本公開總體涉及無溶劑工藝，更具體地，涉及通過干法電極工藝制備用于能量存儲(chǔ)和傳輸?shù)木垡蚁?“pe”)電極的裝置、體系、材料和方法。

背景技術(shù)：

1、電能存儲(chǔ)在許多應(yīng)用中都非常重要，包括移動(dòng)電子設(shè)備、電動(dòng)汽車和太陽能捕獲。隨著電能存儲(chǔ)的新應(yīng)用和技術(shù)轉(zhuǎn)向使用電力，各種因素推動(dòng)了電化學(xué)儲(chǔ)能裝置的發(fā)展。例如，一些考慮因素包括制造電化學(xué)儲(chǔ)能裝置的成本和效率、電化學(xué)儲(chǔ)能裝置的尺寸和重量、制造和處置電化學(xué)儲(chǔ)能裝置的環(huán)境影響，以及電化學(xué)儲(chǔ)能裝置的效率和隨時(shí)間的耐用性。在許多應(yīng)用中，主要的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)是鋰離子電池。

2、用于生產(chǎn)大多數(shù)商用鋰離子電池電極的現(xiàn)有方法(有時(shí)稱為“濕法工藝”)涉及使用大量可能對人體和/或環(huán)境有害的液體加工助劑(例如，溶劑，如n-甲基-2-吡咯烷酮(nmp))，還使用大型烘箱去除液體加工助劑。生產(chǎn)鋰離子電池電極的其他方法也在開發(fā)中，包括一種不需要液體加工助劑或大型烘箱的“干法電極工藝”。干法電極工藝最初的開發(fā)重點(diǎn)是超級電容器的電極。最近，人們對將干法電極工藝應(yīng)用于其他電極(如鋰離子電池中的電極)的興趣大幅增加。從濕法工藝轉(zhuǎn)向干法電極工藝的主要?jiǎng)訖C(jī)是降低電極生產(chǎn)的成本、物理足跡和環(huán)境影響。

3、因此，本領(lǐng)域需要更高效的電極生產(chǎn)方法，此類方法可減少對環(huán)境的影響，并且可擴(kuò)展到可用于各種環(huán)境和行業(yè)的制品的大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、根據(jù)一個(gè)方面(“方面1”)，一種制造制品的方法，其包括對填料顆粒和uhmwpe顆粒進(jìn)行剪切以形成共混顆粒組合物以及將共混顆粒組合物形成制品，所述uhmwpe顆粒具有至少2,000,000g/mol的分子量和至少190j/g的熔融焓，其中所述填料顆粒持久地嵌合(enmesh)在由uhmwpe顆粒形成的原纖維內(nèi)，并且其中所述制品含有至少80重量％的填料顆粒。

2、根據(jù)方面1的另一方面(“方面2”)，包括在對填料顆粒和uhmwpe顆粒進(jìn)行剪切之前對uhmwpe顆粒進(jìn)行原纖維化處理。

3、根據(jù)方面1或方面2的另一方面(“方面3”)，其中將共混顆粒組合物形成制品包括對共混顆粒組合物進(jìn)行壓延。

4、根據(jù)方面1至3中任一方面的另一方面(“方面4”)，其中所述制品具有dsc峰在約143℃和約175℃之間的dsc曲線，并且其中所述制品的原纖維化百分比大于0％。

5、根據(jù)方面1至4中任一方面的另一方面(“方面5”)，其中所述顆粒包括碳顆粒、導(dǎo)電碳顆粒、活性炭顆粒、石墨顆粒、炭黑顆粒和鋰化合物顆粒中的至少一種。

6、根據(jù)方面1至5中任一方面的另一方面(“方面6”)，包括在對填料顆粒和uhmwpe顆粒進(jìn)行剪切之前對uhmwpe顆粒進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中所述uhmwpe顆粒的中值da為約5微米至約300微米。

7、根據(jù)方面1至6中任一方面的另一方面(“方面7”)，其中所述共混顆粒組合物包含少于10重量％的可原纖維化uhmwpe顆粒。

8、根據(jù)另一方面(“方面8”)，一種復(fù)合材料，其包含填料材料和粘結(jié)劑體系，所述填料材料包含填料顆粒，所述粘結(jié)劑體系包含分子量為至少2,000,000g/mol且熔融焓為至少190j/g的超高分子量聚乙烯(uhmwpe)顆粒，其中所述填料材料和uhmwpe顆粒被剪切并形成制品，使得所述復(fù)合材料包括約143℃至約175℃的dsc峰。

