一種鋰離子電池極片的製備方法
2023-09-18 11:09:30 1
專利名稱：一種鋰離子電池極片的製備方法
技術領域：
本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種使用泡沫金屬作為集流體的鋰離子電池極片的製備方法。
背景技術：
鋰離子電池是一種具有較高能量密度和良好環保性能的電池，其具有能量高、可靠性高、加工性好等優點，因而被廣泛應用於各類可攜式電子設備中。鋰離子電池內的電芯一般包括相互疊加卷繞的正極片、隔離膜和負極片，隔離膜間隔於相鄰的正、負極片之間以將兩種極片絕緣，同時用於保持電解液。正、負極片包括一般分別採用鋁箔和銅箔製作的正負極集流體和附著在正負極集流體上、含有正負極活性物質的正負極膜片。傳統的鋰離子電池電極製作一般是將活性物質漿料塗布在金屬箔做成的集流體表面，再經過乾燥，冷壓後製作成電極極片。但是，由於鋁箔和銅箔自身的特性，以其為正負極集流體製成的鋰離子電池，當塗布重量很重時，電極內部的導電性能變差，導致鋰離子電池在充放電時性能不理想。為了解決這個問題，專利CN 1921190A公開了一種金屬集流體，該集流體具有泡沫結構，可以改善塗布重量較大時的充放電問題。當採用泡沫集流體後，鋰離子電池集流體因為具有空間網狀的結構，使得電極的電子導電能力增強，改善了塗布重量很大時的鋰離子電池性能。泡沫集流體之所以可以改善塗布重量大時的鋰離子電池的充放電特性，一方面是因為空間的導電結構，另一方面是因為較大的空隙。其孔隙率一般為80%左右，而針對於如此大的孔隙率，傳統的鋰離子電池不能滿足泡沫集流體電極極片的製作，這主要是因為塗布工藝時漿料由於孔隙的存在不能停留在泡沫集流體內，導致無法完成極片製作這個關鍵步驟。有鑑於此，確有必要提供一種操作簡單的電極極片製作方法來滿足泡沫金屬作為集流體的鋰離子電池的製作要求，從而獲得具有良好的導電性能和循環性能的鋰離子電池，為鋰離子更為寬廣範圍的應用提供了保證。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的不足，而提供操作簡單的使用泡沫金屬作為集流體的鋰離子電池極片的製備方法，從而獲得具有良好的導電性能和循環性能的鋰離子電池，為鋰離子更為寬廣範圍的應用提供了保證。為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案一種鋰離子電池極片的製備方法，包括以下步驟步驟一，將活性物質、粘結劑、導電劑和溶劑按照一定比例進行混合，得到漿料；步驟二，根據尺寸要求將泡沫金屬剪裁成需要的尺寸，得到泡沫金屬集流體；步驟三，將所述泡沫金屬集流體放置在容器中，先在泡沫金屬集流體上預留極耳焊接位置，然後將所述漿料澆注或以粉末成型在所述泡沫金屬集流體上，使得漿料可以充滿泡沫金屬集流體內部和上下表面，得到溼極片；步驟四，在一定溫度下加熱所述容器，乾燥容器內的溼極片，製得乾燥極片；步驟五，將所述乾燥極片進行冷壓處理，然後焊接極耳，得到鋰離子電池極片。作為本發明鋰離子電池極片的製備方法的一種改進，所述泡沫金屬為泡沫鋁或泡沫銅。作為本發明鋰離子電池極片的製備方法的一種改進，所述泡沫金屬的孔隙率不小於60%，因為孔隙率太小會導致泡沫集流體網格線體積大，一是減少能量密度，二會導致膜片內部的集流體分布不夠均勻，影響導電性。作為本發明鋰離子電池極片的製備方法的一種改進，所述容器的高度大於或等於所述溼極片的厚度，否則漿料溢出，不能達到極片所需的厚度規格。