发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种柔性电极及其制备方法和用途。解决了目前柔性电池存在的电极材料容易脱落、柔性性能差、面密度低、弯折容易引发脱落等问题。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种柔性电极，所述柔性电极包括具有孔隙的柔性导电基膜及分散于所述柔性导电基膜内部的电极组分，所述电极组分包括活性材料和导电剂，所述柔性导电基膜包括导电塑料。

本发明的柔性电极中，柔性导电基膜采用导电塑料并分散电极组分颗粒，电极组分和导电塑料基膜紧密结合形成统一体，得到一体结构的柔性电极，不仅使得电极具有固有的柔性，还具有良好的机械强度，能够抑制活性材料和导电剂的脱落，组装成锂离子电池时有利于提高电极的稳定性从而提高电池的电化学性能，有利于推动柔性锂离子电池的商业化应用。

本发明中，采用有机的导电塑料，一方面承载活性材料等电极组分，另一方面作为集流体导电传输电流。由于柔性导电基膜具有孔隙，从而使锂离子能顺畅地脱出和嵌入。

本发明的柔性电极无需使用传统金属铜或铝集流体，提高了活性材料占比，进而电池的能量密度得到很大的提高。

本发明中的柔性电极可以是柔性正极，也可以是柔性负极。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

优选地，所述柔性电极的厚度为5μm-1000μm。

优选地，所述导电塑料包括但不限于聚苯胺、聚对苯撑、聚乙炔、聚苯乙炔、聚吡咯和聚噻吩中的至少一种。

优选地，所述活性材料为正极活性材料或负极活性材料。

优选地，所述正极活性材料包括但不限于钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、镍钴锰三元材料和镍钴铝三元材料中的至少一种；

优选地，所述负极活性材料包括但不限于钛酸锂、天然石墨、人造石墨、碳纤维、软碳、硬碳、中间相碳微球、单质硅、硅氧化合物和硅碳复合物中的至少一种。

优选地，所述导电剂包括导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、Super P、Super S、碳纳米管、石墨烯、多孔碳和碳纤维中的至少一种。

优选地，所述电极组分中还包括粘结剂，所述粘结剂包括但不限于聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇、丁苯橡胶和羟甲基纤维素中的至少一种。

作为本发明所述柔性电极的优选技术方案，所述柔性电极的柔性导电基膜内部具有三维孔状结构，所述电极组分部分填充并结合于所述三维孔状结构中。需要注意的是，上述填充是部分填充，三维孔状结构未被填充的部分留有孔隙，该孔隙的存在有利于锂离子的脱出和嵌入。

优选地，所述柔性电极的孔隙率为10％-60％，例如10％、12％、15％、18％、20％、25％、27％、30％、35％、38％、42％、46％、50％、55％或60％等。

优选地，以所述电极组分的总质量为100％计，所述活性材料的重量百分比为85％-95％，例如85％、87％、88％、90％、91％、92％、94％或95％等。

优选地，以所述电极组分的总质量为100％计，所述导电剂的重量百分比为1％-10％，例如1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％或10％等。

优选地，以所述电极组分的总质量为100％计，所述粘结剂的重量百分比为0％-15％，例如0％、1％、3％、5％、7％、8％、10％、12％、13％或14％等，优选为0％-10％，进一步优选为0％-5％。其中，质量百分比为0％表示电极组分中不含粘结剂。

优选地，所述电极组分与导电塑料的质量比为50:1-1:1，例如50:1、30:1、20:1、10:1、3:1或1:1等，优选为20:1-10:1。

本发明对柔性极片的形状不作限定，包括但不限于圆形、矩形或其他不规则形状，本领域技术人员可根据需要进行选择性制备。

第二方面，本发明提供如第一方面所述的柔性电极的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将电极组分进行干混，所述电极组分包括活性材料和导电剂，得到混合干料；

其中，所述电极组分包括活性材料和导电剂；

(2)将步骤(1)所述混合干料及造孔剂加入到熔融的导电塑料中，分散，得到混合浆料，该混合浆料具有粘性；

(3)将步骤(2)所述混合浆料造膜，除去造孔剂，得到柔性电极。

本发明的方法，通过先将电极组分进行干混得到混合干料，然后将混合干料与熔融的导电塑料及造孔剂混合，经造膜，膜片成为一个整体，除去造孔剂后得到一体结构的柔性电极，造孔剂占据的原空间形成微孔和/或去除(例如溶出或挥发等)造孔剂时形成孔(例如微孔)，从而可以在导电塑料基膜内部形成良好的三维孔状结构，使锂离子能顺畅的脱出和嵌入，并有利于电解液的完全浸润和流动，降低了电池的内阻，进而提升电池的电化学性能。

该柔性电极没有使用到传统金属铜或者铝集流体，提高了活性材料比。而且，制备得到的柔性电极的柔性良好，机械性能良好。

本发明的方法制备柔性极片具有极片形状、大小可控的优点，和常规制备方法相比，可由之前的手工实验室阶段，提升到批量生产阶段，容易实现商业化应用。

需要说明的是，本发明对导电塑料进行熔融的操作时机不作限定，例如可以是与步骤一并行。

本发明对“将步骤(1)所述混合干料及造孔剂加入到熔融的导电塑料中”的具体操作顺序不作限定，例如可以先将造孔剂加入熔融的导电塑料中搅拌一下，然后再加入混合干料，稍做搅拌，使熔融塑料包覆住混合干料。

