一种复合正极活性材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种复合正极活性材料及其制备方法和应用。所述复合正极活性材料包括正极活性材料、聚合物、导电材料和非水溶剂；所述聚合物为在非水溶剂中具有溶胀性能的聚合物，并在非水溶剂中的吸液率不低于100％，溶胀后的聚合物的拉伸强度不低于0.5MPa，断裂伸长率不低于30％。本发明专利技术通过将溶胀型聚合物与正极活性材料、导电材料和非水溶剂进行混合，使得聚合物以纤维状分布在正极活性材料和导电材料的表面，增加了其与集流体的粘结能力。增加了其与集流体的粘结能力。

【技术实现步骤摘要】
一种复合正极活性材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于正极材料
，具体涉及一种复合正极活性材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为高效率的能源转换装置，在3C数码领域和新能源汽车领域得到广泛应用。由于锂离子电池的应用领域和市场份额迅速增长，并呈现稳步增长的趋势，对锂离子电池的成本要求也越来越高。降低生产成本和提升制造效率是整个锂离子电池行业亟待解决的问题。当前，商用锂离子电池的电极材料往往是通过在集电极上涂覆湿涂层生产制备的，浆料中含有活性物质、导电剂和溶解于有机溶剂或水中的粘结剂，电极干燥过程是锂离子电池生产过程中最耗能的环节。在年产量为100万吨电池的生产线上，容量为20.5Ah和电压平台为3.7V的锂离子电池体系的涂膜和干燥过程耗费的成本约占整个制造成本的51％。同时，湿法制备电极材料增加了配料、涂布和干燥等工艺步骤，使得极片制造效率低下，不利于进一步提高电极的体积能量密度。
[0003]CN114784220A公开了一种干法制备电极材料的方法，通过对电极活性材料、导电剂和粘结剂中的至少一种物料进行纤维化处理，增强组分之间粘结作用，通过静电喷涂方式将纤维化物料和其他物料覆盖集流体表面，提高电极均匀性，并降低粘结剂含量要求。但纤维化和喷涂工艺对材料的要求较高，进一步增加了电极材料的制备成本。
[0004]因此，亟需开发一种低成本和高效率电极材料的制备工艺。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种复合正极活性材料及其制备方法和应用。本专利技术通过将溶胀型聚合物与正极活性材料、导电材料和非水溶剂进行混合，使得聚合物以纤维状分布在正极活性材料和导电材料的表面，增加了其与集流体的粘结能力。
[0006]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种复合正极活性材料，所述复合正极活性材料包括正极活性材料、聚合物、导电材料和非水溶剂；
[0008]所述聚合物为在非水溶剂中具有溶胀性能的聚合物，并在非水溶剂中的吸液率不低于100％，溶胀后的聚合物的拉伸强度不低于0.5MPa，断裂伸长率不低于30％。
[0009]在本专利技术中，所述聚合物在非水溶剂中的吸液率不低于100％，例如可以为100％、150％、200％、250％、300％；溶胀后的聚合物的拉伸强度不低于0.5MPa，例如可以为0.5MPa、0.8MPa、1MPa、1.2MPa、1.5MPa；断裂伸长率不低于30％，例如可以为30％、35％、40％、45％、50％，出于篇幅简短的考虑，对上述范围内的数值不再一一列举。
[0010]本专利技术通过将溶胀型聚合物与正极活性材料、导电材料和非水溶剂进行混合，使得聚合物以纤维状分布在正极活性材料和导电材料的表面，增加了其与集流体的粘结能
力，避免活性物质的粉化和脱落，进而提升了电池的循环性能。同时，本专利技术提供的复合正极活性材料能够直接喷涂或者热压在集流体表面，即可得到正极片，无需进行常规浆料的调浆、涂布、干燥和辊压过程，缩短工时，这能够大幅提升电池极片的制作效率，同时降低制作成本。
[0011]此外，本专利技术通过调控聚合物的吸液率、拉伸强度和断裂伸长率在适宜的范围，使其具有快速纤维化以及各组分能够均匀分散的优势。
[0012]优选地，所述聚合物在非水溶剂中的吸液率为100％～1000％，溶胀后的聚合物的拉伸强度不低于0.5MPa，断裂伸长率为30％～3000％；
[0013]优选地，所述聚合物在非水溶剂中的吸液率为100％时，溶胀后的聚合物的拉伸强度不低于1MPa，断裂伸长率不低于50％。
[0014]本专利技术通过进一步优选聚合物的各项参数，使得溶胀后的聚合物能够被拉伸牵引形成纤维状态。
[0015]优选地，所述聚合物包括天然聚合物及其改性物和/或合成类聚合物及其改性物。
[0016]优选地，所述天然聚合物及其改性物包括多糖及其改性物或橡胶及其改性物。
[0017]在本专利技术中，通过选择多糖及其改性物或橡胶及其改性物，其在非水溶剂的溶胀状态下具有高拉伸强度以及高断裂伸长率的优势。
[0018]优选地，所述天然聚合物及其改性物包括纤维素和/或天然橡胶。
[0019]优选地，所述合成类聚合物及其改性物包括聚烯烃及其改性物、聚卤代烯烃及其改性物、聚烯键式烷基酯及其改性物、聚烯键式烷基醚及其改性物、聚烯键式烷基醛及其改性物、聚烯键式烷基酮及其改性物、聚烯键式烷基腈及其改性物、环氧树脂及其改性物或聚酰亚胺及其改性物中的任意一种或至少两种的组合，例如可以为聚烯烃及其改性物、聚卤代烯烃及其改性物、聚烯键式烷基酯及其改性物、聚烯键式烷基醚及其改性物、聚烯键式烷基醛及其改性物或聚烯键式烷基酮及其改性物，出于篇幅简短的考虑，对上述范围内的组合不再一一列举。
