絲網(wǎng)印刷制備鋰離子薄膜電極方法、電極和包括其的電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰離子薄膜電極及其制備方法，特別地，本發(fā)明涉及一種通過(guò)絲網(wǎng)印刷制備的鋰離子薄膜電極及其制備方法，以及含有該薄膜電極的電池。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著薄膜電極的各種應(yīng)用的廣泛普及，如在平板顯示器，防靜電防電磁屏蔽層，面發(fā)熱體，熱發(fā)射膜，電池，薄膜電阻器，傳感器，終端設(shè)備，汽車(chē)玻璃以及打印機(jī)上的應(yīng)用，特別是在光記錄，磁記錄，電子紙和薄膜電容上的應(yīng)用，現(xiàn)有方法制備得到薄膜電極的厚度已經(jīng)不能滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需要。
[0003]薄膜電極的制備方法，一般主要有射頻磁濺射法，激光高溫?zé)品?，靜電噴霧沉積，旋轉(zhuǎn)涂層法，涂布焙燒法。實(shí)際制備過(guò)程中，上述方法制備得到的薄膜電極的厚度很難達(dá)到亞微米級(jí)，仍舊不能滿(mǎn)足需要。
[0004]目前，普通鋰電池電極涂布工藝只能制備活性物質(zhì)厚度在15 μ m以上的，15 μ m以下甚至納米級(jí)別的薄膜電極無(wú)法制備，無(wú)法滿(mǎn)足制備薄膜電池的需要。目前以磁控濺射為基礎(chǔ)的固態(tài)薄膜制備技術(shù)的高成本也限制了其在薄膜電池領(lǐng)域的大規(guī)模使用。絲網(wǎng)印刷工藝已經(jīng)在太陽(yáng)能電池電極制備中較多的使用。申請(qǐng)?zhí)?01210190821.7的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種通過(guò)絲網(wǎng)印刷制備太陽(yáng)能電極的方法。但現(xiàn)有技術(shù)中還沒(méi)有報(bào)道將絲網(wǎng)印刷應(yīng)用于薄膜電極的制備。主要是需要克服很多的技術(shù)困難，如采用絲網(wǎng)印刷制備亞微米至微米級(jí)別薄膜電極，其對(duì)漿料固含量、材料的粒度、制備的具體工藝方法和正負(fù)極材料選擇方面都有嚴(yán)格要求，固含量會(huì)影響漿料的流動(dòng)性，影響薄膜厚度。從業(yè)者進(jìn)行了多年的實(shí)驗(yàn)均沒(méi)有獲得成功。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題是:通過(guò)絲網(wǎng)印刷制備得到亞微米的鋰離子薄膜電極。
[0006]具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種鋰離子薄膜電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0008](I)配制絲網(wǎng)印刷漿料的正極漿料和負(fù)極漿料，其中配制正極漿料的固含量為20%?35%，配制負(fù)極漿料固含量為20%?40% ;
[0009](2)將步驟(I)制備的正極漿料和負(fù)極漿料在絲網(wǎng)印刷網(wǎng)版上進(jìn)行印刷，得到印刷電極薄膜；以及
[0010](3)將步驟(2)得到的印刷電極薄膜進(jìn)行干燥最終得到薄膜電極。
[0011]其中，步驟(I)所述正極漿料為油系漿料，所述負(fù)極漿料為水系漿料。
[0012]其中，步驟(I)所述正極漿料包含正極活性物質(zhì)，導(dǎo)電材料，正極輔助材料，以及有機(jī)溶劑；所述負(fù)極漿料包含負(fù)極活性物質(zhì)，導(dǎo)電材料，負(fù)極輔助材料，以及溶劑。
[0013]其中，步驟(I)所述正極活性物質(zhì)為鈷酸鋰，磷酸鐵鋰，錳酸鋰或三元正極材料中任意一種。
[0014]其中，步驟⑴所述正極活性物質(zhì)的D5。小于5微米。
[0015]其中，步驟(I)所述負(fù)極活性物質(zhì)為石墨或鈦酸鋰中任意一種。
[0016]其中，步驟(I)所述正極漿料的導(dǎo)電材料和負(fù)極漿料的導(dǎo)電材料選自導(dǎo)電炭黑，導(dǎo)電石墨或乙炔黑中的一種。
[0017]其中，步驟(I)所述正極輔助材料為聚偏氟乙烯(PVDF)，所述負(fù)極輔助材料為羧甲基纖維素鈉(CMC)和丁苯橡膠(SBR)。
[0018]其中，步驟(I)所述正極漿料的有機(jī)溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP)，二甲基乙酰胺(DMAc)，四氟乙烯(TEF)，二甲基甲酰胺(DMSO)，丁酮(MEK)，四氫呋喃(THF)和/或碳酸二甲酯(DMC)中的任一種或幾種；其中所述負(fù)極漿料所用溶劑為水。
[0019]其中，步驟⑴所述正極漿料包含正極活性物質(zhì)16%?28%、導(dǎo)電材料3%?5%、正極輔助材料1%?2%、有機(jī)溶劑65%?80% ;所述負(fù)極漿料包含負(fù)極活性物質(zhì)17%?34%、導(dǎo)電材料 1.4%?2.8%、CMC1%?2%、SBR0.6%?1.2%、水 60%?80%。
[0020]其中，步驟⑵所述絲網(wǎng)印刷網(wǎng)版的絲徑為30?40微米，網(wǎng)版目數(shù)為200?800目。
[0021]其中，步驟⑵所述述絲網(wǎng)印刷網(wǎng)版的高度20mm?70mm,刮刀速度100mm/s?300mm/s和印刷壓力1.5?3kg/cm2。
