本發(fā)明屬于干法極片制備領(lǐng)域，具體涉及一種干法極片的制備方法。

背景技術(shù)：

1、超級(jí)電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和二次電池之間的新型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。相比于傳統(tǒng)電容器，超級(jí)電容器的極片活性物質(zhì)通常是高比表面積的多孔材料,這顯著提高了儲(chǔ)能有效面積；在極片表面形成的雙電層厚度為納米級(jí),有利于高能量存儲(chǔ)。與二次電池相比,超級(jí)電容器的儲(chǔ)能過程是高度可逆的，可實(shí)現(xiàn)高功率、長(zhǎng)壽命的充放電過程。得益于超級(jí)電容器優(yōu)異的儲(chǔ)能特性，超級(jí)電容器特別適合應(yīng)用于瞬時(shí)大電流放電、快速充放電、循環(huán)壽命長(zhǎng)、能量快速回收的場(chǎng)景。例如，超級(jí)電容器不僅可以實(shí)現(xiàn)提供車輛啟動(dòng)所需的瞬時(shí)高功率，還可以回收車輛剎車時(shí)的制動(dòng)能量。此外，超級(jí)電容在航天航空、機(jī)械、軍事、低溫啟動(dòng)等領(lǐng)域同樣發(fā)揮重要作用。

2、根據(jù)在極片制備過程中是否引入液態(tài)溶劑，可以將超級(jí)電容器極片的制備工藝分為兩種：濕法和干法工藝。濕法工藝具有技術(shù)成熟、生產(chǎn)難度低等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在以下缺陷：1）干燥成本高，濕法工藝干燥過程中需要消耗大量的電力用于溶劑的揮發(fā)；2）出現(xiàn)顆粒分層現(xiàn)象，濕法工藝生產(chǎn)過程中，由于活性材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑顆粒密度不同，容易在靜置狀態(tài)下出現(xiàn)分層現(xiàn)象，例如在涂布工序溶劑蒸發(fā)階段，密度小的顆粒容易漂浮在上層，密度大的顆粒容易沉降到下層，造成顆粒間粘結(jié)強(qiáng)度變低，極片易開裂等問題；3）溶劑難以去除，由于超級(jí)電容器核心儲(chǔ)能材料（多孔隙的碳材料）具有極強(qiáng)的吸附作用，殘留在孔洞中的溶劑難以完全去除，最終導(dǎo)致超級(jí)電容器漏電流增大，循環(huán)壽命降低；4）活性材料負(fù)載量低，限制了超級(jí)電容器的容量，并且厚極片在干燥過程中更容易開裂，形成缺陷，甚至造成超級(jí)電容器失效。

3、相比于濕法工藝，干法工藝能夠有效地提高活性材料負(fù)載量、由于沒有溶劑的引入，避免了耗能大的干燥除溶劑過程。然而，目前的干法工藝仍不夠理想。例如，cn104521033a公開了一種使用溶劑活化粘結(jié)劑的方法，該方法能夠降低粘結(jié)劑的使用量，但是造成了用于活化粘結(jié)劑的溶劑殘留以及引入額外的極片干燥成本等問題。cn115207290a公開了一種采用高速氣流混合技術(shù)實(shí)現(xiàn)固態(tài)粉末顆粒之間混合并通過高溫高壓的壓縮空氣帶動(dòng)熔融狀態(tài)粘結(jié)劑拉伸成纖維狀的方法，但這種方法需要消耗大量的壓縮空氣，成本較高，氣流噴射的壓力也有限，導(dǎo)致粘結(jié)劑顆粒的纖維化程度不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種干法極片的制備方法。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種干法極片的制備方法，具體包括以下步驟：

4、步驟1，將活性物質(zhì)、粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑按質(zhì)量比80-90%：5-10%：5-10%的比例加入攪拌機(jī)中加熱混合，得到混合干粉；

5、步驟2，對(duì)步驟1所得混合干粉進(jìn)行多次負(fù)壓膨脹操作，并在此過程中保持加熱攪拌，得到混合物，其中，加熱攪拌的溫度與步驟1中加熱混合的溫度相同；