[0020]优选地，所述合成类聚合物及其改性物包括聚卤代烯烃及其改性物、聚烯键式烷基腈及其改性物、聚烯键式烷基酮及其改性物或聚酰亚胺及其改性物中的任意一种或至少两种的组合，例如可以为聚卤代烯烃及其改性物、聚烯键式烷基腈及其改性物或聚烯键式烷基酮及其改性物，出于篇幅简短的考虑，对上述范围内的组合不再一一列举。
[0021]优选地，所述合成类聚合物及其改性物包括聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚四氟乙烯或聚酰亚胺中的任意一种或至少两种的组合，例如可以为聚丙烯腈和聚偏二氟乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮或聚四氟乙烯，出于篇幅简短的考虑，对上述范围内的组合不再一一列举。
[0022]在本专利技术中，通过选择上述合成类聚合物，其在非水溶剂的溶胀状态下具有高拉伸强度和高断裂伸长率的优势。
[0023]优选地，所述正极活性材料包括磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍锰酸锂、镍酸锂、铁酸锂、钒酸锂、铬酸锂或钛酸锂中的任意一种或至少两种的组合。
[0024]优选地，所述导电材料包括炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯或导电石墨中的任意一种或至少两种的组合。
[0025]优选地，所述非水溶剂包括芳香烃类溶剂、脂链烃类溶剂、脂环烃类溶剂、卤化烃类溶剂、醇类溶剂、醚类溶剂、酯类溶剂、酮类溶剂、醇醚类溶剂、砜类溶剂、含氮类溶剂或酚类溶剂中的任意一种或至少两种的组合，优选为芳香烃类溶剂、脂链烃类溶剂或砜类溶剂中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述芳香烃类溶剂包括苯、甲苯或二甲苯中的任意一种或至少两种的组合。
[0026]优选地，所述脂链烃类溶剂包括戊烷、己烷、辛烷或石油醚中的任意一种或至少两种的组合。
[0027]优选地，所述脂环烃类溶剂包括环戊烷、环己烷或环庚烷中的任意一种或至少两种的组合。
[0028]优选地，所述卤化烃类溶剂包括四氯化碳、氯苯、二氯苯、二氯甲烷或氯仿中的任意一种或至少两种的组合。
[0029]优选地，所述醇类溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇或甘油中的任意一种或至少两种的组合。
[0030]优选地，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合正极活性材料，其特征在于，所述复合正极活性材料包括正极活性材料、聚合物、导电材料和非水溶剂；所述聚合物为在非水溶剂中具有溶胀性能的聚合物，并在非水溶剂中的吸液率不低于100％，溶胀后的聚合物的拉伸强度不低于0.5MPa，断裂伸长率不低于30％。2.根据权利要求1所述的复合正极活性材料，其特征在于，所述聚合物在非水溶剂中的吸液率为100％～1000％，溶胀后的聚合物的拉伸强度不低于0.5MPa，断裂伸长率为30％～3000％；优选地，所述聚合物在非水溶剂中的吸液率为100％时，溶胀后的聚合物的拉伸强度不低于1.0MPa，断裂伸长率不低于50％。3.根据权利要求1或2所述的复合正极活性材料，其特征在于，所述聚合物包括天然聚合物及其改性物和/或合成类聚合物及其改性物。4.根据权利要求3所述的复合正极活性材料，其特征在于，所述天然聚合物及其改性物包括多糖及其改性物或橡胶及其改性物；优选地，所述天然聚合物及其改性物包括纤维素和/或天然橡胶。5.根据权利要求3所述的复合正极活性材料，其特征在于，所述合成类聚合物及其改性物包括聚烯烃及其改性物、聚卤代烯烃及其改性物、聚烯键式烷基酯及其改性物、聚烯键式烷基醚及其改性物、聚烯键式烷基醛及其改性物、聚烯键式烷基酮及其改性物、聚烯键式烷基腈及其改性物、环氧树脂及其改性物或聚酰亚胺及其改性物中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述合成类聚合物及其改性物包括聚卤代烯烃及其改性物、聚烯键式烷基腈及其改性物、聚烯键式烷基酮及其改性物或聚酰亚胺及其改性物中的任意一种或至少两种的组合。6.根据权利要求5所述的复合正极活性材料，其特征在于，所述合成类聚合物及其改性物包括聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚四氟乙烯或聚酰亚胺中的任意一种或至少两种的组合。7.根据权利要求1
‑
6中任一项所述的复合正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料包括磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍锰酸锂、镍酸锂、铁酸锂、钒酸锂、铬酸锂或钛酸锂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述导电材料包括炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯或导电石墨中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述非水溶剂包括芳香烃类溶剂、脂链烃类溶剂、脂环烃类溶剂、卤化烃类溶剂、醇类溶剂、醚类溶剂、酯类...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳敏，王伟华，刘俊，
申请(专利权)人：深圳市研一新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：