作為本發明鋰離子電池極片的製備方法的一種改進，步驟四所述溫度不小於 35°C。乾燥溫度根據乾燥條件和溶劑類型而定，極片物質熔點越高，乾燥溫度可以越高，如低壓、低溫乾燥；丙酮類溶劑只需稍高於常溫即可乾燥。作為本發明鋰離子電池極片的製備方法的一種改進，所述容器的耐熱溫度為至少大於40°C，容器溫度要高於漿料乾燥溫度，保證容器不變形或者融化。作為本發明鋰離子電池極片的製備方法的一種改進，所述鋰離子電池極片為正極極片時，所述活性物質為鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰或鈷鎳錳酸鋰；所述鋰離子電池極片為負極極片時，所述活性物質為天然石墨、人造石墨、硬碳或軟碳。作為本發明鋰離子電池極片的製備方法的一種改進，所述導電劑為導電炭黑、超導炭黑或普通炭黑。作為本發明鋰離子電池極片的製備方法的一種改進，所述粘結劑為聚偏氟乙烯、 丁苯橡膠或羧甲基纖維素鈉。作為本發明鋰離子電池極片的製備方法的一種改進，所述溶劑為N-甲基吡咯烷酮或水。相對於現有技術，本發明採用漿料澆注的方法解決了傳統的塗布工藝在泡沫集流體表面塗布漏漿料的難題，並獲得了具有高能量密度和良好電性能的鋰離子電池。由於泡沫集流體具有大的孔隙率，其孔隙中可以填充漿料，從而大大減少了集流體在電池內部所佔的空間，而且可以有效地減少電池的層數，使得電池的能量密度明顯提高。本發明粉末成型是將陰陽極活性物質材料，導電粉末，膠，添加劑混合，放入攪拌機中攪拌均勻，完成後再放入破碎機中破碎製成粉料，通過注塑機將粉料注塑到含有集流體的膜腔中，製成極片。本發明直接粉末成型，沒有使用有機溶劑，大大降低了製作電池的成本，而且減少對環境的汙染。採用注塑機可也精密控制注塑量，提高了極片重量的一致性和均勻性。此外，傳統的極片是通過在集流體表面塗布漿料的方法來獲得，當塗布重量達到一定值後，若再增加塗布重量，由於漿料具有流動性，漿料會產生一定的流動，使得烘乾後的極片重量分布不均勻。而本發明採用漿料澆注或以粉末成型法製作極片，可以通過控制容器壁的高度一致性來控制漿料的厚度的均一性，使得極片各處的重量能均勻分布，這樣可以明顯改善電池容量的一致性，進而改善電池的一致性。當採用傳統的鋁箔或者銅箔作為集流體進行塗布時，同樣也可以採用本發明提供的漿料澆注或以粉末成型的方法來製作厚膜片。所以本發明同樣也解決了傳統鋰離子電池在製作厚膜片時重量分布不均勻的問題。圖例說明
圖1為本發明鋰離子電池在25°C時以IC充電IC放電時的循環曲線。圖2為本發明鋰離子電池在25°C時以IC倍率曲線。
具體實施例方式對比例(傳統工藝製作)正極極片製備將LiCo02(鈷酸鋰)、Super-P (超導碳黑)、PVDF (聚偏氟乙烯) 按照質量比例為95.0 2.5 2. 5加入NMP(N-甲基吡咯烷酮)混合且攪拌均勻得到具有一定流動性的漿料，塗覆在16um厚的金屬鋁箔的兩面，烘乾成具有一定柔軟度的正極極片。然後經過冷壓、分條，再將用0. 4mm厚的鋁片製成的正極極耳焊接接在鋁箔上製得正極極片。負極極片製備將石墨、Super-P (導電碳黑)、CMC(水基粘結劑，羧甲基纖維素)、 SBR(Styrene Butadiene Rubber，一種橡膠)按照質量比例為 95. 5 1. 5 1. 5 1.5 加入去離子水混合且攪拌均勻得到具有一定流動性的漿料，再將上述漿料塗覆在12um厚的金屬銅箔的兩面，烘乾成具有一定柔度的負極極片。