1.本發(fā)明屬于鋰電池領(lǐng)域，具體而言，涉及干法制備電極片的方法、系統(tǒng)及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

2.鋰離子電池以及超級(jí)電容器的極片加工工藝按照是否使用溶劑可以分為濕法工藝以及干法工藝。干法電極片與濕法電池極片的差異主要集中在電極片制備過程中是否使用溶劑，需要大量溶劑制備漿料通過涂布制備極片為濕法電極。相對(duì)應(yīng)的，不使用任何溶劑或者僅添加少量助劑，通過粘結(jié)劑纖維化，通過輥壓機(jī)輥壓制備極片膜再熱壓復(fù)合得到的是干法電極片。濕法工藝即目前最為常見的涂布工藝，是將電極活性物質(zhì)，導(dǎo)電劑以及粘結(jié)劑混合均勻制備成電池漿料，為了保證電池漿料的流動(dòng)性，電池漿料的溶劑含量一般都在50％以上。涂布制備極片的過程同時(shí)也是大量的溶劑加熱烘干的過程，這意味著主流的濕法涂布生產(chǎn)極片工藝需要消耗巨大的能耗，同時(shí)生產(chǎn)效率較低。與之對(duì)應(yīng)的干法工藝則不需要添加任何溶劑，無溶劑條件下僅僅通過干法粘結(jié)劑的纖維化即可制備出電極膜，將電極膜與集流體熱壓復(fù)合即可得到干電極極片。干法制備極片工藝不需要復(fù)雜的涂布設(shè)備，僅僅通過連續(xù)的加熱輥壓即可制備電池極片，該技術(shù)由于無需溶劑干燥過程，僅僅通過輥壓即可得到干法極片，設(shè)備簡單能耗更低，生產(chǎn)效率更高，是一種更為先進(jìn)的電池極片加工技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

3.本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出干法制備電極片的方法、系統(tǒng)及應(yīng)用，以解決干法制備電極片時(shí)電極活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)容易被破壞以及進(jìn)而導(dǎo)致的電池或超級(jí)電容器的電化學(xué)性能下降的問題。

4.本技術(shù)主要是基于以下問題提出的：

5.濕法涂布工藝經(jīng)過近30年的發(fā)展是一種十分成熟的生產(chǎn)工藝技術(shù)，也是目前絕大多數(shù)鋰離子電池以及部分超級(jí)電容器廠家主流的生產(chǎn)技術(shù)。而干法工藝雖然在成本、能耗、效率等方面都大大優(yōu)于濕法涂布工藝，但是目前干法工藝技術(shù)成熟度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后濕法涂布工藝，同時(shí)存在許多待解決的問題，例如有通過氣流粉碎設(shè)備將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑以及干法粘結(jié)劑一起粉碎纖維化來制備電極膜，但由于氣流粉碎設(shè)備物料粉碎過程中需要強(qiáng)剪切力作用，干法粘結(jié)劑纖維化的同時(shí)，活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)也會(huì)被破壞，如石墨表面損傷、三元材料球形結(jié)構(gòu)破碎等。而活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致的直接后果是制備的鋰離子電池或超級(jí)電容器電化學(xué)性能下降。針對(duì)活性物質(zhì)表面被破壞這個(gè)問題，雖然可以通過超臨界二氧化碳技術(shù)解決，但是超臨界二氧化碳需要專業(yè)的設(shè)備，設(shè)備投資巨大，非常難以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)化需求。

6.有鑒于此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出干法制備電極片的方法，以解決電極活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)在干法制備過程中容易被破壞的問題。為達(dá)到該目的，根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種干法制備電極片的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：

7.(1)將電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和干法粘結(jié)劑進(jìn)行混合，以便得到混合物；

8.(2)通過機(jī)械擠壓對(duì)所述混合物進(jìn)行捏合處理，以便使所述干法粘結(jié)劑初步纖維化，得到塊狀和/或絮狀的預(yù)纖維化產(chǎn)物；

9.(3)對(duì)所述預(yù)纖維化產(chǎn)物進(jìn)行破碎處理，以便得到顆粒狀物料；

10.(4)對(duì)所述顆粒狀物料和集流體進(jìn)行輥壓成型，以便在集流體表面形成極片膜，得到干電極極片。

11.進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述混合進(jìn)一步包括：摻入有機(jī)助劑，以便改善所述干法粘結(jié)劑的纖維化效果；和/或，所述干法粘結(jié)劑為氟樹脂。

12.進(jìn)一步地，步驟(1)滿足以下條件中的至少之一：所述有機(jī)助劑包括選自烷烴類溶劑c6?c20、石腦油、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丁酸甲酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、1，4?二氧六環(huán)、n甲基吡咯烷酮、丙酮、丁酮、n,n二甲基乙酰胺和二甲基亞砜中的至少之一；以所述電極活性物質(zhì)、所述導(dǎo)電劑和所述干法粘結(jié)劑的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述有機(jī)助劑的添加量為0.1～20wt％；所述氟樹脂包括選自聚四氟乙烯樹脂、四氟乙烯與全氟烷基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯與六氟丙烯共聚物和聚三氟氯乙烯樹脂中的至少之一。

13.進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述捏合處理過程中，所述混合物至少在兩個(gè)不同受力方向上的機(jī)械擠壓力不同；和/或，所述捏合處理采用捏合裝置實(shí)施，所述捏合裝置為選自捏合機(jī)、密煉機(jī)、單螺桿擠壓機(jī)、雙螺桿擠壓機(jī)和液壓擠出機(jī)中的至少之一。

14.進(jìn)一步地，所述捏合裝置設(shè)有至少兩個(gè)相互配合且并排相切差速型布置的旋轉(zhuǎn)葉片，利用兩個(gè)所述旋轉(zhuǎn)葉片的差速旋轉(zhuǎn)對(duì)所述混合物進(jìn)行機(jī)械擠壓實(shí)現(xiàn)所述捏合處理。

15.進(jìn)一步地，所述旋轉(zhuǎn)葉片呈σ形。

16.進(jìn)一步地，步驟(3)滿足以下條件中的至少之一：對(duì)所述顆粒狀物料進(jìn)行篩分處理，以便得到預(yù)期粒徑范圍的顆粒狀物料；所述顆粒狀物料的粒徑不小于2mm；所述破碎處理采用粉碎機(jī)進(jìn)行，所述粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速不大于1000轉(zhuǎn)/分。

17.進(jìn)一步地，步驟(4)滿足以下條件中的至少之一：所述干電極極片為正極片和/或負(fù)極片；所述極片膜中包括80～99.8wt％的電極活性材料、0.1～10wt％導(dǎo)電劑和0.1～10wt％粘結(jié)劑；所述極片膜的壓實(shí)密度為1～5mg/cm3；在所述集流體的上表面和下表面分別形成一層極片膜，每層所述極片膜的厚度為50～300μm，所述干電極極片的總厚度為100～600μm。

18.進(jìn)一步地，步驟(4)進(jìn)一步包括：(4?1)對(duì)所述顆粒狀物料進(jìn)行熱壓成型，以便得到初級(jí)極片膜；(4?2)對(duì)所述初級(jí)極片膜進(jìn)行至少一次熱壓成型，以便得到預(yù)期厚度的極片膜；(4?3)對(duì)所述極片膜和所述集流體進(jìn)行熱壓復(fù)合，以便得到所述干電極極片。

