特斯拉干法电极工艺新专利2：用于干电极的粘合剂钝化膜组合物及其制备方法

特斯拉干法电极工艺新专利1：包含微米颗粒非纤维化粘结剂干法电极膜的混合物及制备方法

干法电极工艺采用能够纤维化的PTFE作为粘结剂，但是电池在充放电过程中，电解液和PTFE会发生副反应，导致一系列问题。如图1所示，包含PTFE和不含PTFE的石墨半电池放电曲线。在石墨嵌锂过程中，包含PTFE粘结剂的石墨在约0.5V的电压区间存在一个平台，即锂与PTFE的副反应：

图1  包含PTFE和不含PTFE的石墨嵌锂曲线

如图2所示，粘结剂PTFE表面生成副反应产物，导致粘结剂分解失效，电解液活性锂消耗，从而使电池性能劣化，性能衰减。

图2  PTFE与锂副反应产物示意图

特斯拉为了解决粘结剂分解的问题，提出了思路，即新公布专利：用于干电极的粘合剂钝化膜组合物及其制备方法。       

图3  粘结剂表面离子绝缘钝化物膜示意图

该专利所述干电极膜制备方法主要包括以下步骤：

图3  工艺流程图

（1）混合粘结剂颗粒和离子绝缘涂层材料，形成包覆涂层的粘结剂颗粒。聚合物粘结剂主要选自聚四氟乙烯(PTFE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、PVDF共聚物、聚环氧乙烷(PEO)及其组合的粘合剂。其中，优选PTFE。离子绝缘涂层材料进一步也可以包括延展性金属，如铜、锡、锑及其组合。

（2）离子绝缘涂层材料选自碳黑、导电碳、含石墨碳、石墨及其组合中的至少一种。

（3）包覆工艺包括预研磨，研磨介质形状包括球形、圆柱形等，比如球磨、干粉搅拌设备等，包覆工艺保证粘结剂约80%至90%的颗粒表面被覆盖，而且包覆过程中粘结剂不发生纤维化。包覆工艺包括机械熔合工艺，如低速研磨、翻转混合及其组合工艺。

（4）包覆之后，包覆粘结剂与活性材料混合，采用高速剪切工艺使含包覆层的粘结剂发生纤维化，比如气流喷射研磨工艺。

（5）然后， 电极混合物辊压成自支撑膜。采用该工艺所制备的电极活性材料主要包含由石墨、硬碳、软碳、石墨烯、中孔碳、硅、氧化硅、锡、氧化锡、锗、钛酸锂以及它们的复合材料组成。