9、根據(jù)方面8的另一方面(“方面9”)，其中所述復(fù)合材料具有dsc峰在約143℃和約175℃之間的dsc曲線，其中原纖維化百分比是通過dsc峰的積分占約100℃和約175℃之間dsc曲線的積分的百分比來確定的，并且其中所述制品的原纖維化百分比大于0％。

10、根據(jù)方面8或方面9的另一方面(“方面9”)，其中所述填料材料選自碳顆粒、導(dǎo)電碳顆粒、活性碳顆粒、石墨顆粒、炭黑顆粒和鋰化合物顆粒中的至少一種。

11、根據(jù)方面7至10中任一方面的另一方面(“方面11”)，其中所述粘結(jié)劑體系包含少于20重量％的聚四氟乙烯。

12、根據(jù)方面7至11中任一方面的另一方面(“方面12”)，其中所述粘結(jié)劑體系不含聚四氟乙烯。

13、根據(jù)另一方面(“方面13”)，一種共混顆粒組合物，其包含填料顆粒和可原纖維化uhmwpe顆粒，所述可原纖維化uhmwpe顆粒具有至少約2,000,000g/mol的分子量、約0.04g/ml至約0.25g/ml的堆積密度和至少190j/g的熔融焓，其中所述共混顆粒組合物含有少于約10重量％的可原纖維化粘結(jié)劑顆粒。

14、根據(jù)方面13的另一方面(“方面14”)，其中所述共混顆粒組合物包含少于約5重量％的可原纖維化粘結(jié)劑顆粒。

15、根據(jù)方面13或方面14的另一方面(“方面15”)，其中所述填料材料包括碳顆粒、導(dǎo)電碳顆粒、活性炭顆粒、石墨顆粒、炭黑顆粒和鋰化合物顆粒中的至少一種。

16、根據(jù)方面13至15中任一方面的另一方面(“方面16”)，其中所述uhmwpe顆粒由細(xì)顆粒的團(tuán)聚體形成，并且其中所述細(xì)顆粒的平均直徑大于或等于10nm且小于或等于2000nm。

17、根據(jù)另一方面(“方面17”)，一種制品，其包括填料顆粒和粘結(jié)劑體系，所述粘結(jié)劑體系包含原纖維化超高分子量聚乙烯(uhmwpe)顆粒，其中所述原纖維化uhmwpe顆粒具有至少約2,000,000g/mol的分子量、約5微米至約300微米的中值da和至少190j/g的熔融焓，其中所述制品的dsc峰在約143℃至約175℃之間，并且其中所述填料顆粒持久地嵌合在原纖維化uhmwpe顆粒的原纖維中。

18、根據(jù)方面17的另一方面(“方面18”)，其中所述uhmwpe顆粒包括以下至少之一：約0.820至約0.880的中值球度、約0.950至約0.990的中值凸度和約1.50至約1.80的中值長寬比。

19、根據(jù)方面17或方面18的另一方面(“方面19”)，其中所述制品具有與原纖維化uhmwpe顆粒相關(guān)的約145℃至約155℃的吸熱峰(endotherm)。

20、根據(jù)方面17至19中任一方面的另一方面(“方面20”)，其中所述制品具有dsc峰在約143℃和約175℃之間的dsc曲線，其中原纖維化百分比是通過dsc峰的積分占約100℃和約175℃之間dsc曲線的積分的百分比來確定的，并且其中所述制品的原纖維化百分比大于0％。

21、根據(jù)方面17至20中任一方面的另一方面(“方面21”)，其中所述填料顆粒選自碳顆粒、導(dǎo)電碳顆粒、活性炭顆粒、石墨顆粒、炭黑顆粒和鋰化合物顆粒中的至少一種。