19.進(jìn)一步地，步驟(4?3)中，預(yù)先在所述集流體表面形成導(dǎo)電碳涂層，再將所述極片膜和所述集流體進(jìn)行熱壓復(fù)合。

20.進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電碳涂層的厚度為1～5μm；

21.進(jìn)一步地，將導(dǎo)電碳粉和熱敏膠混合后涂覆于所述集流體表面，以便形成所述導(dǎo)電碳涂層。

22.相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的干法制備電極片的方法具有以下優(yōu)勢(shì)：1、通過預(yù)先采用機(jī)械擠壓形成的剪切力將干電極混合物預(yù)纖維化成團(tuán)狀，再經(jīng)過簡單的機(jī)械粉碎，形成大顆粒粉末即可直接輥壓成膜，由此既更有利于電極混合物輥壓成膜，還可以避免強(qiáng)

力粉碎機(jī)或氣流粉碎機(jī)等強(qiáng)剪切力設(shè)備的使用對(duì)電極活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞；2、無需氣流粉碎步驟，同時(shí)解決了氣流粉碎纖維化作用對(duì)正負(fù)極材料形貌的破壞作用，大大降低了極片的制備工藝對(duì)電池或電容器電性能產(chǎn)生的不利影響；3、可以利用連續(xù)化進(jìn)料的機(jī)械擠壓設(shè)備連續(xù)化提供預(yù)纖維化的混合物材料，并后續(xù)結(jié)合多級(jí)連續(xù)輥壓設(shè)備，直接輥壓制備出雙面極片，相較于目前的濕法涂布方案可極大地提升電池極片生產(chǎn)的效率；4、可以向混合物中加入少量助劑來改善粘結(jié)劑的纖維化效果，避免因電極活性物質(zhì)硬度太大而難以直接與干法粘結(jié)劑成團(tuán)的問題，其中，采用的有機(jī)助劑的用量遠(yuǎn)低于濕法制備工藝，且可以通過干燥去除，不會(huì)對(duì)極片的電化學(xué)性能產(chǎn)生不利影響；5、添加有機(jī)助劑制備的極片膜更加柔軟，加工性能更好，同時(shí)，在有機(jī)助劑參與下，極片還不容易輥壓過度，壓實(shí)密度更容易控制，可以避免輥壓過度對(duì)材料形貌的破壞；6、該方法不僅簡單可行，所需的設(shè)備簡單，而且生產(chǎn)效率更高，易于放大，更適合于干電極技術(shù)大規(guī)模量產(chǎn)，有利于推進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有廣闊的應(yīng)用前景。

23.本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種干法制備電極片的系統(tǒng)，以實(shí)施上述干法制備電極片的方法。為達(dá)到該目的，根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種用于實(shí)施上述干法制備電極片的方法的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該系統(tǒng)包括：

24.混合裝置，所述混合裝置包括原料進(jìn)口和混合物出口；

25.捏合裝置，所述捏合裝置包括混合物進(jìn)口和預(yù)纖維化產(chǎn)物出口，所述混合物進(jìn)口與所述混合物出口相連；

26.破碎裝置，所述破碎裝置包括預(yù)纖維化產(chǎn)物進(jìn)口和顆粒狀物料出口，所述預(yù)纖維化產(chǎn)物進(jìn)口與所述預(yù)纖維化產(chǎn)物出口相連；

27.臥式加熱輥壓裝置，所述臥式加熱輥壓裝置包括第一顆粒狀物料進(jìn)口和初級(jí)極片膜出口，所述第一顆粒狀物料進(jìn)口與所述顆粒狀物料出口相連；

28.第一立式加熱輥壓裝置，所述第一立式加熱輥壓裝置包括初級(jí)極片膜進(jìn)口和極片膜出口，所述初級(jí)極片膜進(jìn)口與所述初級(jí)極片膜出口相連；

29.第二立式加熱輥壓裝置，所述第二立式加熱輥壓裝置包括極片膜進(jìn)口、集流體進(jìn)口和干電極極片出口，所述極片膜進(jìn)口與所述極片膜出口相連。

30.進(jìn)一步地，滿足以下條件中的至少之一：所述捏合裝置內(nèi)設(shè)有至少兩個(gè)并排相切差速型布置的旋轉(zhuǎn)葉片；進(jìn)一步包括篩分裝置，所述篩分裝置包括第二顆粒狀物料進(jìn)口、篩上料出口和篩下料出口，所述第二顆粒狀物料進(jìn)口與所述顆粒狀物料出口相連，所述篩上料出口與所述第一顆粒狀物料進(jìn)口相連，所述篩下料出口與所述混合物進(jìn)口相連；所述破碎裝置為粉碎機(jī)；包括至少兩臺(tái)首尾相連的第一立式加熱輥壓裝置，首臺(tái)所述第一立式加熱輥壓裝置包括初級(jí)極片膜進(jìn)口，尾臺(tái)所述第一立式加熱輥壓裝置包括極片膜出口。

31.進(jìn)一步地，所述旋轉(zhuǎn)葉片呈σ形。

32.進(jìn)一步地，所述捏合裝置為捏合機(jī)、密煉機(jī)、單螺桿擠壓機(jī)、雙螺桿擠壓機(jī)或液壓擠出機(jī)。

33.相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的干法制備電極片的系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：1、可以預(yù)先采用捏合裝置通過機(jī)械擠壓形成的剪切力將干電極混合物預(yù)纖維化成團(tuán)狀，再經(jīng)過簡單的機(jī)械粉碎，形成大顆粒粉末即可直接輥壓成膜，由此既更有利于電極混合物輥壓成膜，還可以避免強(qiáng)力粉碎機(jī)或氣流粉碎機(jī)等強(qiáng)剪切力設(shè)備的使用對(duì)電極活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞；2、

未設(shè)置氣流粉碎裝置，解決了氣流粉碎纖維化作用對(duì)正負(fù)極材料形貌的破壞作用，大大降低了極片的制備工藝對(duì)電池或電容器電性能產(chǎn)生的不利影響；3、可以利用連續(xù)化進(jìn)料的捏合裝置連續(xù)化提供預(yù)纖維化的混合物材料，并后續(xù)結(jié)合多級(jí)連續(xù)輥壓設(shè)備，直接輥壓制備出雙面極片，相較于目前的濕法涂布方案可極大地提升電池極片生產(chǎn)的效率；4、可以向混合物中加入少量助劑來改善粘結(jié)劑的纖維化效果，避免因電極活性物質(zhì)硬度太大而難以直接與干法粘結(jié)劑成團(tuán)的問題，其中，采用的有機(jī)助劑的用量遠(yuǎn)低于濕法制備工藝，且可以通過干燥去除，不會(huì)對(duì)極片的電化學(xué)性能產(chǎn)生不利影響；5、添加有機(jī)助劑制備的極片膜更加柔軟，加工性能更好，同時(shí)，在有機(jī)助劑參與下，極片還不容易輥壓過度，壓實(shí)密度更容易控制，可以避免輥壓過度對(duì)材料形貌的破壞；6、該系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且生產(chǎn)效率更高，易于放大，更適合于干電極技術(shù)大規(guī)模量產(chǎn)，有利于推進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有廣闊的應(yīng)用前景。

34.本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種儲(chǔ)能設(shè)備，以提高儲(chǔ)能設(shè)備的電化學(xué)性能。為達(dá)到該目的，根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種儲(chǔ)能設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該儲(chǔ)能設(shè)備包括采用上述干法制備電極片的方法所得到的電極片和/或采用上述干法制備電極片的系統(tǒng)所得到的電極片。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的儲(chǔ)能設(shè)備具有以下優(yōu)勢(shì)：電化學(xué)性能更穩(wěn)定。

35.本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

36.本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

37.圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的干法制備電極片的方法流程圖。

38.圖2是根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施例的干法制備電極片的方法流程圖。

39.圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的干法制備電極片的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