作为本发明所述方法的优选技术方案，本发明的方法还可以包括对膜片进行模切的步骤。

优选地，步骤(2)所述造孔剂相对于导电塑料和活性材料的关系如下：所述造孔剂与导电塑料具有一定的亲和力，能被均匀分布于导电塑料中，且不与活性材料反应。如此设置的原因是，本发明需要在导电塑料层上形成微孔，使锂离子能够脱、嵌迁移，如果没有孔，离子从活性物质出来了但受导电塑料层的阻挡，是形不成电池的。

优选地，所述造孔剂包括水、乙醇、正丁醇、PVP、固态烃和液态烃中的至少一种。但并不限于上述列举的种类，可自柔性电极中萃取而出的或受热分解和/或挥发的其他材料也可用于本发明。

优选地，以造孔剂和步骤(1)所述混合干料的总质量为100％计，所述造孔剂的含量为0.5％-5％，例如0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％或5％等。

本发明中，造孔剂的作用是用于造孔，在后续处理步骤中挥发，不对活性材料造成影响。

作为优选，采用柔韧性很好的细丝大孔金属网，例如铜丝网，在导电塑料熔融成膜时埋入，以形成导电网络，在降低导电剂用量的同时还增加了极片的导电性，而且基本不损失极片的柔韧性。

优选地，步骤(1)所述电极组分中还包括粘结剂。

本发明中，粘结剂是一种可选的组分，可以添加也可以不添加。在有机的导电塑料作为承载机体时，该粘结剂非必须添加组分；对于添加粘结剂的情况，仅需少量添加即可，作用主要是步骤(1)混合干料过程中形成混合干料颗粒，方便制作过程。优选地，步骤(1)所述混合干料为颗粒状，颗粒的粒径优选为0.1mm-2mm，例如0.1mm、0.5mm、1.2mm、1.5mm或2mm等。颗粒状有利于降低混合干料的比表面积，进而可以降低导电塑料的用量。

本发明对步骤(1)干混的方式不作限定，例如可以是搅拌，也可以是高速分散。

优选地，步骤(2)中，混合干料与熔融的导电塑料的质量比为50:1-1:1，例如50:1、30:1、10:1、3:1或1:1等，优选为20:1-10:1。二者之间的比例受混合干料的比表面积以及导电塑料的强度影响。

本发明对步骤(2)分散的方式不作限定，例如可以是搅拌，也可以是高速分散。

优选地，步骤(3)所述造膜的方式包括但不限于压力挤压、涂覆、对辊成膜、刮板成膜、流延法、3D打印、喷涂和沉积中的至少一种，优选为对辊成膜、刮板成膜和流延法中的至少一种，进一步优选为对辊成膜。

优选地，除去造孔剂的方式选自萃取和加热中的至少一种，优选为萃取。

采用萃取的方式例如可以是将步骤(3)得到的膜片浸入萃取剂中，将造孔剂从膜片中萃取出来，这种造孔的方法是萃取造孔。

采用加热的方式例如可以是将步骤(3)得到的膜片加热，使造孔剂分解和/或挥发，这种造孔的方法是加热造孔。所述加热造孔可以在抽真空的条件下，从而获得更佳的效果。

需要注意的是，受限于熔融过程的温度等因素，加热造孔的可行性不如萃取造孔，本发明除去造孔剂的方式优选萃取。

作为本发明所述方法的进一步优选技术方案，所述方法包括以下步骤：

(1)将活性材料、导电剂和粘结剂混合均匀，高速分散制备成混合干料；

(2)将步骤(1)制备的颗粒与造孔剂加入到熔融导电塑料中，经搅拌制成混合浆料；

(3)采用步骤(2)制得的混合浆料，对辊成膜，对辊成膜的温度为60℃-150℃(例如60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、135℃或150℃等)，得到膜片，然后采用萃取的方式除去造孔剂，模切，得到柔性电极；

其中，所述活性材料为正极活性材料或负极活性材料；

以造孔剂和步骤(1)所述混合干料的总质量为100％计，活性材料85％-95％，导电剂1％-10％，粘结剂0％-10％且不含0，造孔剂的0.5％-5％。

第三方面，本发明提供一种电池，所述电池包括第一方面所述的柔性电极。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的柔性电极中，柔性导电基膜采用导电塑料并分散电极组分颗粒，电极组分和导电塑料基膜紧密结合形成统一体，得到一体结构的柔性电极，不仅使得电极具有固有的柔性，还具有良好的机械强度，能够抑制活性材料和导电剂的脱落，组装成锂离子电池时有利于提高电极的稳定性从而提高电池的电化学性能，有利于推动柔性锂离子电池的商业化应用。而且，本发明的柔性电极无需使用传统金属铜或铝集流体，提高了活性材料占比，进而电池的能量密度得到很大的提高。

本发明的方法，通过将电极组分进行干混得到混合干料，造粒之后与熔融的导电塑料混合，经造膜、干燥和辊压，膜片成为一个整体，得到一体结构的柔性电极。

本发明的方法制备柔性极片具有极片形状、大小可控的优点，和常规制备方法相比，可由之前的手工实验室阶段，提升到批量生产阶段，容易实现商业化应用。

本发明的优选技术方案通过添加造孔剂造孔，可以在导电塑料基膜内部形成良好的三维孔状结构，使锂离子能顺畅的脱出和嵌入，并有利于电解液的完全浸润和流动，降低了电池的内阻，进而提升电池的电化学性能。