6、步驟3，將步驟2所得到的混合物加入輥壓機(jī)中進(jìn)行加熱輥壓處理，制備得到干法極片膜；

7、步驟4，利用激光加熱裝置對(duì)集流體進(jìn)行加熱后，將上述干法極片膜復(fù)合于集流體上，得到所述干法極片；

8、進(jìn)一步的，步驟2中，多次負(fù)壓膨脹操作包括對(duì)混合干粉進(jìn)行多次抽氣形成負(fù)壓、補(bǔ)充氮?dú)獠僮鳎渲?，?fù)壓壓力為：（-100）-（-10）kpa，保持負(fù)壓時(shí)間為：180-300s，補(bǔ)充氮?dú)鈮毫椋海?5）-（0）kpa，保持氮?dú)鈺r(shí)間為：180-300s，負(fù)壓膨脹次數(shù)為：10-20次。

9、進(jìn)一步的，步驟1中，加熱混合之前還包括原料干燥，原料干燥為：將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑放入鼓風(fēng)烤箱中進(jìn)行烘烤干燥處理，烘烤溫度設(shè)置為：60-120℃，烘烤時(shí)間設(shè)置為：6-12h。

10、進(jìn)一步的，所述活性物質(zhì)選自石墨烯、活性炭粉末、活性炭纖維、活性炭球中的至少一種；所述導(dǎo)電劑選自金屬粉末、導(dǎo)電石墨、碳納米管、乙炔黑、科琴黑、super?p中的至少一種；所述粘結(jié)劑選自聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇或聚丙烯酸中的至少一種。

11、進(jìn)一步的，步驟1中，加熱混合在雙行星攪拌機(jī)中進(jìn)行，加熱溫度為：150-200℃，攪拌速度為：5-10hz，攪拌時(shí)間為：6-12h。

12、進(jìn)一步的，步驟3中，輥壓機(jī)工作時(shí)，輥壓壓力為：100-150bar，輥壓速度為：1-3m/min，輥壓溫度為：80-120℃。

13、進(jìn)一步的，步驟4中的集流體表面涂有導(dǎo)電膠，所述集流體表面至少一面設(shè)置有導(dǎo)電膠。

14、進(jìn)一步的，步驟4中，激光加熱裝置工作時(shí)，加熱時(shí)間為：1-5s，加熱溫度為：200-300℃，在該范圍內(nèi)，集流體表面的導(dǎo)電膠發(fā)生熔融，從而粘結(jié)干法極片膜到集流體上。

15、進(jìn)一步的，步驟4中，復(fù)合過程在輥壓機(jī)中進(jìn)行，輥壓壓力為：50-80?bar，輥壓速度為：1-3?m/min。

16、由上述對(duì)本發(fā)明的描述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

17、第一，本發(fā)明通過負(fù)壓膨脹的方式配合加熱攪拌的方式，使粘結(jié)劑纖維化更加充分，其原理在于：活性物質(zhì)多孔的性質(zhì)使氣體極容易聚集在孔的內(nèi)部及活性物質(zhì)顆粒之間，在物理混合過程中，粘結(jié)劑粉末與活性物質(zhì)顆粒彼此分散，形成內(nèi)部富有氣體的混合干粉，隨即進(jìn)行負(fù)壓處理，使得干粉內(nèi)部氣體壓強(qiáng)小于大氣壓強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)體積變大的過程，在此過程中，加熱軟化的粘結(jié)劑被拉絲形成纖維狀，即纖維化；重復(fù)抽負(fù)壓，補(bǔ)充氮?dú)獾牟僮?，提高粘結(jié)劑纖維化的均勻性，使纖維化更加充分；即在負(fù)壓作用下粘結(jié)劑發(fā)生纖維化，攪拌作用使得纖維化粘結(jié)劑有效分布活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑顆粒表面，交聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，在此過程輔之以加熱，使粘結(jié)劑軟化，利于纖維化的進(jìn)行；