40.圖4是根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施例的干法制備電極片的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

41.圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的干法制備電極片時(shí)進(jìn)行輥壓成型的流程圖。

具體實(shí)施方式

42.下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

43.在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是至少兩個(gè)，例如兩個(gè)，三個(gè)等，除非另有明確具體的限定。

44.在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，“安裝”、“相連”、“連接”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

45.在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

46.根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種干法制備電極片的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，參考圖1所示，該方法包括：將電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和干法粘結(jié)劑進(jìn)行混合，以便得到混合物；通過機(jī)械擠壓對(duì)混合物進(jìn)行捏合處理，以便使干法粘結(jié)劑初步纖維化，得到塊狀和/或絮狀的預(yù)纖維化產(chǎn)物；對(duì)預(yù)纖維化產(chǎn)物進(jìn)行破碎處理，以便得到顆粒狀物料；對(duì)顆粒狀物料和集流體進(jìn)行輥壓成型，以便在集流體表面形成極片膜，得到干電極極片。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于采用氣流粉碎設(shè)備直接對(duì)干電極原料混合物進(jìn)行粉碎，通過預(yù)先采用機(jī)械擠壓形成的剪切力將干電極混合物預(yù)纖維化成團(tuán)狀，再經(jīng)過簡單的機(jī)械粉碎，形成大顆粒粉末即可直接輥壓成膜，由此既更有利于電極混合物輥壓成膜，還可以避免強(qiáng)力粉碎機(jī)或氣流粉碎機(jī)等強(qiáng)剪切力設(shè)備的使用對(duì)電極活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞。該方法不僅簡單可行，所需的設(shè)備簡單，而且生產(chǎn)效率更高，易于放大，更適合于干電極技術(shù)大規(guī)模量產(chǎn)，有利于推進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有廣闊的應(yīng)用前景。

47.下面參考圖1～2對(duì)本發(fā)明上述實(shí)施例的干法制備電極片的方法進(jìn)行詳細(xì)描述。

48.s100:將電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和干法粘結(jié)劑進(jìn)行混合，得到混合物

49.根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和干法粘結(jié)劑的種類并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)電極片的應(yīng)用場(chǎng)景以及正極片/負(fù)極片的性能需求等實(shí)際情況來選擇。

50.根據(jù)本發(fā)明的一些具體實(shí)施例，當(dāng)電極片用于超級(jí)電容器中時(shí)，電極活性物質(zhì)可以包括選自活性碳、碳?xì)饽z、碳納米管、玻璃碳、石墨烯、碳纖維以及碳/碳復(fù)合物等中的一種或多種；當(dāng)電極片用于鋰電池中時(shí)，用于負(fù)極片的電極活性物質(zhì)可以包括選自含碳材料、硅材料、鋰、鋰合金材料中的至少之一，其中含碳材料可以包括天然石墨、人造石墨、中間相碳微球等，硅材料可以包括氧化亞硅、硅納米線、復(fù)合硅碳材料等；鋰和鋰合金材料可以包括鈦氧化物、鋰、鋰合金以及能夠形成鋰合金的材料中的至少之一；用于正極片的電極活性物質(zhì)可以包括選自linixcoymnzl(1?x?y?z)o2、limxn1?xpo4、licoxm1?xo2、xli2mno3·(1?x)limo2、limxmn2?xo4?yfy中的一種或多種，其中：linixcoymnzl(1?x?y?z)o2中，.2≤x≤0.8，0≤y≤0.8，0≤z≤0.8，l為al、sr、mg、ti、ca、zr、zn、si或fe；limxn1?xpo4中，0＜x≤1，m、n分別獨(dú)立地為選自fe、co、mn、mg、ti或v中的一種或幾種；licoxm1?xo2中，0＜x≤1，m為al、sr、mg、ti、ca、zr、zn、si或fe；xli2mno3·(1?x)limo2中，0＜x≤1，m為選自mn、ni、co、cr、al、sr、mg、ti、ca、zr、zn、si或fe中的一種或幾種；limxmn2?xo4?yfy中，m為摻雜元素，0.5＜x≤1，0≤y≤0.5，m為選自fe、ni、co、ti、v、cr中的一種或多種。

51.根據(jù)本發(fā)明的再一些具體實(shí)施例，導(dǎo)電劑可以為選自碳納米管(cnt)、石墨類導(dǎo)電劑、導(dǎo)電炭黑、科琴黑、乙炔黑、石墨烯和碳纖維(vgcf)中的一種或多種，由此可以進(jìn)一步保證極片的導(dǎo)電性能。

52.根據(jù)本發(fā)明的又一些具體實(shí)施例，干法粘結(jié)劑可以為氟樹脂，其中，氟樹脂可以包括選自聚四氟乙烯樹脂(ptfe)、四氟乙烯與全氟烷基乙烯基醚共聚物(pfa)、四氟乙烯與六氟丙烯共聚物(fep)、聚三氟氯乙烯樹脂(pctfe)中的一種或多種，另外，氟樹脂的實(shí)際物料狀態(tài)包括但不限于懸浮樹脂、分散樹脂以及分散乳液，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的制備工藝并獲得預(yù)期物料狀態(tài)的氟樹脂。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，選用氟樹脂作為粘結(jié)劑既可以使混合物達(dá)到較好的纖維化成團(tuán)效果，氟樹脂粘結(jié)劑還具有熱穩(wěn)定性好、易加工等優(yōu)點(diǎn)。

53.根據(jù)本發(fā)明的又一些具體實(shí)施例，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在后續(xù)捏合處理過程中，可能會(huì)存在使用弱剪切力的捏合裝置粘結(jié)劑纖維化不理想的問題，以及鋰離子電池正極材料(如鎳鈷錳三元材料、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰等金屬氧化物正極材料)因硬度較大而難以預(yù)纖維化的問題，為解決該問題，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，參考圖2所示，可以在活性物質(zhì)、干法粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑的混合物中加入少量有機(jī)助劑(即半干法工藝)，從而達(dá)到有效改善粘結(jié)劑纖維化效果的作用，其作用機(jī)理是通過助劑與干法粘結(jié)劑的相互作用，軟化干法粘結(jié)劑，使得電極材料與干法粘結(jié)劑更容易纖維化成團(tuán)，由此可以有效解決因捏合裝置剪切力弱或正極材料因硬度較大而導(dǎo)致混合物在捏合裝置內(nèi)難以預(yù)纖維化的問題。其中，以電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和干法粘結(jié)劑的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，有機(jī)助劑的添加量為0.1～20wt％，例如可以為0.1wt％、0.5wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％、11wt％、13wt％、15wt％、17wt％或19wt％等，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，若有機(jī)助劑的加入量過多，會(huì)影響制備效率，優(yōu)選地，有機(jī)助劑的添加量可以為0.1～10wt％，由此既可以顯著改善干法粘結(jié)劑的纖維化效果，使混合物更容易纖維化成團(tuán)，還可以進(jìn)一步確保有機(jī)助劑的使用不會(huì)對(duì)干法制備工藝的效率產(chǎn)生負(fù)面影響。需要說明的是，本發(fā)明中采用的有機(jī)助劑是小分子有機(jī)助劑，且本發(fā)明中有機(jī)助劑的添加量遠(yuǎn)低于濕法制備工藝中溶劑的用量，同時(shí)本發(fā)明中有機(jī)助劑的形態(tài)及作用也與現(xiàn)有技術(shù)中制備電極片時(shí)加入固態(tài)聚合物的作用不同，固態(tài)聚合物實(shí)質(zhì)上是作為粘結(jié)劑使用的，而本發(fā)明中的有機(jī)助劑是液態(tài)的，作為溶劑使用，其目的是為了改善干法粘結(jié)劑的纖維化效果。

