1.本發(fā)明屬于超級電容器及鋰離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種超級電容器及鋰離子電池電極膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

2.傳統(tǒng)量產(chǎn)的超級電容器及鋰離子電池電極制備均是使用溶劑的濕法勻漿、涂布工藝，能耗高，部分溶劑存在毒性和回收問題，且由于溶劑在極片中的殘留，會導(dǎo)致產(chǎn)氣等一系列問題，降低電池的使用壽命。

3.近年來，新型干法無溶劑復(fù)合電極制造技術(shù)開始興起，通過采用不同方法制備出干法電極膜后再與涂有導(dǎo)電膠的箔材復(fù)合形成極片，大大降低了能耗成本，有利于環(huán)境安全，且制造的極片具有壓實(shí)密度高、柔韌性好、無溶劑殘留等特點(diǎn)，有望實(shí)現(xiàn)超級電容器及鋰離子電池制造的批量應(yīng)用。

4.例如：cn202210082314.5公開了一種干法制膜過程中纖維化程度的監(jiān)控方法、干法制膜方法、干法電極片的制備方法和應(yīng)用。所述監(jiān)控方法通過物料的比表面積變化來監(jiān)控粘結(jié)劑的纖維化程度。所述干法制膜方法包括以下步驟：將物料干法混合后進(jìn)行纖維化處理，開煉后輥壓至預(yù)設(shè)厚度，得到干法膜片。

5.cn202111325320.0涉及一種干法電極膜的原位制備方法及其干法電極。在露點(diǎn)為25～65℃條件下，將活性材料干粉、聚合物粘結(jié)劑干粉、導(dǎo)電劑干粉預(yù)混后，置于雙螺桿擠出機(jī)中通過輻射加熱、使混合物原位交聯(lián)反應(yīng)，擠出形成干法電極膜；其中，所述的粘結(jié)劑為50-120℃低熔點(diǎn)的粘合劑；

6.cn202111110840.x公開了一種干法電極膜、其制備方法和應(yīng)用，所述方法包括以下步驟：1)將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、聚合物膜混合均勻，得到混合料；2)將上述混合材料進(jìn)行纖維化處理得到混合物；3)對得到的混合物進(jìn)行加熱壓延處理，制備得到干法電極膜。本發(fā)明的方法可大幅降低干法制備電極片的工藝難度，對纖維化采用的設(shè)備要求低，而且纖維化更充分、組分間的分散均勻性更好。采用本發(fā)明的方法干法制備電極，聚合物(例如ptfe)的使用量更少，有利于提高電池的能量密度，有利于制備厚電極。

7.cn 201510501689.0涉及一種超級電容器電極制備工藝，所述制備工藝包括如下步驟：稱取原材料：導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑聚四氟乙烯粉末、活性物質(zhì)高比表面積活性炭，將粉態(tài)活性炭、粘結(jié)劑聚四氟乙烯粉末、導(dǎo)電劑三者按照進(jìn)行干態(tài)粉體均勻混合，在超強(qiáng)剪切機(jī)作用下加熱，進(jìn)行剪切形變混合，然后壓制得到干態(tài)炭膜；通過預(yù)先向鋁箔表面噴涂導(dǎo)電膠后，形成導(dǎo)電涂層，將干態(tài)炭膜分別均勻粘貼在導(dǎo)電涂層上，加熱固化，即可得到最終干法電極。

8.綜上可以看出，目前干法電極粘結(jié)劑纖維化，一次加工量受設(shè)備容量限制較大，且纖維化效果和均勻性無法穩(wěn)定保證，纖維化后物料需要二次轉(zhuǎn)移，再度投入熱碾壓機(jī)中進(jìn)行碾壓才能最終成膜，工藝相對比較復(fù)雜，很難連續(xù)生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

