本發(fā)明涉及干法電極、二次電池，特別是一種控制干法制備的負(fù)極極片原纖維化程度的方法。

背景技術(shù)：

0、技術(shù)背景

1、鋰離子電池被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備和電動(dòng)車(chē)輛中，是目前最主流的電池技術(shù)之一。例如，移動(dòng)電話、便攜式計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)、電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域。盡管鋰離子電池已在各行各業(yè)中廣泛應(yīng)用，但是它的安全性、循環(huán)壽命和成本等問(wèn)題仍面臨巨大的挑戰(zhàn)。例如現(xiàn)有的鋰離子電池制備工藝多采用濕法，存在溶劑殘留和環(huán)境污染等問(wèn)題。干法電極制備工藝因其無(wú)溶劑、環(huán)境友好和易于規(guī)模化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)而成為研究熱點(diǎn)。

2、與傳統(tǒng)的濕法涂布技術(shù)相比，干法電極工藝具有諸多顯著優(yōu)點(diǎn)：首先，其制造過(guò)程簡(jiǎn)單，工藝步驟少，批量化生產(chǎn)后可綜合降低電芯制造成本18％，且無(wú)需使用溶劑nmp，減少了環(huán)境污染，設(shè)備占地面積更小，更適合大規(guī)模生產(chǎn)。其次，干法電極由于沒(méi)有溶劑蒸發(fā)后的空隙，顆粒間接觸更為緊密，壓實(shí)密度更高，能量密度可提升20％，并且電極厚度極限更大，能進(jìn)一步提升面容量。最后，干法工藝下纖維網(wǎng)包覆活性材料，形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期充放電后仍保持完整，抑制活性物質(zhì)體積膨脹，防止顆粒脫落，從而提高電性能。此外，干法工藝還能在電極中形成更連續(xù)的離子傳導(dǎo)通道和良好的電子傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化離子和電子傳導(dǎo)性能。最后，干法電極工藝適用范圍廣，不僅適用于鋰離子電池和固態(tài)電池，還可應(yīng)用于正極和負(fù)極材料等多種電極材料。

3、在干法工藝中，聚四氟乙烯等粘接劑在機(jī)械剪切力作用下發(fā)生原纖維化，包裹活性材料和導(dǎo)電劑等成分，因此粘接劑的原纖維化程度對(duì)極片性能至關(guān)重要。然而，在實(shí)際生產(chǎn)中，原纖維化程度往往受到多種因素的綜合影響，包括主材用量、溫度、時(shí)間、剪切速率等，這些因素的復(fù)雜性使得測(cè)試人員難以通過(guò)常規(guī)手段精確調(diào)控原纖維化程度，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)法有效優(yōu)化極片性能，這不僅可能導(dǎo)致生成人員無(wú)法準(zhǔn)確判斷電池性能，在大規(guī)模生產(chǎn)中，還可能導(dǎo)致不同批次電池的性能存在差異，從而影響產(chǎn)品的一致性和可靠性。因此，在通過(guò)干法工藝中制備電極時(shí)，如何對(duì)其原纖維化程度進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，已經(jīng)成為了當(dāng)前研究的難點(diǎn)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種控制干法制備的負(fù)極極片原纖維化程度的方法，解決了干法制備負(fù)極極片時(shí)，原纖維化程度難以控制導(dǎo)致的負(fù)極極片質(zhì)量問(wèn)題，提高了大規(guī)模生產(chǎn)中負(fù)極極片的一致性和可靠性。

2、第一方面，本發(fā)明提供一種控制干法制備的負(fù)極極片原纖維化程度的方法，將含有負(fù)極活性材料、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑的負(fù)極原料依次通過(guò)干法混料、高速剪切，實(shí)現(xiàn)原纖維化，形成負(fù)極干粉，將負(fù)極干粉使用成膜設(shè)備制備成負(fù)極膜片，再將負(fù)極膜片與負(fù)極箔材通過(guò)輥壓熱復(fù)合，得到干法負(fù)極極片；

3、上述步驟中，通過(guò)調(diào)控65％≤c0≤130％，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)原纖維化程度的調(diào)控，其中，c0為原纖維化程度，m為負(fù)極活性材料質(zhì)量，單位kg，ld為負(fù)極活性材料松裝密度，單位g/cm3，l為干法攪拌罐體積，單位l，t1為原纖維化時(shí)物料溫度，單位℃，δt為原纖維化分散時(shí)間，單位min，k1為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，k1＝0.65，γ為原纖維化剪切速率，n為原纖維化時(shí)轉(zhuǎn)速，單位rpm，r為原纖維化分散轉(zhuǎn)子半徑，單位m，h為混料機(jī)電機(jī)定-轉(zhuǎn)子間距，單位mm。

4、作為一些優(yōu)選的方案，75％≤c0≤105％。

5、作為進(jìn)一步的方案，所述負(fù)極活性材料原則上不做限定，技術(shù)人員可根據(jù)需求選擇相應(yīng)的負(fù)極活性材料，例如碳材料、硅碳材料、硅氧材料中一種或多種。

6、作為進(jìn)一步的方案，所述碳材料選自天然石墨、人造石墨、微碳球、硬碳、軟碳中任意一種。

7、作為進(jìn)一步的方案，所述粘結(jié)劑選自聚合物類(lèi)、橡膠類(lèi)、纖維素衍生物類(lèi)中任意一種或幾種。

8、作為進(jìn)一步的方案，所述導(dǎo)電劑選自選自碳黑、super?p、活性炭、石墨、石墨烯、多壁碳納米管、單壁碳納米管、碳纖維、導(dǎo)電炭黑、碳納米球、橢球形碳、硬碳、無(wú)定型碳、碳化硅、乙炔黑、科琴黑、氣相生長(zhǎng)碳纖維(vgcf)中任意一種或幾種。