[0022]其中步驟(3)所述干燥的溫度75?100°C，干燥時(shí)間15min?2h。
[0023]本發(fā)明還提供一種通過(guò)上述制備方法制備得到的鋰離子薄膜電極，其厚度低于15微米。
[0024]本發(fā)明又提供一種包含所述薄膜電極的電池。
[0025]本發(fā)明的有益效果是:
[0026]本發(fā)明的絲網(wǎng)印刷方法可以制備出性能良好的薄膜電極，比常規(guī)的刮涂等方法更加靈活多變，通過(guò)調(diào)整印刷的參數(shù)以及漿料的配比，活性物質(zhì)的厚度可在亞微米級(jí)到15微米之間靈活控制，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低。
[0027]本發(fā)明通過(guò)絲網(wǎng)印刷制備得到了薄膜電極，該薄膜電極厚度為亞微米級(jí)到15 μ m，能夠滿(mǎn)足制備容量在10 μ Ah/cm2?100 μ Ah/cm2薄膜電池的需求，可廣泛應(yīng)用于藍(lán)牙電池，腕表電池以及其它一些可穿戴設(shè)備上的電池，在RFID(rad1 frequency+identificat1n)射頻識(shí)別系統(tǒng)，智能卡(Smart card)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1:本發(fā)明一種實(shí)施方式所用的絲網(wǎng)印刷網(wǎng)版。
[0029]圖2:本發(fā)明一種實(shí)施方式制備的絲網(wǎng)印刷后的薄膜電極正極。
[0030]圖3:本發(fā)明一種實(shí)施方式制備的絲網(wǎng)印刷后的薄膜電極負(fù)極。
[0031]圖4:本發(fā)明一種實(shí)施方式制備的絲網(wǎng)印刷薄膜電極正極的銅箔厚度測(cè)定。
[0032]圖5:本發(fā)明一種實(shí)施方式制備的絲網(wǎng)印刷薄膜電極正極的電極厚度測(cè)定。
[0033]圖6:本發(fā)明一種實(shí)施方式制備的絲網(wǎng)印刷薄膜電極負(fù)極的鋁箔厚度測(cè)定。
[0034]圖7:本發(fā)明一種實(shí)施方式制備的絲網(wǎng)印刷薄膜電極負(fù)極的電極厚度測(cè)定。
[0035]圖8:本發(fā)明一種實(shí)施方式制備的正極薄膜電極的電流和電壓的測(cè)定。
[0036]圖9:本發(fā)明一種實(shí)施方式制備的正極薄膜電極的電容量測(cè)定。
【具體實(shí)施方式】
[0037]本發(fā)明提供了一種薄膜電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0038](I)配制絲網(wǎng)印刷漿料，配制正極漿料的固含量為20%?35%，配制負(fù)極漿料固含量為20%?40% ；
[0039]一般地，在絲網(wǎng)印刷前，根據(jù)所要制備電池和薄膜電極的要求選擇合適活性物質(zhì)和其它輔助材料，為了制備得到更好的薄膜電極，活性物質(zhì)的粒度一般要求亞微米級(jí)到5微米；
[0040]對(duì)于制備的絲網(wǎng)印刷漿料，一般對(duì)漿料的粘度，固含量，活性物質(zhì)和其它輔助材料的比例等進(jìn)行調(diào)整，從而使?jié){料適合用于絲網(wǎng)印刷而制備薄膜電極，實(shí)踐中，通過(guò)控制固含量就可以很好的保證薄膜電極的制備工藝的穩(wěn)定。
[0041]優(yōu)選地，所述正極漿料為油系漿料，所述負(fù)極漿料為水系漿料。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明選用所述的漿料有利于制備更薄的電極。
[0042]優(yōu)選地，所述正極漿料包含正極活性物質(zhì)，導(dǎo)電材料，正極輔助材料，以及有機(jī)溶劑；所述負(fù)極漿料包含負(fù)極活性物質(zhì)，導(dǎo)電材料，負(fù)極輔助材料，以及溶劑；
[0043]優(yōu)選地，所述正極活性物質(zhì)為鈷酸鋰，磷酸鐵鋰，錳酸鋰或三元正極材料中任意一種。
[0044]優(yōu)選地，所述正極活性物質(zhì)的D5。小于5微米。
[0045]優(yōu)選地，所述負(fù)極活性物質(zhì)為石墨或鈦酸鋰中任意一種。
[0046]優(yōu)選地，所述正極漿料的導(dǎo)電材料和負(fù)極漿料的導(dǎo)電材料選自導(dǎo)電炭黑，導(dǎo)電石墨或乙炔黑中的一種。
[0047]優(yōu)選地，所述正極輔助材料為聚偏氟乙烯(PVDF)，所述負(fù)極輔助材料為羧甲基纖維素鈉(CMC)和丁苯橡膠(SBR)。
[0048]優(yōu)選地，步驟⑴所述正極漿料的有機(jī)溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP)，二甲基乙酰胺(DMAc)，四氟乙烯(TEF)，二甲基甲酰胺(DMSO)，丁酮(MEK)，四氫呋喃(THF)和/或碳酸二甲酯(DMC)中的任一種或幾種；其中所述負(fù)極漿料所用溶劑為水。實(shí)驗(yàn)中一般選用蒸餾水，以防止其他雜質(zhì)離子對(duì)電極性質(zhì)的影響。
[0049]優(yōu)選地、步驟(I)所述正極漿料包含正極活性物質(zhì)16%?28%、導(dǎo)電材料3%?5 %、正極輔助材料I %?2 %、有機(jī)溶劑65 %?80 %、一般地，上述各組分含量之和等于100% ;所述負(fù)極漿料包含負(fù)極活性物質(zhì)17%?34%、導(dǎo)電材料1.4%?2.8%、CMC1%