54.根據(jù)本發(fā)明的又一些具體實(shí)施例，本發(fā)明中有機(jī)助劑的種類并不受特別限制，本領(lǐng)域即使人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，只要能夠達(dá)到軟化干法粘結(jié)劑，使干法粘結(jié)劑更容易纖維化的作用即可，例如，有機(jī)助劑可以包括但不限于烷烴類溶劑c6?c20、石腦油、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丁酸甲酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、1，4?二氧六環(huán)、n甲基吡咯烷酮、丙酮、丁酮、n,n二甲基乙酰胺和二甲基亞砜中的一種或多種；再例如，有機(jī)助劑可以優(yōu)選易揮發(fā)或熔點(diǎn)低等容易通過加熱去除的助劑，由此既可以滿足改善干法粘結(jié)劑纖維化效果的需求，還可以通過干燥或后續(xù)加熱輥壓去除，能夠大大降低有機(jī)助劑在極片中的殘留，例如，在加熱輥壓過程中，通過加熱輥的熱效應(yīng)，輥壓制備極片過程中，助劑加熱揮發(fā)，可以盡可能減少助劑在極片內(nèi)部的殘留，大大降低其對(duì)電池電性能的不利影響。

55.s200:通過機(jī)械擠壓對(duì)混合物進(jìn)行捏合處理，使干法粘結(jié)劑初步纖維化，得到塊狀

和/或絮狀的預(yù)纖維化產(chǎn)物

56.根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過預(yù)先采用機(jī)械擠壓形成的剪切力對(duì)混合物預(yù)纖維化捏合成團(tuán)，后續(xù)再破碎成大顆粒粉末的方法，可以避免使用強(qiáng)力粉碎機(jī)、氣流粉碎機(jī)等強(qiáng)剪切力設(shè)備對(duì)電極活性材料結(jié)構(gòu)的破壞。

57.根據(jù)本發(fā)明的一些具體實(shí)施例，捏合處理過程中，可以使混合物至少在兩個(gè)不同受力方向上的機(jī)械擠壓力不同，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過在多個(gè)不同方向上采用不同的機(jī)械擠壓力對(duì)混合物進(jìn)行捏合處理，可以顯著提高對(duì)混合物的剪切速率，使混合物能夠被迅速剪切，從而使干法粘結(jié)劑能夠快速發(fā)生纖維化。為達(dá)到較好的纖維化效果，可以采用捏合裝置實(shí)施捏合處理。需要說明的是，本發(fā)明中所述的捏合裝置是指能夠通過機(jī)械擠壓形成剪切力的設(shè)備，包括但不限于捏合機(jī)、密煉機(jī)、單螺桿擠壓機(jī)、雙螺桿擠壓機(jī)、液壓擠出機(jī)等。優(yōu)選地，捏合裝置可以設(shè)有至少兩個(gè)(例如可以為一對(duì))相互配合且并排相切差速型布置的旋轉(zhuǎn)葉片，利用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)葉片的差速旋轉(zhuǎn)對(duì)混合物進(jìn)行機(jī)械擠壓產(chǎn)生強(qiáng)烈剪切作用進(jìn)而使干法粘結(jié)劑進(jìn)行纖維化，即該纖維化作用是通過兩個(gè)旋轉(zhuǎn)葉片的不同旋轉(zhuǎn)速度，采用并排相切差速型排列，即一個(gè)攪拌槳的速度快，一個(gè)攪拌槳的速度慢，以便于產(chǎn)生剪切力，不同的槳速使得混煉的物料能夠迅速剪切，從而使干法粘結(jié)劑能夠快速發(fā)生纖維化。由此，通過捏合裝置的擠壓剪切力即可實(shí)現(xiàn)干法粘結(jié)劑的初步纖維化作用，初步纖維化后形成不均勻塊狀或者絮狀混合物。進(jìn)一步地，捏合裝置中并排相切差速型布置的旋轉(zhuǎn)葉片還可以呈σ形，由此可以進(jìn)一步有利于混合物的迅速剪切，使干法粘結(jié)劑能夠更快速的發(fā)生纖維化，同時(shí)還能達(dá)到更好的纖維化效果。

58.s300:對(duì)預(yù)纖維化產(chǎn)物進(jìn)行破碎處理，得到顆粒狀物料

59.根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以采用低速粉碎設(shè)備將不均勻塊狀或者絮狀的預(yù)纖維化產(chǎn)物粉碎成大顆粒粉末后再通過加熱輥壓機(jī)制備電極膜以及干電極極片，由此可以進(jìn)一步避免粉碎過程中可能對(duì)電極活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞。

60.根據(jù)本發(fā)明的一些具體實(shí)施例，破碎處理可以采用粉碎機(jī)進(jìn)行，其中粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速可以不大于1000轉(zhuǎn)/分，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，若粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速過大，不僅會(huì)導(dǎo)致混合物粉碎過度，破壞預(yù)纖維化形成的纖維結(jié)構(gòu)；而且過碎的顆粒還不利于后續(xù)輥壓成型的進(jìn)行，容易發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象，同時(shí)顆粒過碎還會(huì)導(dǎo)致極片壓實(shí)密度過大，不利于儲(chǔ)能設(shè)備電化學(xué)性能的提升。本發(fā)明中通過控制上述轉(zhuǎn)速范圍對(duì)捏合成團(tuán)的預(yù)纖維化產(chǎn)物進(jìn)行低速破碎，既可以避免預(yù)纖維化產(chǎn)物的纖維結(jié)構(gòu)被破壞，還可以避免顆粒粒徑過碎，由此更有利于后續(xù)輥壓成型的順利進(jìn)行并獲得適宜壓實(shí)密度的極片。

61.根據(jù)本發(fā)明的再一些具體實(shí)施例，可以預(yù)先對(duì)破碎處理得到的顆粒狀物料進(jìn)行篩分處理，再進(jìn)行后續(xù)的輥壓成型處理，由此可以進(jìn)一步避免輥壓成型過程中發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象。進(jìn)一步地，顆粒狀物料的粒徑可以不小于2mm，例如可以為2～20mm、3mm、5mm、8mm、10mm或12mm等，再例如可以采用8目的網(wǎng)篩對(duì)顆粒狀物料進(jìn)行篩分，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用上述粒徑范圍的顆粒狀物料在后續(xù)輥壓成型過程中無明顯的結(jié)塊現(xiàn)象。優(yōu)選地，顆粒狀物料的粒徑可以為2～10mm，由此不僅更有利于后續(xù)輥壓成型的順利進(jìn)行并獲得具有適宜壓實(shí)密度的極片膜，還可以避免出現(xiàn)因顆粒狀物料的粒徑過大而影響輥壓成型過程中進(jìn)料效率的問題。

62.s400:對(duì)顆粒狀物料和集流體進(jìn)行輥壓成型，在集流體表面形成極片膜，得到干電極極片

63.根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，經(jīng)破碎處理得到的大顆粒干電極粉末混合物通過加熱輥壓，即可獲得極片膜，再將極片膜與集流體加熱復(fù)合成為整體即可得到干電極極片。

