良好的机械性能，可以有效阻挡充放电过程中负极产生的锂枝晶，从而减少死锂，提高电池循环寿命和能量密度，因此发展全固态电池成为发展新一代储能技术的重要方向。
[0003]固态电极作为全固态电池的核心成分，目前存在的主要问题是电极内部的活性物质、导电剂以及固态电解质颗粒之间空隙较大，存在着大量点对点接触，造成固体颗粒之间存在较大界面电阻，限制了电极内部锂离子的传输，从而削弱了电池的倍率性能和容量性能。因此，制备致密且高离子电导的正极成为发展全固态电池的瓶颈之一。
[0004]市售的固态电池正极大都采用湿法涂敷的工艺，湿法工艺是指将粘结剂充分溶解或分散于溶剂后，在液相下与活性物质和导电剂均匀混合，再将浆料涂敷后干燥挥发溶剂得到正极。湿法工艺在锂电池厂家中使用广泛，且粘结剂分散均匀，粘结效果好，但存在着使用溶剂(如NMP)不够环保，成本高，导电性差、厚极片容易开裂、残留溶剂发生副反应等缺点。更为致命的是溶剂挥发后留下的大孔隙率极片，使得界面电阻大，锂离子电导率差，进而引发的电池倍率性能和容量性能问题。
[0005]相比之下，干法工艺简单，具有无需溶剂从而减小孔隙的优点。目前干法电极存在着许多技术路线，其中以Maxwell公司的技术最为成熟，具体包括以下内容：将活性物质、导电剂以及聚四氟乙烯(PTFE)在混合机内混料，将粉末混合物挤压延成连续的自支撑电极膜，最后将薄电极与集流体压合在一起形成电池极片。传统干法工艺存在各组分在聚合物熔体内不易分散的缺点，造成所得电极膜内部验证相分离且力学性能较差。同时干法电极需要较长时间的热滚压或挤出热加工，能耗较大，同时容易导致聚合物等材料的热降解。因此非常有必要开发一种工艺方法解决上述存在的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种通过微波工艺制备固态电池电极的方法。通过喷涂的工艺得到正极前驱体，使得作为粘结剂的微波吸收材料均匀分布，较好地包覆颗粒，后续通过微波加工，使得电极致密的同时组分更加均匀，能够解决传统干法工艺的缺点和局限性。
[0007]为了实现以上目的，本专利技术的技术方案之一为一种通过微波工艺制备固态电池电极的方法，具体包括如下步骤：
[0008](1)将吸波材料包覆于活性物质外；
[0009](2)将步骤(1)已形成核壳结构的活性物质与导电剂以及添加剂混合均匀得到电
极混合粉体；
[0010](3)将步骤(2)得到的电极混合粉体压制成膜；
[0011](4)将步骤(3)制得的膜装入微波专用模具内后进行微波加工，电极内部发生了吸波熔融反应，生成了致密电极。
[0012]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤(1)中包覆工艺为喷涂工艺或气相沉积工艺。
[0013]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤(1)中吸波材料包括吸波碳材料、铁系吸波材料、吸波陶瓷材料、吸波聚合物材料中的一种或多种。
[0014]进一步地，所述吸波碳材料优选为导电石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维，铁系吸波材料优选为铁氧体，吸波陶瓷材料优选为碳化硅、氮化硅，吸波聚合物材料优选为含有极性官能团的有机物，如聚苯胺、聚乙二醇、聚噻吩、聚吡咯等。
[0015]更进一步地，所述吸波聚合物材料在使用前需要掺杂锂盐，所述锂盐包括四氟硼酸(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、六氟磷酸锂
[0016](LiPF6)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、双二氟磺酰亚胺锂(LiFSI)及双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)中的一种或几种。
[0017]更进一步地，所述吸波聚合物材料优选为聚乙二醇及其衍生物中的至少一种。
[0018]更进一步地，所述锂盐优选为高氯酸锂(LiClO4)或双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)。
[0019]进一步地，所述锂盐比吸波聚合物材料的质量比为0.01
‑
0.8:1。
[0020]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤(1)中的吸波材料的离子电导率为10
‑
10
‑
10
‑
1S/cm。
[0021]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤(1)中的活性物质包括磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、三元正极材料及他们的衍生物，单质硫、含硫化合物及其衍生物以及具有氧化还原活性的有机材料及其衍生物中的一种或多种。
[0022]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤(1)中的包覆方法包括机械混合法、固相反应法、物理与化学气相沉积法、沾涂法、溶胶
‑
凝胶法、水热法、共沉淀法、电沉积法、球磨法、喷涂法、微波法、静电喷雾法。
[0023]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤(1)中的包覆层厚度为1nm
‑
1cm。
[0024]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤(2)中的电极混合粉体中吸波材料的质量分数为0.1％
‑
90％。
[0025]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤(2)中的导电剂的种类为炭黑、导电石墨、科琴黑、Super P、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种。
[0026]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤(2)中的添加剂为聚合物粘结剂、固态电解质、电解液的一种或多种。
[0027]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤(3)中的进行压制的种类有真空热压、气氛热压、等静压、热等静压、反应热压、震动热压、均衡热压、超高压烧结。
[0028]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤(3)中的压制采用的压力为0.1
‑
3000MPa，温度为30
‑
1500℃。
[0029]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤(3)中的压制成膜的膜厚度为5nm
‑
1cm。
[0030]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤(4)中的微波为频率介于300MHz
‑
300GHz的电
磁波，微波加热的频率范围为300MHz
‑
300GHz，波的形式可以为正弦波、余弦波、方波、横波、纵波、以及它们的任意组合。
[0031]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤(4)中的微波功率为10
‑
9000W，微波时间0.01
‑
3600S。
[0032]为了实现以上目的，本专利技术的技术方案之二为一种通过微波工艺制备固态电池电极的方法得到的固态电池电极。
[0033]由于以上技术方案的实施，本专利技术与现有技术相比具有如下优点：
[0034]1.本专利技术的方法能够使得作为粘结剂的微波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过微波工艺制备固态电池电极的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将吸波材料包覆于活性物质外；(2)将步骤(1)已形成核壳结构的活性物质与导电剂以及添加剂混合均匀得到电极混合粉体；(3)将步骤(2)得到的电极混合粉体压制成膜；(4)将步骤(3)制得的膜装入模具后进行微波加工生成电池电极。2.根据权利要求1所述的一种通过微波工艺制备固态电池电极的方法，其特征在于，所述步骤(1)中吸波材料包括吸波碳材料、铁系吸波材料、吸波陶瓷材料、吸波聚合物材料中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的一种通过微波工艺制备固态电池电极的方法，其特征在于，所述吸波碳材料包括导电石墨、石墨烯、碳纳米管、炭黑、碳纤维，铁系吸波材料为铁氧体，吸波陶瓷材料包括碳化硅、氮化硅，吸波聚合物材料包括聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚乙二醇、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚醚、聚砜及它们的衍生物中的至少一种。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的一种通过微波工艺制备固态电池电极的方法，其特征在于，所述吸波聚合物材料在使用前需要掺杂锂盐，所述锂盐包括四氟硼酸、高氯酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双二氟磺酰亚胺锂及双三氟甲基磺酰亚胺锂中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的一种通过微波工艺制备固态电池电极的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的吸波材料的离子电导率为10
‑
10
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宏伟，李健，孔华彬，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：