22、根據(jù)方面17至21中任一方面的另一方面(“方面22”)，其中所述粘結(jié)劑體系包含少于20重量％的聚四氟乙烯。

23、根據(jù)方面17至22中任一方面的另一方面(“方面23”)，其中所述粘結(jié)劑體系不含聚四氟乙烯。

24、根據(jù)方面17至23中任一方面的另一方面(“方面24”)，其中所述制品是自支撐的。

25、根據(jù)方面17至24中任一方面的另一方面(“方面25”)，其中所述原纖維化uhmwpe顆粒的中值da為約5微米至約300微米。

26、根據(jù)另一個(gè)方面(“方面26”)，一種制造制品的方法，其包括對填料顆粒和uhmwpe顆粒進(jìn)行剪切以形成共混顆粒組合物，所述uhmwpe顆粒具有至少約2,000,000g/mol的分子量、至少190j/g的熔融焓和約0.04m/ml至約0.25g/ml的堆積密度，其中所述填料顆粒持久地嵌合在由uhmwpe顆粒形成的原纖維內(nèi)；以及將共混顆粒組合物形成制品，其中所述制品含有至少約80重量％的填料顆粒。

27、根據(jù)方面26的另一方面(“方面27”)，其中所述制品具有dsc峰在約143℃和約175℃之間的dsc曲線，并且其中所述制品的原纖維化百分比大于0％。

28、根據(jù)方面26或方面28的另一方面(“方面28”)，包括在對uhmwpe顆粒進(jìn)行剪切之前對uhmwpe顆粒進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得uhmwpe顆粒具有約5微米至約300微米的中值da，或uhmwpe顆粒具有約0.820至約0.880的中值球度，或uhmwpe顆粒具有約0.950至約0.990的中值凸度，或uhmwpe顆粒具有約1.50至約1.80的中值長寬比。

29、根據(jù)另一方面(“方面29”)，一種電極，其包括填料材料和粘結(jié)劑體系，所述粘結(jié)劑體系包含原纖維化uhmwpe顆粒，其中所述uhmwpe顆粒具有約5微米至約300微米的中值da、約0.820至約0.880的中值球度、約0.950至約0.990的中值凸度和約1.50至約1.80的中值長寬比，其中所述uhmwpe顆粒具有約143℃至約175℃的dsc峰。

30、根據(jù)方面29的另一方面(“方面30”)，其中所述填料材料為電極的至少90重量％。

31、根據(jù)方面28或方面29的另一方面(“方面31”)，其中所述uhmwpe顆粒為電極的10重量％或更少。

32、根據(jù)方面29至31中任一方面的另一方面(“方面32”)，其中所述電極是自支撐的。

33、根據(jù)方面29至32中任一方面的另一方面(“方面33”)，其中所述電極具有dsc峰在約143℃和約175℃之間的dsc曲線，并且其中所述電極的原纖維化百分比大于0％。

34、根據(jù)方面29至33中任一方面的另一方面(“方面34”)，其中所述uhmwpe顆粒具有約5微米至約300微米的中值da、或約0.820至約0.880的中值球度、或約0.950至約0.990的中值凸度，或約1.50至約1.80的中值長寬比。

35、根據(jù)方面29至34中任一方面的另一方面(“方面35”)，其中所述粘結(jié)劑體系包含少于20重量％的聚四氟乙烯。

36、根據(jù)方面29至35中任一方面的另一方面(“方面36”)，其中所述粘結(jié)劑體系不含聚四氟乙烯。

37、根據(jù)另一方面(“方面37”)，一種制造電極的方法，其包括提供超高分子量聚乙烯(uhmwpe)顆粒，所述超高分子量聚乙烯顆粒具有至少約2,000,000g/mol的分子量、至少190j/g的熔融焓和約0.04g/ml至約0.25g/ml的堆積密度；提供填料顆粒，所述填料顆粒選自碳顆粒、導(dǎo)電碳顆粒、活性炭顆粒、石墨顆粒、炭黑顆粒和鋰化合物顆粒中至少一種；將uhmwpe顆粒與填料顆粒干混以產(chǎn)生其中含有原纖維化uhmwpe顆粒的干混產(chǎn)物；以及將干混產(chǎn)物形成復(fù)合片材，其中所述填料顆粒持久地嵌合在原纖維化uhmwpe顆粒中。

38、根據(jù)方面37的另一方面(“方面38”)，其中所述復(fù)合片材包含至少90重量％的干填料顆粒。

39、根據(jù)方面37或方面38的另一方面(“方面39”)，其中所述復(fù)合片材包含10重量％或更少的原纖維化uhmwpe顆粒。

40、根據(jù)方面37至39中任一方面的另一方面(“方面40”)，其中所述復(fù)合片材的厚度為約10微米至約500微米。

41、根據(jù)方面37至40中任一方面的另一方面(“方面41”)，其中所述復(fù)合材料板在最大載荷下的拉伸應(yīng)力為約2,500kpa至約7,000kpa。