64.根據(jù)本發(fā)明的一些具體實(shí)施例，參考圖5理解，輥壓成型可以進(jìn)一步包括：對(duì)顆粒狀物料進(jìn)行熱壓成型，以便得到初級(jí)極片膜；對(duì)初級(jí)極片膜進(jìn)行至少一次熱壓成型，以便得到預(yù)期厚度的極片膜；對(duì)極片膜和集流體進(jìn)行熱壓復(fù)合，以便得到干電極極片。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對(duì)顆粒狀物料進(jìn)行熱壓成型時(shí)，得到的初級(jí)極片膜一般較厚，同時(shí)初級(jí)極片膜邊緣形狀不規(guī)則，可以對(duì)經(jīng)過切割整形后的初級(jí)極片膜再進(jìn)行至少一次的加熱輥壓整形，得到預(yù)期厚度的極片膜，其中可以根據(jù)初級(jí)極片膜的狀態(tài)選擇對(duì)初級(jí)極片膜進(jìn)行加熱輥壓整形的具體次數(shù)；最后可以將具有預(yù)期厚度的極片膜與集流體熱壓復(fù)合得到干電極極片，其中，優(yōu)選同時(shí)將兩層極片膜分別形成在集流體的上表面和下表面進(jìn)行熱壓復(fù)合，得到雙面的干法電極片，由此可以進(jìn)一步提高制備效率。其中，對(duì)顆粒狀物料進(jìn)行熱壓成型可以采用臥式加熱輥壓機(jī)進(jìn)行，對(duì)初級(jí)極片膜進(jìn)行熱壓成型可以采用至少一臺(tái)立式加熱輥壓機(jī)進(jìn)行，例如可以采用多臺(tái)首尾布置的立式加熱輥壓機(jī)或者單臺(tái)多級(jí)輥進(jìn)行，對(duì)極片膜和集流體進(jìn)行熱壓復(fù)合也可以采用立式加熱輥壓機(jī)完成。其中，輥壓成型可以在加熱條件下進(jìn)行，輥壓溫度可以為50～180℃，例如可以為60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、120℃、140℃或160℃等，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用加熱輥壓可以進(jìn)一步使膜片軟化，提高極片膜的加工性能，避免極片膜過硬影響極片膜和極片的加工性能，同時(shí)，通過控制輥壓溫度不大于180℃還可以避免溫度過高影響設(shè)備的使用壽命。

65.根據(jù)本發(fā)明的再一些具體實(shí)施例，集流體可以包括銅箔、鋁箔以及其它金屬箔材。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，可以預(yù)先在集流體表面形成導(dǎo)電碳涂層，再將極片膜和集流體進(jìn)行熱壓復(fù)合，通過引入導(dǎo)電碳涂層，既可以增加集流體與極片膜的貼合效果，還能降低二者之間的界面阻抗，從而更有利于提高極片的穩(wěn)定性和電化學(xué)性能。其中，導(dǎo)電碳涂層的厚度可以為1～5μm，例如可以為1μm、2μm、3μm、4μm或5μm等，由此可以在保證導(dǎo)電碳涂層良好功能性的基礎(chǔ)上避免導(dǎo)電涂層過厚而影響極片的能量密度。優(yōu)選地，可以將導(dǎo)電碳粉和熱敏膠混合后涂覆于集流體表面，以便形成導(dǎo)電碳涂層，通過選用熱敏膠作為粘結(jié)劑，可以進(jìn)一步提高導(dǎo)電碳涂層與集流體和極片膜之間的粘合效果，使對(duì)極片膜和集流體進(jìn)行高溫?zé)釅簭?fù)合后，極片粘合牢固不起泡。需要說明的是，形成導(dǎo)電碳涂層時(shí)，選用的導(dǎo)電碳的種類并不受特性限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，例如導(dǎo)電碳可以優(yōu)選石墨烯、科琴黑、碳納米管等導(dǎo)電性能優(yōu)異的碳材料。

66.根據(jù)本發(fā)明的又一些具體實(shí)施例，干電極極片可以為正極片和/或負(fù)極片。進(jìn)一步地，極片膜中可以包括80～99.8wt％的電極活性材料、0.1～10wt％導(dǎo)電劑和0.1～10wt％粘結(jié)劑，由此既可以避免導(dǎo)電劑用量過少影響極片的導(dǎo)電性、粘結(jié)劑用量過少影響與集流體的粘結(jié)性能，還可以避免導(dǎo)電劑和/或粘結(jié)劑用量過多而影響電池的能量密度，具體可以通過控制電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和干性粘結(jié)劑的組分配比控制。進(jìn)一步地，極片膜的壓實(shí)密度為可以1～5mg/cm3。再者，在集流體上表面和下表面上形成的極片膜的厚度可以分別獨(dú)立地為50～300μm，干電極極片的總厚度可以為100～600μm，由此既可以獲得較高的能量密度，還可以保證極片的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，避免極片膜過厚影響與集流體的粘結(jié)性能。

67.根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，干電極后續(xù)電池制備過程與涂布電池極片制備電池步驟完全相同，干法電極片可以裁切成片狀或者條形。焊接極耳可以通過隔膜分隔開正負(fù)極極片，

使用疊片或者卷繞工藝制備電池電芯。電芯經(jīng)過烘烤除水后，注入電解液后，經(jīng)過化成分容后即為成品鋰離子電池或者超級(jí)電容器。

68.相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的干法制備電極片的方法具有以下優(yōu)勢(shì)：1、通過預(yù)先采用機(jī)械擠壓形成的剪切力將干電極混合物預(yù)纖維化成團(tuán)狀，再經(jīng)過簡單的機(jī)械粉碎，形成大顆粒粉末即可直接輥壓成膜，由此既更有利于電極混合物輥壓成膜，還可以避免強(qiáng)力粉碎機(jī)或氣流粉碎機(jī)等強(qiáng)剪切力設(shè)備的使用對(duì)電極活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞；2、無需氣流粉碎步驟，同時(shí)解決了氣流粉碎纖維化作用對(duì)正負(fù)極材料形貌的破壞作用，大大降低了極片的制備工藝對(duì)電池或電容器電性能產(chǎn)生的不利影響；3、可以利用連續(xù)化進(jìn)料的機(jī)械擠壓設(shè)備連續(xù)化提供預(yù)纖維化的混合物材料，并后續(xù)結(jié)合多級(jí)連續(xù)輥壓設(shè)備，直接輥壓制備出雙面極片，相較于目前的濕法涂布方案可極大地提升電池極片生產(chǎn)的效率；4、可以向混合物中加入少量助劑來改善粘結(jié)劑的纖維化效果，避免因電極活性物質(zhì)硬度太大而難以直接與干法粘結(jié)劑成團(tuán)的問題，其中，采用的有機(jī)助劑的用量遠(yuǎn)低于濕法制備工藝，且可以通過干燥去除，不會(huì)對(duì)極片的電化學(xué)性能產(chǎn)生不利影響；5、添加有機(jī)助劑制備的極片膜更加柔軟，加工性能更好，同時(shí)，在有機(jī)助劑參與下，極片還不容易輥壓過度，壓實(shí)密度更容易控制，可以避免輥壓過度對(duì)材料形貌的破壞；6、該方法不僅簡單可行，所需的設(shè)備簡單，而且生產(chǎn)效率更高，易于放大，更適合于干電極技術(shù)大規(guī)模量產(chǎn)，有利于推進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有廣闊的應(yīng)用前景。

69.根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種用于實(shí)施上述干法制備電極片的方法的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，參考圖3所示，該系統(tǒng)包括：混合裝置10、捏合裝置20、破碎裝置30、臥式加熱輥壓裝置40、第一立式加熱輥壓裝置50和第二立式加熱輥壓裝置60。

