絲網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
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋰離子薄膜電極及其制備方法，特別地，本發明涉及一種通過絲網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】
[0002]隨著薄膜電極的各種應用的廣泛普及，如在平板顯示器，防靜電防電磁屏蔽層，面發熱體，熱發射膜，電池，薄膜電阻器，傳感器，終端設備，汽車玻璃以及打印機上的應用，特別是在光記錄，磁記錄，電子紙和薄膜電容上的應用，現有方法制備得到薄膜電極的厚度已經不能滿足實際應用的需要。
[0003]薄膜電極的制備方法，一般主要有射頻磁濺射法，激光高溫燒灼法，靜電噴霧沉積，旋轉涂層法，涂布焙燒法。實際制備過程中，上述方法制備得到的薄膜電極的厚度很難達到亞微米級，仍舊不能滿足需要。
[0004]目前，普通鋰電池電極涂布工藝只能制備活性物質厚度在15 μ m以上的，15 μ m以下甚至納米級別的薄膜電極無法制備，無法滿足制備薄膜電池的需要。目前以磁控濺射為基礎的固態薄膜制備技術的高成本也限制了其在薄膜電池領域的大規模使用。絲網印刷工藝已經在太陽能電池電極制備中較多的使用。申請號201210190821.7的中國專利申請公開了一種通過絲網印刷制備太陽能電極的方法。但現有技術中還沒有報道將絲網印刷應用于薄膜電極的制備。主要是需要克服很多的技術困難，如采用絲網印刷制備亞微米至微米級別薄膜電極，其對漿料固含量、材料的粒度、制備的具體工藝方法和正負極材料選擇方面都有嚴格要求，固含量會影響漿料的流動性，影響薄膜厚度。從業者進行了多年的實驗均沒有獲得成功。
【發明內容】
[0005]本發明解決技術問題是:通過絲網印刷制備得到亞微米的鋰離子薄膜電極。
[0006]具體來說，本發明是通過如下技術方案實現的:
[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)配制絲網印刷漿料的正極漿料和負極漿料，其中配制正極漿料的固含量為20%?35%，配制負極漿料固含量為20%?40% ;
[0009](2)將步驟(I)制備的正極漿料和負極漿料在絲網印刷網版上進行印刷，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，導電材料，正極輔助材料，以及有機溶劑；所述負極漿料包含負極活性物質，導電材料，負極輔助材料，以及溶劑。
[0013]其中，步驟(I)所述正極活性物質為鈷酸鋰，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所述正極活性物質的D5。小于5微米。
[0015]其中，步驟(I)所述負極活性物質為石墨或鈦酸鋰中任意一種。
[0016]其中，步驟(I)所述正極漿料的導電材料和負極漿料的導電材料選自導電炭黑，導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16%?28%、導電材料3%?5%、正極輔助材料1%?2%、有機溶劑65%?80% ;所述負極漿料包含負極活性物質17%?34%、導電材料 1.4%?2.8%、CMC1%?2%、SBR0.6%?1.2%、水 60%?80%。
[0020]其中，步驟⑵所述絲網印刷網版的絲徑為30?40微米，網版目數為200?800目。
[0021]其中，步驟⑵所述述絲網印刷網版的高度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，干燥時間15min?2h。
[0023]本發明還提供一種通過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]本發明又提供一種包含所述薄膜電極的電池。
[0025]本發明的有益效果是:
[0026]本發明的絲網印刷方法可以制備出性能良好的薄膜電極，比常規的刮涂等方法更加靈活多變，通過調整印刷的參數以及漿料的配比，活性物質的厚度可在亞微米級到15微米之間靈活控制，設備簡單，成本低。
[0027]本發明通過絲網印刷制備得到了薄膜電極，該薄膜電極厚度為亞微米級到15 μ m，能夠滿足制備容量在10 μ Ah/cm2?100 μ Ah/cm2薄膜電池的需求，可廣泛應用于藍牙電池，腕表電池以及其它一些可穿戴設備上的電池，在RFID(rad1 frequency+identificat1n)射頻識別系統，智能卡(Smart card)等領域有廣泛應用前景。
【附圖說明】
[0028]圖1:本發明一種實施方式所用的絲網印刷網版。
[0029]圖2:本發明一種實施方式制備的絲網印刷后的薄膜電極正極。
[0030]圖3:本發明一種實施方式制備的絲網印刷后的薄膜電極負極。
[0031]圖4:本發明一種實施方式制備的絲網印刷薄膜電極正極的銅箔厚度測定。
[0032]圖5:本發明一種實施方式制備的絲網印刷薄膜電極正極的電極厚度測定。
[0033]圖6:本發明一種實施方式制備的絲網印刷薄膜電極負極的鋁箔厚度測定。
[0034]圖7:本發明一種實施方式制備的絲網印刷薄膜電極負極的電極厚度測定。
[0035]圖8:本發明一種實施方式制備的正極薄膜電極的電流和電壓的測定。
[0036]圖9:本發明一種實施方式制備的正極薄膜電極的電容量測定。
【具體實施方式】
[0037]本發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)配制絲網印刷漿料，配制正極漿料的固含量為20%?35%，配制負極漿料固含量為20%?40% ；
[0039]一般地，在絲網印刷前，根據所要制備電池和薄膜電極的要求選擇合適活性物質和其它輔助材料，為了制備得到更好的薄膜電極，活性物質的粒度一般要求亞微米級到5微米；
[0040]對于制備的絲網印刷漿料，一般對漿料的粘度，固含量，活性物質和其它輔助材料的比例等進行調整，從而使漿料適合用于絲網印刷而制備薄膜電極，實踐中，通過控制固含量就可以很好的保證薄膜電極的制備工藝的穩定。
[0041]優選地，所述正極漿料為油系漿料，所述負極漿料為水系漿料。通過實驗證明選用所述的漿料有利于制備更薄的電極。
[0042]優選地，所述正極漿料包含正極活性物質，導電材料，正極輔助材料，以及有機溶劑；所述負極漿料包含負極活性物質，導電材料，負極輔助材料，以及溶劑；
[0043]優選地，所述正極活性物質為鈷酸鋰，磷酸鐵鋰，錳酸鋰或三元正極材料中任意一種。
[0044]優選地，所述正極活性物質的D5。小于5微米。
[0045]優選地，所述負極活性物質為石墨或鈦酸鋰中任意一種。
[0046]優選地，所述正極漿料的導電材料和負極漿料的導電材料選自導電炭黑，導電石墨或乙炔黑中的一種。
[0047]優選地，所述正極輔助材料為聚偏氟乙烯(PVDF)，所述負極輔助材料為羧甲基纖維素鈉(CMC)和丁苯橡膠(SBR)。
[0048]優選地，步驟⑴所述正極漿料的有機溶劑為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；其中所述負極漿料所用溶劑為水。實驗中一般選用蒸餾水，以防止其他雜質離子對電極性質的影響。
[0049]優選地、步驟(I)所述正極漿料包含正極活性物質16%?28%、導電材料3%?5 %、正極輔助材料I %?2 %、有機溶劑65 %?80 %、一般地，上述各組分含量之和等于100% ;所述負極漿料包含負極活性物質17%?34%、導電材料1.4%?2.8%、CMC1%