9.本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種超級電容器及鋰離子電池電極膜及其制備方法。

10.為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

11.一種超級電容器及鋰離子電池電極膜的制備方法，包括下述步驟:。

12.1)將電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑粉末按照一定質(zhì)量比混合均勻；

13.2)將所述混合物加入高溫螺桿擠出機(jī)下料漏斗，通過螺桿擠出至熔噴噴頭；

14.3)熔噴噴頭處物料在高溫高壓壓縮空氣帶動下，由噴絲板噴出，同時壓縮空氣帶動熔融狀態(tài)粘結(jié)劑拉伸成纖維狀；

15.4)步驟3噴出物料直接噴射到熱碾壓輥上，在熱碾壓輥帶動下進(jìn)行壓制，使纖維化粘結(jié)劑粘結(jié)成膜。

16.步驟2)中高溫螺桿擠出機(jī)溫度為180℃～350℃；

17.步驟3)中高溫高壓壓縮空氣，溫度為180℃～350℃，壓力為0.05～0.5mpa。

18.步驟3)中噴絲板孔徑為0.1～0.5mm，孔距為0.5mm～1mm。

19.步驟4)中熱壓輥溫度為80℃～200℃；

20.步驟4)中成膜厚度50～200μm；

21.步驟1)中電極活性物質(zhì)質(zhì)量占比75％～95.5％，所述導(dǎo)電劑質(zhì)量占比0.5％～5％，所述粘結(jié)劑質(zhì)量占比占比4％～20％。電極活性物質(zhì)為活性炭、鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、石墨、硅碳復(fù)合si/c中的一種或多種；導(dǎo)電劑包括炭黑、乙炔黑、碳納米管、石墨烯中的一種或多種；所述粘結(jié)劑包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、聚烯烴、聚酯、聚酰胺、羧甲基纖維素鈉、丁苯橡膠中的一種或多種。

22.本發(fā)明還包括一種所述的制備方法得到的超級電容器及鋰離子電池電極膜。

23.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

24.本技術(shù)的技術(shù)方案相比于濕法電極工藝，本方法不采用溶劑，對環(huán)境無污染，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高；由于無溶劑和采用高溫輥壓，電極壓實(shí)密度得到較大提高，相比于濕法工藝壓實(shí)密度可提高8％～20％。相對于干法電極工藝，本發(fā)明采用熔噴方法，使粘結(jié)劑通過高溫壓縮空氣拉伸纖維化，制作電極膜，具有工藝簡單，速度快等特點(diǎn)，有較好的應(yīng)用前景。

25.本發(fā)明通過采用高速氣流混合技術(shù)實(shí)現(xiàn)了固態(tài)粉末顆粒之間的均勻混合，同時借助于ptfe在高速剪切條件下的形變結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑三者之間的混合，并形成了密度高、表面均勻的高性能超級電容器用電極片。

26.相對于傳統(tǒng)的干法工藝，采用本發(fā)明的工藝，在固體粉末混合均勻后，只需將材料投入下料漏斗即可實(shí)現(xiàn)纖維化和壓膜連續(xù)生產(chǎn)，且由于采用高溫工藝，粘結(jié)劑呈熔融態(tài)，更易纖維化，通過調(diào)整進(jìn)料速度，壓縮空氣進(jìn)氣壓力可以方便的調(diào)整纖維化長度和最終壓膜效果，工藝簡單、方便，最終可制得密度高、表面均勻的高性能超級電容器及鋰離子電池用電極片。

附圖說明

27.圖1為超級電容器電極膜制作裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

28.為了使本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和最佳實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

29.圖1示出一種超級電容器電極膜制作裝置，包括下料漏斗1，高溫螺桿擠出機(jī)2，噴絲口3，空壓機(jī)4，空氣加熱器5，濾膜6,碾壓輥7，電極膜8，切邊收卷裝置9。

30.實(shí)施例1：使用該裝置進(jìn)行超級電容器電極膜制作方法(其他實(shí)施例類似，不再一一贅述)，步驟如下：

31.1)稱取87wt％活性炭、5wt％導(dǎo)電炭黑、8wt％的ptfe，在高速混合機(jī)中混合1h，混合機(jī)轉(zhuǎn)速1000r/min；

32.2)將混合均勻的干粉由下下料漏斗1加入高溫螺桿擠出機(jī)2，高溫螺桿擠出機(jī)設(shè)置溫度330℃；

33.3)設(shè)置壓縮空氣壓力0.1mpa，溫度330℃，空氣由空壓機(jī)4進(jìn)入空氣加熱器5進(jìn)行加熱，擠出物料在高溫高壓壓縮空氣牽拉下由噴絲口3噴出；

34.4)設(shè)置碾壓輥7溫度150℃，碾壓厚度120μm，最終得到超級電容器活性炭膜(即電極膜)。得到的電極膜8利用切邊收卷裝置9進(jìn)行整理。之后與涂覆導(dǎo)電膠的鋁箔復(fù)合得到超級電容器極片。

