本申請涉及一種正極的制備方法、正極及應用，屬于電化學領域。

背景技術：

1、鋰離子電池雖然已經得到了廣泛而深入的研究，但是潛在的不安全、稀缺的鋰資源和有限的能量密度阻礙了它們的進一步發展。近年來水系鋅離子電池(zibs)憑借成本低、安全性高和離子導電性好等優點，逐漸成為人們研究的重點。zibs的正極材料可分為錳基、釩基和普魯士藍等等。其中，錳基材料是首選的正極材料，其不僅制造簡單、電壓高，而且環境友好、結構多樣。然而，目前，傳統的濕法涂布工藝對于提高電極的體積密度已達到極限，迫切需要開發新的電極制備工藝。傳統的濕法涂布工藝存在著諸多缺點：(1)能源浪費：濕涂層和隨后的干燥過程需要每年產生100萬磅的生產線總能耗；(2)高成本和污染：電極漿混合過程需要大量使用nmp，成本高昂且有毒。因此在大規模生產的干燥過程中必須建立一個回收裝置來收集和再處理蒸發后nmp；(3)電極分層：在溶劑蒸發過程中，由于毛細劑作用和擴散，粘結劑和導電劑漂浮在表面附近團聚，而活性物質沉淀，導致電極分層，破壞了電極中三維導電網絡的構建，降低了活性材料與集成電器之間的粘合強度；(4)電極厚度有限：濕涂層經常會導致裂紋、分層和柔韌性差等問題，尤其在厚電極中。因此，電極的濕涂層制造工藝極大地限制了電極的厚度；(5)不適合使用硫化物全固態電池(assbs)：固態電解質，特別是硫化物，對水和極性有機溶劑極為敏感。因此只能使用非極性或弱極性溶劑，這降低了固態電解質的離子電導率，限制了粘合劑的選擇。

技術實現思路

1、近年來，為了克服上述問題，人們開發了一種干法工藝來制備電池電極。相比于濕法涂布，干法工藝有以下優點：(1)降低了成本。干膜生產技術節省了溶劑、溶劑蒸發、回收和干燥設施的成本。(2)抑制分層。在干式混合過程中，由于混合器和顆粒的剪切和摩擦，電極材料的不同成分可以均勻分布。由于干混合過程中不存在漿液，溶劑蒸發引起的薄膜分層將不再存在。(3)電極厚度無限制。干膜技術可以很容易地控制電極厚度和均勻性，因此在制備厚電極方面具有獨特的優勢，可以有效地提高電池的能量密度。(4)與硫化物等電解質兼容。干膜制備技術避免了有機/極性溶劑的使用，在膜制備過程中只需要非常少量的粘結劑，特別適合于硫化物assbs的生產。由于硫化物電解質與有機溶劑反應嚴重，干膜技術有助于保護硫化物電解質并保持高離子電導率。

2、根據本申請的一個方面，提供了一種正極的制備方法，包括以下步驟：

3、將含有活性材料、導電劑、保液劑和粘結劑的原料混合，剪切攪拌、預成型、延壓，得到正極膜，將所述正極膜與集流體貼合，得到所述正極。

4、所述活性材料選自mno2、五氧化二釩、cufe(cn)6中的至少一種；

5、所述導電劑選自乙炔黑、導電炭黑、多壁碳納米管、石墨烯、高純納米碳纖維中的至少一種；

6、所述保液劑選自膨潤土、蒙脫石粉、伊利石粉、高嶺土粉、埃洛石粉中的至少一種；

7、所述粘結劑選自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、羧甲基纖維素、丁苯橡膠中的至少一種。

8、所述原料中，各物質的質量含量為：

9、活性物質80～90wt％；

10、導電劑8～13wt％；

11、保液劑1～3wt％；

12、粘結劑1～4wt％。

13、所述剪切攪拌的時間為10～30min；

14、所述剪切攪拌的溫度為20～80℃；

15、所述剪切攪拌的速度為10000～15000t/min。

16、所述預成型為輥壓預處理；

17、所述輥壓預處理的壓力為5～40t；

18、所述輥壓預處理的溫度為25～80℃。

19、所述集流體選自不銹鋼箔、鈦箔、不銹鋼網、鈦網中的至少一種。

20、根據本申請的另一個方面，提供一種正極，通過上述的制備方法制備得到。

21、根據本申請的另一個方面，提供一種水系鋅離子電池，包括上述的正極。

22、具體地，

23、步驟1：將活性材料、導電劑和保液劑通過混料設備進行預混合，攪拌時間20min-40min，攪拌速度為800r/min-1000r/min，得到混合好的粉體a；之后加入粘結劑，按原攪拌速度繼續攪拌20min-40min，得到混合好的粉體b。

24、步驟2：將步驟1中混合均勻的粉體b在高速攪拌設備中，剪切攪拌，得到高度纖維化的電極材料，剪切攪拌時間為10-30min，剪切攪拌溫度為20℃-80℃，剪切攪拌速度為10000r/min-15000r/min。

25、步驟3：將步驟2中得到的高度纖維化的粉料轉移至立體式輥壓設備進行預成型處理，得到具有自支撐半成品干法電極膜。

26、步驟4：將步驟3中得到的半成品干法電極膜進行延壓處理，使所述半成品干法電極膜形成成品干法電極膜。

27、步驟5：將步驟4中得到的成品干法電極膜與集流體貼合，形成成品干法電極。

28、步驟6：將步驟5中得到的成品干法電極裁剪成直徑15mm圓片，形成成品干法電極極片。

29、步驟7：將步驟6中得到的成品干法電極極片按照“正極殼-成品干法正極片-隔膜-電解液-成品干法負極片-墊片-彈片-負極殼”的順序放置，組裝，得到干法制備的水系鋅離子紐扣電池。

30、所述負極活性材料為商用實驗室級鋅箔，zn≥99.999％，厚度100μm。

31、所述隔膜為無紡布、吸液紙、whatman玻璃纖維隔膜、celgard親水復合隔膜中的至少一種。

32、本申請能產生的有益效果包括：成膜過程中不使用nmp有機溶劑，環境友好；工藝簡便，降低了生產成本；可以制作成高載量電極，提高了電池的能量密度。

技術特征：

1.一種正極的制備方法，其特征在于，

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，

7.一種正極，其特征在于，

8.一種水系鋅離子電池，其特征在于，

9.一種水系鋅離子電池，其特征在于，

技術總結
本申請公開了一種正極的制備方法、正極及應用。包括以下步驟：將含有活性材料、導電劑、保液劑和粘結劑的原料混合，剪切攪拌、預成型、延壓，得到正極膜，將所述正極膜與集流體貼合，得到所述正極。

技術研發人員：陳忠偉,王凱凱,羅丹
受保護的技術使用者：中國科學院大連化學物理研究所
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28