70.其中，混合裝置10包括原料進(jìn)口11和混合物出口12，混合裝置10適于對(duì)電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、干法粘結(jié)劑(以及優(yōu)選加入的有機(jī)助劑)進(jìn)行混合，以便得到混合物，其中電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、干法粘結(jié)劑以及有機(jī)助劑均可以從原料進(jìn)口加入；捏合裝置20包括混合物進(jìn)口21和預(yù)纖維化產(chǎn)物出口22，混合物進(jìn)口21與混合物出口12相連，捏合裝置20適于通過機(jī)械擠壓對(duì)混合物進(jìn)行捏合處理，以便使干法粘結(jié)劑初步纖維化，得到塊狀和/或絮狀的預(yù)纖維化產(chǎn)物；破碎裝置30包括預(yù)纖維化產(chǎn)物進(jìn)口31和顆粒狀物料出口32，預(yù)纖維化產(chǎn)物進(jìn)口31與預(yù)纖維化產(chǎn)物出口22相連，破碎裝置30適于對(duì)預(yù)纖維化產(chǎn)物進(jìn)行破碎處理，以便得到顆粒狀物料；臥式加熱輥壓裝置40包括第一顆粒狀物料進(jìn)口41和初級(jí)極片膜出口42，第一顆粒狀物料進(jìn)口41與顆粒狀物料出口32相連；第一立式加熱輥壓裝置50包括初級(jí)極片膜進(jìn)口51和極片膜出口52，初級(jí)極片膜進(jìn)口51與初級(jí)極片膜出口42相連；第二立式加熱輥壓裝置60包括極片膜進(jìn)口61、集流體進(jìn)口62和干電極極片出口63，極片膜進(jìn)口61與極片膜出口52相連，臥式加熱輥壓裝置40、第一立式加熱輥壓裝置50和第二立式加熱輥壓裝置60適于對(duì)顆粒狀物料和集流體進(jìn)行輥壓成型，以便在集流體表面形成極片膜，得到干電極極片。

71.該系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且通過使用連續(xù)化進(jìn)料的螺桿擠壓設(shè)備，可以連續(xù)化提供預(yù)纖維化的混合物材料，通過后續(xù)多級(jí)連續(xù)輥壓設(shè)備，可以直接輥壓制備出雙面極片，相較于目前的濕法涂布工藝極大地提升了電池極片生產(chǎn)的效率，易于放大，更適合于干電極技術(shù)的大規(guī)模量產(chǎn)，有利于推進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有廣闊的應(yīng)用前景。

72.根據(jù)本發(fā)明的一些具體實(shí)施例，本發(fā)明中捏合裝置20的類型并不受特別限制，本

領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，只要其能夠通過機(jī)械擠壓形成剪切力使混合物預(yù)纖維化即可，例如捏合裝置可以包括但不限于捏合機(jī)、密煉機(jī)、單螺桿擠壓機(jī)、雙螺桿擠壓機(jī)、液壓擠出機(jī)等。優(yōu)選地，捏合裝置20內(nèi)可以設(shè)有至少兩個(gè)并排相切差速型布置的旋轉(zhuǎn)葉片，例如可以由一對(duì)互相配合和旋轉(zhuǎn)的葉片所產(chǎn)生的強(qiáng)烈剪切作用而使干法粘結(jié)劑進(jìn)行纖維化，其中，旋轉(zhuǎn)葉片的轉(zhuǎn)速不同，一個(gè)葉片的轉(zhuǎn)速快，一個(gè)葉片的轉(zhuǎn)速慢，以便于產(chǎn)生剪切力。更優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)葉片可以呈σ形，由此可以進(jìn)一步有利于混合物的迅速剪切，使干法粘結(jié)劑能夠更快速的發(fā)生纖維化，同時(shí)還能達(dá)到更好的纖維化效果。

73.根據(jù)本發(fā)明的再一些具體實(shí)施例，參考圖4所示，干法制備電極片的系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括篩分裝置70，篩分裝置70包括第二顆粒狀物料進(jìn)口71、篩上料出口72和篩下料出口73，第二顆粒狀物料進(jìn)口71與顆粒狀物料出口32相連，篩上料出口72與第一顆粒狀物料進(jìn)口41相連，篩下料出口73與混合物進(jìn)口21相連，篩分裝置適于對(duì)破碎處理得到的顆粒狀物料進(jìn)行篩分處理，保證顆粒狀物料具有較大的粒徑，從而避免出現(xiàn)顆粒狀物料過碎影響輥壓成膜效果等的問題，同時(shí)，可以將過碎的物料返回至捏合設(shè)備進(jìn)行再處理。

74.根據(jù)本發(fā)明的又一些具體實(shí)施例，破碎裝置30的類型并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，例如可以為低轉(zhuǎn)速的粉碎機(jī)，粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速可以不大于1000轉(zhuǎn)/分，由此可以避免顆粒狀物料過碎。

75.根據(jù)本發(fā)明的又一些具體實(shí)施例，輥壓制備極片膜可以至少包括3臺(tái)加熱輥壓裝置，即可以包括一臺(tái)臥式加熱輥壓裝置40用于顆粒狀物料輥壓制備初級(jí)極片膜，初級(jí)極片膜一般較厚，同時(shí)極片膜邊緣形狀不規(guī)則，經(jīng)過切割整形后的初級(jí)極片膜，轉(zhuǎn)入第一立式加熱輥壓裝置50整形，加熱輥壓整形階段由至少一臺(tái)立式加熱輥壓裝置50對(duì)初級(jí)極片膜進(jìn)行二次輥壓整形，根據(jù)初級(jí)極片膜的狀態(tài)，可以由多臺(tái)(或者單臺(tái)多級(jí)輥)立式輥壓裝置進(jìn)行輥壓整形工作，例如，可以包括至少兩臺(tái)首尾相連的第一立式加熱輥壓裝置50，首臺(tái)第一立式加熱輥壓裝置包括初級(jí)極片膜進(jìn)口51，尾臺(tái)第一立式加熱輥壓裝置包括極片膜出口52。極片膜輥壓至設(shè)定膜厚后，即可與集流體熱壓復(fù)合制備干電極極片，熱壓復(fù)合通過第二立式加熱輥壓裝置60完成。

76.根據(jù)本發(fā)明的又一些具體實(shí)施例，可以在臥式加熱輥壓裝置40和第一立式加熱輥壓裝置50之間設(shè)置用于裁切初級(jí)極片膜的第一裁切裝置(未示出)，和/或在第二立式加熱輥壓裝置60下游設(shè)置用于切割干電極極片的第二裁切裝置(未示出)，由此更有利于獲得預(yù)期形狀和尺寸的干電極極片。

77.需要說明的是，針對(duì)上述干法制備電極片的方法所描述的特征及效果同樣適用于該干法制備電極片的系統(tǒng)，此處不再一一贅述。

78.相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的干法制備電極片的系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：1、可以預(yù)先采用捏合裝置通過機(jī)械擠壓形成的剪切力將干電極混合物預(yù)纖維化成團(tuán)狀，再經(jīng)過簡單的機(jī)械粉碎，形成大顆粒粉末即可直接輥壓成膜，由此既更有利于電極混合物輥壓成膜，還可以避免強(qiáng)力粉碎機(jī)或氣流粉碎機(jī)等強(qiáng)剪切力設(shè)備的使用對(duì)電極活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞；2、未設(shè)置氣流粉碎裝置，解決了氣流粉碎纖維化作用對(duì)正負(fù)極材料形貌的破壞作用，大大降低了極片的制備工藝對(duì)電池或電容器電性能產(chǎn)生的不利影響；3、可以利用連續(xù)化進(jìn)料的捏合裝置連續(xù)化提供預(yù)纖維化的混合物材料，并后續(xù)結(jié)合多級(jí)連續(xù)輥壓設(shè)備，直接輥壓制備出雙面極片，相較于目前的濕法涂布方案可極大地提升電池極片生產(chǎn)的效率；4、可以向混合物