42、根據(jù)方面37至41中任一方面的另一方面(“方面42”)，其中所述復(fù)合片材具有dsc峰在約143℃和約175℃之間的dsc曲線，并且其中所述復(fù)合片材的原纖維化百分比大于0％。

43、根據(jù)方面37至42中任一方面的另一方面(“方面43”)，其中所述復(fù)合片材在最大載荷下的拉伸應(yīng)變?yōu)榧s3％至約9％。

44、根據(jù)方面37至43中任一方面的另一方面(“方面44”)，其中所述復(fù)合片材的斷裂拉伸應(yīng)變?yōu)榧s5％至約50％。

45、根據(jù)方面37至44中任一方面的另一方面(“方面45”)，包括將復(fù)合片材施加到導(dǎo)電基材上。

46、根據(jù)方面37至45中任一方面的另一方面(“方面46”)，其中將干混產(chǎn)物形成復(fù)合片材包括施加壓力、壓延和施加熱量中的一種或多種。

47、根據(jù)方面37至46中任一方面的另一方面(“方面47”)，其中所述填料顆粒選自碳顆粒、導(dǎo)電碳顆粒、活性炭顆粒、石墨顆粒、炭黑顆粒和鋰化合物顆粒中的至少一種。

48、根據(jù)另一方面(“方面48”)，一種制備用于干法電極工藝的調(diào)節(jié)后可原纖維化超高分子量聚乙烯(uhmwpe)顆粒的方法，其包括提供超高分子量聚乙烯(uhmwpe)顆粒，所述超高分子量聚乙烯顆粒具有至少約2,000,000g/mol的分子量、至少190j/g的熔融焓和約0.04g/ml至約0.25g/ml的堆積密度；以及通過剪切混合uhmwpe顆粒來調(diào)節(jié)uhmwpe顆粒以改變uhmwpe顆粒的尺寸和形狀，使其具有約5至約300微米的中值da，以及約1.50至約1.80的中值長寬比或約0.820至約0.880的中值球度或約0.950至約0.990的中值凸度的形狀。

49、根據(jù)另一方面(“方面49”)，一種超高分子量聚乙烯(uhmwpe)樹脂具有至少約2,000,000g/mol的分子量、至少190j/g的熔融焓、約0.04g/ml至約0.25g/ml的堆積密度、約5微米至約300微米的中值da、約0.820微米至約0.880微米的中值球度、約0.950微米至約0.990微米的中值凸度，和約1.50微米至約1.80微米的中值長寬比。

50、根據(jù)另一方面(“方面50”)，一種粘結(jié)劑體系，其包括可原纖維化超高分子量聚乙烯(uhmwpe)顆粒，所述可原纖維化超高分子量聚乙烯顆粒具有至少約2,000,000g/mol的分子量、至少190j/g的熔融焓、約5微米至約300微米的中值da、約0.820微米至約0.880微米的中值球度、約0.950微米至約0.990微米的中值凸度，和約1.50微米至約1.80微米的中值長寬比。

51、根據(jù)方面49的另一方面(“方面51”)，其中所述可原纖維化uhmwpe顆粒可操作以用于干法電極工藝。

52、根據(jù)另一方面(“方面52”)，超高分子量聚乙烯(uhmwpe)樹脂顆粒作為粘結(jié)劑用于制作電極的用途，所述uhmwpe顆粒各自具有至少2,000,000g/mol的分子量、至少190j/g的熔融焓和約0.04g/ml至約0.25g/ml的堆積密度。

53、根據(jù)另一方面(“方面53”)，一種復(fù)合粘結(jié)劑體系，其包含以填料顆粒中值da為特征的多個(gè)填料顆粒和uhmwpe樹脂顆粒，所述uhmwpe樹脂顆粒具有樹脂顆粒中值da、至少2,000,000g/mol的分子量、至少190j/g的熔融焓和約0.04g/ml至約0.25g/ml的堆積密度，其中填料顆粒中值da與樹脂顆粒中值da之比為10:1至1:10。

54、根據(jù)另一方面(“方面54”)，一種復(fù)合粘結(jié)劑體系，其包含填料顆粒和超高分子量聚乙烯顆粒(uhmwpe)，其中所述復(fù)合粘結(jié)劑體系具有至少200n/mm的力斜率(forceslope)，所述力斜率通過毛細(xì)管流變儀在以下條件下對測試樣品測量：