9、作為進(jìn)一步的方案，所述負(fù)極干粉中負(fù)極活性材料質(zhì)量占比選自85％-99.3％。

10、作為進(jìn)一步的方案，所述負(fù)極干粉中粘結(jié)劑質(zhì)量占比選自0.3％-10％。

11、作為進(jìn)一步的方案，所述負(fù)極干粉中導(dǎo)電劑質(zhì)量占比選自0.4％-5％。

12、作為進(jìn)一步的方案，所述干法混料轉(zhuǎn)速選自1000rpm-3000rpm，混料時(shí)間選自5-20min。

13、作為進(jìn)一步的方案，通過(guò)高速剪切實(shí)現(xiàn)原纖維化的轉(zhuǎn)速選自4000rpm-8000rpm，時(shí)間選自3-30min。

14、作為進(jìn)一步的方案，所述混料機(jī)電機(jī)定-轉(zhuǎn)子間距h選自0.2-0.4mm。

15、作為進(jìn)一步的方案，高速剪切后還包括通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行細(xì)化獲得負(fù)極干粉的過(guò)程。

16、作為進(jìn)一步的方案，負(fù)極干粉進(jìn)行成膜時(shí)，成膜減薄在溫度70-250℃下進(jìn)行。

17、作為進(jìn)一步的方案，輥壓熱復(fù)合的輥壓壓力可設(shè)置為2-50t，溫度可設(shè)置為70-250℃。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有如下有益效果：本發(fā)明在考慮常規(guī)影響原纖維化程度因素的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步結(jié)合負(fù)極活性材料性質(zhì)，將影響碰撞動(dòng)力學(xué)的因素同時(shí)納入考慮范圍，從而獲得了一種調(diào)控原纖維化程度的公式和方法，通過(guò)公式選擇合適的參數(shù)，本發(fā)明可以獲得纖維化程度良好的干法負(fù)極極片，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同批次電池性能的精準(zhǔn)控制，從而提高產(chǎn)品生產(chǎn)的可靠性和一致性，為大規(guī)模的生成提供有利的保證，通過(guò)本方案制備的干法負(fù)極極片具有良好的壓實(shí)密度以及優(yōu)秀的剝離強(qiáng)度，同時(shí)具有比濕法制備的電極片更優(yōu)的電阻，有望為干法負(fù)極極片的大規(guī)模生產(chǎn)提供保障。

技術(shù)特征：

1.一種控制干法制備的負(fù)極極片原纖維化程度的方法，其特征在于，將含有負(fù)極活性材料、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑的負(fù)極原料依次通過(guò)干法混料、高速剪切，實(shí)現(xiàn)原纖維化，形成負(fù)極干粉，將負(fù)極干粉使用成膜設(shè)備制備成負(fù)極膜片，再將負(fù)極膜片與負(fù)極箔材通過(guò)輥壓熱復(fù)合，得到干法負(fù)極極片；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述控制干法制備的負(fù)極極片原纖維化程度的方法，其特征在于，工藝參數(shù)滿足75％≤c0≤105％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述控制干法制備的負(fù)極極片原纖維化程度的方法，其特征在于，負(fù)極活性材料選自碳材料、硅碳材料、硅氧材料中一種或多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述控制干法制備的負(fù)極極片原纖維化程度的方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑選自聚合物類(lèi)、橡膠類(lèi)、纖維素衍生物類(lèi)中任意一種或多種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述控制干法制備的負(fù)極極片原纖維化程度的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電劑選自選自碳黑、superp、活性炭、石墨、石墨烯、多壁碳納米管、單壁碳納米管、碳纖維、導(dǎo)電炭黑、碳納米球、橢球形碳、硬碳、無(wú)定型碳、碳化硅、乙炔黑、科琴黑、氣相生長(zhǎng)碳纖維中任意一種或多種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述控制干法制備的負(fù)極極片原纖維化程度的方法，其特征在于，所述負(fù)極干粉中負(fù)極活性材料質(zhì)量占比選自85％-99.3％；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述控制干法制備的負(fù)極極片原纖維化程度的方法，其特征在于，干法混料轉(zhuǎn)速選自1000rpm-3000rpm，混料時(shí)間選自5-20min；

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述控制干法制備的負(fù)極極片原纖維化程度的方法，其特征在于，高速剪切后還包括通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行細(xì)化獲得負(fù)極干粉的過(guò)程。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述控制干法制備的負(fù)極極片原纖維化程度的方法，其特征在于，負(fù)極干粉進(jìn)行成膜時(shí)，成膜減薄在溫度70-250℃下進(jìn)行。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述控制干法制備的負(fù)極極片原纖維化程度的方法，其特征在于，輥壓熱復(fù)合的輥壓壓力可設(shè)置為2-50t，溫度可設(shè)置為70-250℃。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種控制干法制備的負(fù)極極片原纖維化程度的方法，通過(guò)使干法制備負(fù)極極片時(shí)的參數(shù)滿足65％≤C0≤130％，實(shí)現(xiàn)了對(duì)干法制備負(fù)極極片時(shí)原纖維化程度的控制，從而為大規(guī)模生產(chǎn)中干法制備的負(fù)極極片的質(zhì)量把控提供了一種可靠的方法，提高了生產(chǎn)過(guò)程中負(fù)極極片質(zhì)量的一致性和可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：喬萬(wàn)春,周權(quán),邢乃闖,劉洪鳴,史寅彪,趙嬌嬌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長(zhǎng)三角物理研究中心有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/22