中加入少量助劑來改善粘結(jié)劑的纖維化效果，避免因電極活性物質(zhì)硬度太大而難以直接與干法粘結(jié)劑成團(tuán)的問題，其中，采用的有機(jī)助劑的用量遠(yuǎn)低于濕法制備工藝，且可以通過干燥去除，不會(huì)對(duì)極片的電化學(xué)性能產(chǎn)生不利影響；5、添加有機(jī)助劑制備的極片膜更加柔軟，加工性能更好，同時(shí)，在有機(jī)助劑參與下，極片還不容易輥壓過度，壓實(shí)密度更容易控制，可以避免輥壓過度對(duì)材料形貌的破壞；6、該系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且生產(chǎn)效率更高，易于放大，更適合于干電極技術(shù)大規(guī)模量產(chǎn)，有利于推進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有廣闊的應(yīng)用前景。

79.根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種儲(chǔ)能設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該儲(chǔ)能設(shè)備包括采用上述干法制備電極片的方法所得到的電極片和/或采用上述干法制備電極片的系統(tǒng)所得到的電極片。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的儲(chǔ)能設(shè)備具有以下優(yōu)勢(shì)：電化學(xué)性能更穩(wěn)定。需要說明的是，針對(duì)上述干法制備電極片的方法和干法制備電極片的系統(tǒng)所描述的特征及效果同樣適用于該儲(chǔ)能設(shè)備，此處不再一一贅述。另外，還需要說明的是，本發(fā)明中儲(chǔ)能設(shè)備的類型并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，例如可以為鋰電池或超級(jí)電容器等。其中，當(dāng)儲(chǔ)能設(shè)備為電池時(shí)，電池正負(fù)極片之間應(yīng)使用隔膜隔開避免短路。需要說明的是，電池隔膜的類型并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，例如，電池隔膜可以為鋰離子電池使用的所有類型隔膜，包括但不局限于聚乙烯、聚丙烯、聚偏四氟乙烯以及其它復(fù)合膜。另外，電池電解液既可以包括常規(guī)的碳酸酯電解液、固態(tài)電解質(zhì)，還可以包括兩者結(jié)合的復(fù)合電解液體系，如凝膠電解液、半固態(tài)電解液、準(zhǔn)固態(tài)電解液等；碳酸酯電解液可以包括碳酸酯和羧酸酯類溶劑、電解質(zhì)鋰鹽以及各種功能添加劑；固態(tài)電解質(zhì)可以包括聚合物體系、氧化物體系以及硫化物體系等固態(tài)電解質(zhì)。

80.下面描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。實(shí)施例中未注明具體技術(shù)或條件的，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻(xiàn)所描述的技術(shù)或條件或者按照產(chǎn)品說明書進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市購獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

81.實(shí)施例1

82.(1)采用混合裝置對(duì)電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和干法粘結(jié)劑進(jìn)行混合，得到混合物，其中電極活性物質(zhì)為ncm523正極材料，導(dǎo)電劑為sp(超導(dǎo)炭黑)，干法粘結(jié)劑為ptfe，三者的質(zhì)量配比為97：1：2；

83.(2)采用具有一對(duì)相互配合并排相切差速型布置的σ形旋轉(zhuǎn)葉片的捏合裝置對(duì)混合物進(jìn)行捏合處理，使干法粘結(jié)劑初步纖維化，得到預(yù)纖維化產(chǎn)物，兩個(gè)葉片的轉(zhuǎn)速分別為42轉(zhuǎn)/分和28轉(zhuǎn)/分。

84.(3)采用破碎機(jī)對(duì)預(yù)纖維化產(chǎn)物進(jìn)行破碎處理，得到顆粒狀物料，其中破碎機(jī)的轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)/分，采用8目的網(wǎng)篩對(duì)顆粒狀物料進(jìn)行篩分，收集篩下物料。

85.(4)采用臥式加熱輥壓機(jī)對(duì)過篩后的物料在100℃下進(jìn)行熱壓成型，得到初級(jí)極片膜；采用1臺(tái)連續(xù)的立式三輥加熱輥壓機(jī)120℃下對(duì)初級(jí)極片膜進(jìn)行3批累計(jì)9次熱輥壓成型，得到厚度為180μm的極片膜；正極極片膜壓實(shí)密度達(dá)到3.4g/cm3，無法繼續(xù)輥壓成更薄極片膜。

86.實(shí)施例2

87.與實(shí)施例1區(qū)別在于：步驟(2)進(jìn)一步加入了有機(jī)助劑異構(gòu)十六烷烴(商品名isopar m)，有機(jī)助劑在混合物中的占比為8wt％。步驟(4)采用臥式加熱輥壓機(jī)對(duì)過篩后的物料在100℃下進(jìn)行熱壓成型，得到初級(jí)極片膜；采用1臺(tái)連續(xù)的立式三輥加熱輥壓機(jī)120℃下對(duì)初級(jí)極片膜進(jìn)行3批累計(jì)9次熱輥壓成型，得到厚度為80μm的極片膜；正極極片膜壓實(shí)密度達(dá)到2.9g/cm3。150℃鼓風(fēng)干燥4h，去除助劑isopar m后，采用立式加熱輥壓機(jī)120℃下對(duì)極片膜和厚度為17μm的雙面涂炭鋁箔集流體，涂炭層厚度2μm進(jìn)行熱壓復(fù)合，得到雙面極片，極片厚度159μm，極片壓實(shí)密度3.3g/cm3。

88.對(duì)比例1

89.與實(shí)施例1的區(qū)別在于：以氣流粉碎設(shè)備對(duì)混合物進(jìn)行破碎處理，替代實(shí)施例1中的步驟(2)～(3)。其中氣流粉碎的工藝參數(shù)為進(jìn)料口空氣壓力0.5mpa，氣流粉碎壓力0.3mpa，振動(dòng)進(jìn)料器振動(dòng)頻率15hz，氣流粉碎僅收集一級(jí)旋風(fēng)收集器內(nèi)物料。步驟(4)采用臥式加熱輥壓機(jī)對(duì)氣流粉碎后的物料在100℃下直接進(jìn)行輥壓成膜，得到厚度180μm極片膜，壓實(shí)密度3.6g/cm3。

90.對(duì)實(shí)施例1～2和對(duì)比例1制得的極片膜的粘結(jié)強(qiáng)度及機(jī)械性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下：實(shí)施例1和對(duì)比例1制備的極片膜均比較厚，呈現(xiàn)出發(fā)脆機(jī)械特性，同時(shí)極片膜壓實(shí)密度均大于3.0g/cm3，極片偏硬，很難輥壓至100μm以下，但現(xiàn)對(duì)于對(duì)比例1，實(shí)施例1制得的極片膜的脆性和硬度又有明顯改善。另外，對(duì)比例1由于采用氣流粉碎處理正極材料，氣流粉碎過程中正極材料顆粒破碎問題使得其壓實(shí)密度大于實(shí)施例1。

91.實(shí)施例2，通過引入助劑isopar m，有效軟化了粘結(jié)劑ptfe，可以非常簡單將極片膜輥壓至80μm，壓實(shí)密度2.9g/cm3，極片柔韌性良好。通過簡單地加熱處理即可將助劑去除，通過極片膜與涂炭鋁箔集流體熱壓復(fù)合即可制備出干法電池極片。