18、第二，利用激光加熱裝置對(duì)涂有導(dǎo)電膠的集流體進(jìn)行快速加熱，使導(dǎo)電膠熔融，提高集流體與干法極片膜的貼合性，因干法極片膜與集流體延伸性不一所導(dǎo)致的褶皺、集流體與干法極片膜結(jié)合強(qiáng)度小等問題得以解決；并且激光加熱裝置所帶來的快速加熱，更能夠有效提升生產(chǎn)效率；

19、第三，本發(fā)明干法極片生產(chǎn)過程中無溶劑的引入，能夠避免干燥極片所帶來的能耗。

技術(shù)特征：

1.一種干法極片的制備方法，其特征在于：具體包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干法極片的制備方法，其特征在于：步驟2中，多次負(fù)壓膨脹操作包括對(duì)混合干粉進(jìn)行多次抽氣形成負(fù)壓、補(bǔ)充氮?dú)獠僮鳎渲?，?fù)壓壓力為：（-100）-（-10）kpa，保持負(fù)壓時(shí)間為：180-300s，補(bǔ)充氮?dú)鈮毫椋海?5）-（0）kpa，保持氮?dú)鈺r(shí)間為：180-300s，負(fù)壓膨脹次數(shù)為：10-20次。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干法極片的制備方法，其特征在于：步驟1中，加熱混合之前還包括原料干燥，原料干燥為：將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑放入鼓風(fēng)烤箱中進(jìn)行烘烤干燥處理，烘烤溫度設(shè)置為：60-120℃，烘烤時(shí)間設(shè)置為：6-12h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干法極片的制備方法，其特征在于：所述活性物質(zhì)選自石墨烯、活性炭粉末、活性炭纖維、活性炭球中的至少一種；所述導(dǎo)電劑選自金屬粉末、導(dǎo)電石墨、碳納米管、乙炔黑、科琴黑、super?p中的至少一種；所述粘結(jié)劑選自聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇或聚丙烯酸中的至少一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干法極片的制備方法，其特征在于：步驟1中，加熱混合在雙行星攪拌機(jī)中進(jìn)行，加熱溫度為：150-200℃，攪拌速度為：5-10hz，攪拌時(shí)間為：6-12h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干法極片的制備方法，其特征在于：步驟3中，輥壓機(jī)工作時(shí)，輥壓壓力為：100-150bar，輥壓速度為：1-3m/min，輥壓溫度為：80-120℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干法極片的制備方法，其特征在于：步驟4中的集流體表面涂有導(dǎo)電膠，所述集流體表面至少一面設(shè)置有導(dǎo)電膠。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種干法極片的制備方法，其特征在于：步驟4中，激光加熱裝置工作時(shí)，加熱時(shí)間為：1-5s，加熱溫度為：200-300℃，在該范圍內(nèi)，集流體表面的導(dǎo)電膠發(fā)生熔融，從而粘結(jié)干法極片膜到集流體上。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干法極片的制備方法，其特征在于：步驟4中，復(fù)合過程在輥壓機(jī)中進(jìn)行，輥壓壓力為：50-80?bar，輥壓速度為：1-3?m/min。

技術(shù)總結(jié)
一種干法極片的制備方法，具體包括以下步驟：步驟1，將活性物質(zhì)、粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑按質(zhì)量比80?90%：5?10%：5?10%的比例加入攪拌機(jī)中加熱混合，得到混合干粉；步驟2，對(duì)步驟1所得混合干粉進(jìn)行多次負(fù)壓膨脹操作，并在此過程中保持加熱攪拌，得到混合物，其中，加熱攪拌的溫度與步驟1中加熱混合的溫度相同；步驟3，將步驟2所得到的混合物加入輥壓機(jī)中進(jìn)行加熱輥壓處理，制備得到干法極片膜；步驟4，利用激光加熱裝置對(duì)集流體進(jìn)行加熱后，將上述干法極片膜復(fù)合于集流體上，得到干法極片；本發(fā)明干法極片生產(chǎn)過程中無溶劑的引入，能夠避免干燥極片所帶來的能耗。

技術(shù)研發(fā)人員：林俊鴻,江雅明,蔡澍煒,陳小吟,蔡勁軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：福建火炬電子科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30