55、1.測試樣品是95重量％的填料顆粒和5重量％的uhmwpe樹脂顆粒的均勻共混物；

56、2.料筒直徑為12mm，料筒長度為241.3mm；

57、3.最大測試載荷為20kn；

58、4.溫度(料筒和?？?為130℃；

59、5.帶模縮小率(tape?die?reduction?ratio)為2.5；

60、6.柱塞速度為1mm/s；以及

61、7.測量法向力與柱塞位置的關(guān)系，并使用以下公式計(jì)算法向力與柱塞位置線的斜率；斜率計(jì)算公式：m＝(y2-y1)÷(x2-x1)；其中，m＝斜率，(x1,y1)＝力(n)與柱塞位置(mm)的線中第一點(diǎn)的坐標(biāo)，(x2,y2)＝力(n)與柱塞位置(mm)的線中第二點(diǎn)的坐標(biāo)；其中測試樣品能形成固體擠出物。

62、根據(jù)另一方面(“方面55”)，一種包含超高分子量聚乙烯顆粒(uhmwpe)的組合物，所述超高分子量聚乙烯(uhmwpe)顆粒具有在15kpa法向應(yīng)力下至少20％的百分比(％)壓縮性，所述百分比(％)壓縮性在22℃下使用粉末流變儀測量。

63、根據(jù)另一方面(“方面56”)，一種包含超高分子量聚乙烯(uhmwpe)顆粒的組合物，所述超高分子量聚乙烯(uhmwpe)顆粒具有至少3kpa的內(nèi)聚力，所述內(nèi)聚力在22℃下使用粉末流變儀測量。

64、根據(jù)另一方面(“方面57”)，一種包含超高分子量聚乙烯(uhmwpe)顆粒的組合物，所述超高分子量聚乙烯(uhmwpe)顆粒具有至少10kpa的無側(cè)限屈服應(yīng)力(unconfinedyield?stress，uys)，所述無側(cè)限屈服應(yīng)力在22℃下使用粉末流變儀測量。

65、根據(jù)另一方面(“方面58”)，一種包含超高分子量聚乙烯(uhmwpe)顆粒的組合物，所述超高分子量聚乙烯(uhmwpe)顆粒具有至少25°的內(nèi)摩擦角(aif)，所述內(nèi)摩擦角在22℃下使用粉末流變儀測量。

66、根據(jù)另一方面(“方面59”)，一種包含調(diào)節(jié)后超高分子量聚乙烯(uhmwpe)顆粒的組合物，其內(nèi)摩擦角(aif)相對于調(diào)節(jié)前的uhmwpe顆粒的變化百分比至少為50％，所述內(nèi)摩擦角在22℃下使用粉末流變儀測量。

67、根據(jù)另一方面(“方面60”)，一種包含調(diào)節(jié)后超高分子量聚乙烯(uhmwpe)顆粒的組合物，其基本流動(dòng)能(bfe)相對于調(diào)節(jié)前的uhmwpe顆粒的變化百分比為至少10％。

68、根據(jù)另一方面(“方面61”)，一種包含調(diào)節(jié)后超高分子量聚乙烯(uhmwpe)顆粒的組合物，其比能(se)相對于調(diào)節(jié)前uhmwpe顆粒的變化百分比為至少20％。

69、根據(jù)另一方面(“方面62”)，如權(quán)利要求54至60中任一項(xiàng)所述的組合物在粘結(jié)劑體系中的用途。

70、根據(jù)另一方面(“方面63”)，如權(quán)利要求54至60中任一項(xiàng)所述的組合物作為粘結(jié)劑用于形成陽極、陰極或其組合的用途。

71、根據(jù)另一方面(“方面64”)，一種復(fù)合粘結(jié)劑體系，其包含如權(quán)利要求54至60中任一項(xiàng)所述的組合物和填料顆粒。

72、根據(jù)方面64的另一方面(“方面65”)，其中所述復(fù)合粘結(jié)劑體系具有至少95重量％的填料顆粒。

73、根據(jù)另一方面(“方面66”)，一種電極，其包括填料顆粒和如權(quán)利要求54至60中任一項(xiàng)所述的組合物。

74、根據(jù)方面66的另一方面(“方面67”)，其包含至少95重量％的填料顆粒。