92.本發(fā)明上述實(shí)施例以正極材料為例，負(fù)極極片制備也可以使用本方法進(jìn)行制備。

93.在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

94.盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。技術(shù)特征：

1.一種干法制備電極片的方法，其特征在于，包括：(1)將電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和干法粘結(jié)劑進(jìn)行混合，以便得到混合物；(2)通過機(jī)械擠壓對(duì)所述混合物進(jìn)行捏合處理，以便使所述干法粘結(jié)劑初步纖維化，得到塊狀和/或絮狀的預(yù)纖維化產(chǎn)物；(3)對(duì)所述預(yù)纖維化產(chǎn)物進(jìn)行破碎處理，以便得到顆粒狀物料；(4)對(duì)所述顆粒狀物料和集流體進(jìn)行輥壓成型，以便在集流體表面形成極片膜，得到干電極極片。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述混合進(jìn)一步包括：摻入有機(jī)助劑，以便改善所述干法粘結(jié)劑的纖維化效果；和/或，所述干法粘結(jié)劑為氟樹脂。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(1)滿足以下條件中的至少之一：所述有機(jī)助劑包括選自烷烴類溶劑c6?c20、石腦油、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丁酸甲酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、1，4?二氧六環(huán)、n甲基吡咯烷酮、丙酮、丁酮、n,n二甲基乙酰胺和二甲基亞砜中的至少之一；以所述電極活性物質(zhì)、所述導(dǎo)電劑和所述干法粘結(jié)劑的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述有機(jī)助劑的添加量為0.1～20wt％；所述氟樹脂包括選自聚四氟乙烯樹脂、四氟乙烯與全氟烷基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯與六氟丙烯共聚物和聚三氟氯乙烯樹脂中的至少之一。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述捏合處理過程中，所述混合物至少在兩個(gè)不同受力方向上的機(jī)械擠壓力不同；和/或，所述捏合處理采用捏合裝置實(shí)施，所述捏合裝置為選自捏合機(jī)、密煉機(jī)、單螺桿擠壓機(jī)、雙螺桿擠壓機(jī)和液壓擠出機(jī)中的至少之一。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述捏合裝置設(shè)有至少兩個(gè)相互配合且并排相切差速型布置的旋轉(zhuǎn)葉片，利用兩個(gè)所述旋轉(zhuǎn)葉片的差速旋轉(zhuǎn)對(duì)所述混合物進(jìn)行機(jī)械擠壓實(shí)現(xiàn)所述捏合處理，任選地，所述旋轉(zhuǎn)葉片呈σ形。6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于，步驟(3)滿足以下條件中的至少之一：對(duì)所述顆粒狀物料進(jìn)行篩分處理，以便得到預(yù)期粒徑范圍的顆粒狀物料；所述顆粒狀物料的粒徑不小于2mm；所述破碎處理采用粉碎機(jī)進(jìn)行，所述粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速不大于1000轉(zhuǎn)/分。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)滿足以下條件中的至少之一：所述干電極極片為正極片和/或負(fù)極片；所述極片膜中包括80～99.8wt％的電極活性材料、0.1～10wt％導(dǎo)電劑和0.1～10wt％粘結(jié)劑；所述極片膜的壓實(shí)密度為1～5mg/cm3；在所述集流體的上表面和下表面分別形成一層極片膜，每層所述極片膜的厚度為50～300μm，所述干電極極片的總厚度為100～600μm；步驟(4)進(jìn)一步包括：(4?1)對(duì)所述顆粒狀物料進(jìn)行熱壓成型，以便得到初級(jí)極片膜；(4?2)對(duì)所述初級(jí)極片膜進(jìn)行至少一次熱壓成型，以便得到預(yù)期厚度的極片膜；(4?3)對(duì)所述極片膜和所述集流體進(jìn)行熱壓復(fù)合，以便得到所述干電極極片，其中，任選地，步驟(4?3)中，預(yù)先在所述集流體表面形成導(dǎo)電碳涂層，再將所述極片膜和所述集流體進(jìn)行熱壓復(fù)合；任選地，所述導(dǎo)電碳涂層的厚度為1～5μm；任選地，將導(dǎo)電碳粉和熱敏膠混合后涂覆于所述集流體表面，以便形成所述導(dǎo)電碳涂層。8.一種用于實(shí)施權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的方法的干法制備電極片的系統(tǒng)，其特征在于，包括：混合裝置，所述混合裝置包括原料進(jìn)口和混合物出口；捏合裝置，所述捏合裝置包括混合物進(jìn)口和預(yù)纖維化產(chǎn)物出口，所述混合物進(jìn)口與所述混合物出口相連；破碎裝置，所述破碎裝置包括預(yù)纖維化產(chǎn)物進(jìn)口和顆粒狀物料出口，所述預(yù)纖維化產(chǎn)物進(jìn)口與所述預(yù)纖維化產(chǎn)物出口相連；臥式加熱輥壓裝置，所述臥式加熱輥壓裝置包括第一顆粒狀物料進(jìn)口和初級(jí)極片膜出口，所述第一顆粒狀物料進(jìn)口與所述顆粒狀物料出口相連；第一立式加熱輥壓裝置，所述第一立式加熱輥壓裝置包括初級(jí)極片膜進(jìn)口和極片膜出口，所述初級(jí)極片膜進(jìn)口與所述初級(jí)極片膜出口相連；第二立式加熱輥壓裝置，所述第二立式加熱輥壓裝置包括極片膜進(jìn)口、集流體進(jìn)口和干電極極片出口，所述極片膜進(jìn)口與所述極片膜出口相連。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，滿足以下條件中的至少之一：所述捏合裝置內(nèi)設(shè)有至少兩個(gè)并排相切差速型布置的旋轉(zhuǎn)葉片；進(jìn)一步包括篩分裝置，所述篩分裝置包括第二顆粒狀物料進(jìn)口、篩上料出口和篩下料出口，所述第二顆粒狀物料進(jìn)口與所述顆粒狀物料出口相連，所述篩上料出口與所述第一顆粒狀物料進(jìn)口相連，所述篩下料出口與所述混合物進(jìn)口相連；所述破碎裝置為粉碎機(jī)；包括至少兩臺(tái)首尾相連的第一立式加熱輥壓裝置，首臺(tái)所述第一立式加熱輥壓裝置包括初級(jí)極片膜進(jìn)口，尾臺(tái)所述第一立式加熱輥壓裝置包括極片膜出口，其中，任選地，所述旋轉(zhuǎn)葉片呈σ形；任選地，所述捏合裝置為捏合機(jī)、密煉機(jī)、單螺桿擠壓機(jī)、雙螺桿擠壓機(jī)或液壓擠出機(jī)。10.一種儲(chǔ)能設(shè)備，其特征在于，包括采取權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的方法制得的電極片和/或采用權(quán)利要求8～9中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)制得的電極片。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了干法制備電極片的方法、系統(tǒng)及應(yīng)用。該方法包括：將電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和干法粘結(jié)劑進(jìn)行混合，以便得到混合物；通過機(jī)械擠壓對(duì)混合物進(jìn)行捏合處理，以便使干法粘結(jié)劑初步纖維化，得到塊狀和/或絮狀的預(yù)纖維化產(chǎn)物；對(duì)預(yù)纖維化產(chǎn)物進(jìn)行破碎處理，以便得到顆粒狀物料；對(duì)顆粒狀物料和集流體進(jìn)行輥壓成型，以便在集流體表面形成極片膜，得到干電極極片。該方法不僅簡單可行，所需的設(shè)備簡單，能夠有效解決物料破碎處理過程中電極活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)被破壞的問題，而且生產(chǎn)效率更高，易于放大，更適合于干電極技術(shù)大規(guī)模量產(chǎn)，有利于推進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有廣闊的應(yīng)用前景。具有廣闊的應(yīng)用前景。具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：張耀法 秦士林 肖強(qiáng) 馬忠龍

受保護(hù)的技術(shù)使用者：蜂巢能源科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.08.18

技術(shù)公布日：2021/11/21