35.實(shí)施例2

36.一種鋰離子電池正極膜制作方法，步驟如下：

37.1)稱取89wt％ncm 111、2wt％導(dǎo)電炭黑、1％碳納米管、8wt％的pvdf，在高速混合機(jī)中混合1h，混合機(jī)轉(zhuǎn)速1000r/min；

38.2)將混合均勻的干粉加入高溫螺桿擠出機(jī)下料漏斗，高溫螺桿擠出機(jī)設(shè)置溫度220℃；

39.3)設(shè)置壓縮空氣壓力0.1mpa，溫度220℃，擠出物料在高溫高壓壓縮空氣牽拉下由噴絲口噴出；

40.4)設(shè)置碾壓輥溫度120℃，碾壓厚度100μm，最終得到鋰離子電池正極膜。得到的電極膜與涂覆導(dǎo)電膠的鋁箔復(fù)合得到鋰離子電池正極片。

41.實(shí)施例3

42.一種鋰離子電池負(fù)極膜制作方法，步驟如下：

43.1)稱取91wt％石墨、2wt％導(dǎo)電炭黑、7wt％的pvdf，在高速混合機(jī)中混合0.5h，混合機(jī)轉(zhuǎn)速1000r/min；

44.2)將混合均勻的干粉加入高溫螺桿擠出機(jī)下料漏斗，高溫螺桿擠出機(jī)設(shè)置溫度220℃；

45.3)設(shè)置壓縮空氣壓力0.1mpa，溫度220℃，擠出物料在高溫高壓壓縮空氣牽拉下由噴絲口噴出；

46.4)設(shè)置碾壓輥溫度120℃，碾壓厚度100μm，最終得到鋰離子電池正極膜。得到的電極膜與涂覆導(dǎo)電膠的銅箔復(fù)合得到鋰離子電池負(fù)極片。

47.對比例1

48.一種濕法超級電容器極片制備方法，步驟如下：按照活性炭：導(dǎo)電炭黑：cmc：sbr＝94:3:1:2的質(zhì)量比稱取材料，以去離子水為溶劑攪拌成均勻漿料，使用涂布機(jī)將漿料涂布

在鋁箔上，然后烘干，去除去離子水，得到常規(guī)超級電容器極片。

49.對比例2

50.一種濕法鋰離子電池正極片制備方法，步驟如下：按照ncm 111：導(dǎo)電炭黑：碳納米管：pvdf＝94:2:1:3的質(zhì)量比稱取材料，以nmp為溶劑攪拌成均勻漿料，使用涂布機(jī)將漿料涂布在鋁箔上，然后烘干，去除nmp，得到常規(guī)鋰離子電池正極片。

51.對比例3

52.一種濕法鋰離子電池負(fù)極片制備方法，步驟如下：按照石墨：導(dǎo)電炭黑：cmc：sbr＝95:2:1:2的質(zhì)量比稱取材料，以去離子水為溶劑攪拌成均勻漿料，使用涂布機(jī)將漿料涂布在銅箔上，然后烘干，去除去離子水，得到常規(guī)鋰離子電池負(fù)極片。

53.對比例4

54.一種干法超級電容器電極制備方法，步驟如下：按照活性炭：導(dǎo)電炭黑：ptfe＝87:5:8的質(zhì)量比，在高速混合機(jī)中混合均勻后，在超強(qiáng)剪切機(jī)作用下，進(jìn)行剪切形變混合，使粘結(jié)劑纖維化，然后用熱輥壓機(jī)壓制成炭膜，再與涂有導(dǎo)電膠的鋁箔復(fù)合成電極片。

55.所得上述實(shí)施例和對比例電極片壓實(shí)密度見表1所示

56.表1

57.項(xiàng)目壓實(shí)密度g/cm3壓實(shí)密度相比濕法提升％實(shí)施例10.6510.2實(shí)施例23.659.0實(shí)施例31.8012.5對比例10.59 對比例23.35 對比例31.60 對比例40.65 58.將實(shí)施例1得到的超級電容電極片及濕法工藝對比例1，干法工藝對比例4制備的相同厚度超級電容器極片裝配成3261型全極耳電容器，其性能對比見表2。

59.表2

60.項(xiàng)目容量fesr/mω65℃2.7v恒壓1500h，容量剩余實(shí)施例1379.31.4484.9％對比例1350.21.7482.1％對比例4379.01.4584.5％

61.從表1和表2可以看出，通過采用熔噴技術(shù)實(shí)現(xiàn)了粘結(jié)劑膠粒的纖維化，并由此制備了壓實(shí)密度更高的電極片，其中相比濕法超級電容器極片壓實(shí)密度提升10％以上，且與采用超強(qiáng)剪切纖維化方法制備的干法電極片壓實(shí)密度及性能相當(dāng)。最終產(chǎn)品的容量相比濕法提升8.3％，內(nèi)阻降低17.2％，同時由于采用無溶劑制備技術(shù)，產(chǎn)品壽命測試1500h，干法工藝產(chǎn)品剩余容量相比濕法提升2.8％。而相對于傳統(tǒng)的干法工藝，采用本發(fā)明的工藝，在固體粉末混合均勻后，只需將材料投入下料漏斗即可實(shí)現(xiàn)纖維化和壓膜連續(xù)生產(chǎn)，且由于采用高溫工藝，粘結(jié)劑呈熔融態(tài)，更易纖維化，通過調(diào)整進(jìn)料速度，壓縮空氣進(jìn)氣壓力可以方便的調(diào)整纖維化長度和最終壓膜效果，工藝簡單、方便，效率更高。

62.以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人

員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。技術(shù)特征：

1.一種超級電容器及鋰離子電池電極膜的制備方法，其特征在于，包括下述步驟:。1)將電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑粉末按照一定質(zhì)量比混合均勻；2)將所述混合物加入高溫螺桿擠出機(jī)下料漏斗，通過螺桿擠出至熔噴噴頭；3)熔噴噴頭處物料在高溫高壓壓縮空氣帶動下，由噴絲板噴出，同時壓縮空氣帶動熔融狀態(tài)粘結(jié)劑拉伸成纖維狀；4)步驟3)噴出物料直接噴射到熱碾壓輥上，在熱碾壓輥帶動下進(jìn)行壓制，使纖維化粘結(jié)劑粘結(jié)成膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器及鋰離子電池電極膜的制備方法，其特征在于，步驟2)中高溫螺桿擠出機(jī)溫度為180℃～350℃.3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器及鋰離子電池電極膜的制備方法，其特征在于，步驟3)中高溫高壓壓縮空氣，溫度為180℃～350℃，壓力為0.05～0.5mpa。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器及鋰離子電池電極膜的制備方法，其特征在于，步驟3)中噴絲板孔徑為0.1～0.5mm，孔距為0.5mm～1mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器及鋰離子電池電極膜的制備方法，其特征在于，步驟4)中熱壓輥溫度為80℃～200℃.6.根據(jù)權(quán)利要求1所述所述的超級電容器及鋰離子電池電極膜的制備方法，其特征在于，步驟4)中成膜厚度50～200μm.7.根據(jù)權(quán)利要求1所述所述的超級電容器及鋰離子電池電極膜的制備方法，其特征在于，步驟1)中電極活性物質(zhì)質(zhì)量占比75％～95.5％，所述導(dǎo)電劑質(zhì)量占比0.5％～5％，所述粘結(jié)劑質(zhì)量占比占比4％～20％。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述所述的超級電容器及鋰離子電池電極膜的制備方法，其特征在于，電極活性物質(zhì)為活性炭、鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、石墨、硅碳復(fù)合si/c中的一種或多種；導(dǎo)電劑包括炭黑、乙炔黑、碳納米管、石墨烯中的一種或多種；所述粘結(jié)劑包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、聚烯烴、聚酯、聚酰胺、羧甲基纖維素鈉、丁苯橡膠中的一種或多種。9.一種權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的制備方法得到的超級電容器及鋰離子電池電極膜。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明屬于超級電容器及鋰離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種超級電容器及鋰離子電池電極膜及其制備方法。包括下述步驟:1)將電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑粉末按照一定質(zhì)量比混合均勻；2)將所述混合物加入高溫螺桿擠出機(jī)下料漏斗，通過螺桿擠出至熔噴噴頭；3)熔噴噴頭處物料在高溫高壓壓縮空氣帶動下，由噴絲板噴出，同時壓縮空氣帶動熔融狀態(tài)粘結(jié)劑拉伸成纖維狀；4)步驟3)噴出物料直接噴射到熱碾壓輥上，在熱碾壓輥帶動下進(jìn)行壓制，使纖維化粘結(jié)劑粘結(jié)成膜。本申請的技術(shù)方案工藝簡單、方便，效率更高。更高。更高。

技術(shù)研發(fā)人員：段泉濱 高玉雙 潘海麗 尹子振 馬猛

受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津力神超電科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2022.07.13

技術(shù)公布日：2022/10/18