然後經過冷壓、分條(即對經負極極片進行剪裁、切割成所需要大小的尺寸)，再將用0. 4mm厚的銅片製成的負極極耳焊接接在銅箔上後，製得負極極片。把製作好的正極極片，負極極片和隔離膜通過疊片或卷繞製成裸電芯，隔離膜可採用聚丙烯(PP)-聚乙烯(PE)-聚丙烯PP三層複合薄膜，然後將電池芯裝入電池包裝殼中，熱封裝後，向電池內注入電解液，以六氟磷酸鋰(LiPF6)為電解質鋰鹽，鹽濃度為1.0摩爾/升，以20%的碳酸乙烯酯，30%的碳酸甲乙酯和50%的碳酸二甲酯為溶劑，再經化成， 陳化等工藝製得成品電芯。表1對比例的電池容量測試結果
權利要求
1.一種鋰離子電池極片的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟一，將活性物質、粘結劑、導電劑和溶劑按照比例進行混合，得到漿料；步驟二，根據尺寸要求將泡沫金屬剪裁成需要的尺寸，得到泡沫金屬集流體；步驟三，將所述泡沫金屬集流體放置在容器中，先在泡沫金屬集流體上預留極耳焊接位置，然後將所述漿料澆注或以粉末成型的方式成型在所述泡沫金屬集流體上，得到溼極片；步驟四，加熱所述容器，乾燥容器內的溼極片，製得乾燥極片；步驟五，將所述乾燥極片進行冷壓處理，然後焊接極耳，得到鋰離子電池極片。
2.根據權利要求1所述的鋰離子電池極片的製備方法，其特徵在於所述泡沫金屬為泡沫鋁或泡沫銅。
3.根據權利要求2所述的鋰離子電池極片的製備方法，其特徵在於所述泡沫金屬的孔隙率大於等於60%。
4.根據權利要求1所述的鋰離子電池極片的製備方法，其特徵在於所述容器的高度大於或等於所述溼極片的厚度。
5.根據權利要求1所述的鋰離子電池極片的製備方法，其特徵在於步驟四所述溫度為大於等於35°C。
6.根據權利要求1所述的鋰離子電池極片的製備方法，其特徵在於所述容器的耐熱溫度為大於等於40°C。
7.根據權利要求1所述的鋰離子電池極片的製備方法，其特徵在於所述鋰離子電池極片為正極極片時，所述活性物質為鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰和鈷鎳錳酸鋰中的至少一種； 所述鋰離子電池極片為負極極片時，所述活性物質為天然石墨、人造石墨、硬碳和軟碳中的至少一種。
8.根據權利要求1所述的鋰離子電池極片的製備方法，其特徵在於所述導電劑為導電炭黑、超導炭黑和普通炭黑的至少一種。
9.根據權利要求1所述的鋰離子電池極片的製備方法，其特徵在於所述粘結劑為聚偏氟乙烯、丁苯橡膠和羧甲基纖維素鈉的至少一種。
10.根據權利要求1所述的鋰離子電池極片的製備方法，其特徵在於所述溶劑為 N-甲基吡咯烷酮、丙酮或水。
全文摘要
本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種使用泡沫金屬作為集流體的鋰離子電池極片的製備方法。本發明採用漿料澆注或以粉末成型的方法解決了傳統的塗布工藝在泡沫集流體表面塗布漏漿料的難題，並獲得了具有高能量密度和良好電性能的鋰離子電池。由於泡沫集流體具有大的孔隙率，其孔隙中可以填充漿料，從而大大減少了集流體在電池內部所佔的空間，而且可以有效地減少電池的層數，使得電池的能量密度明顯提高。
文檔編號H01M4/139GK102332561SQ20111028120
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月21日 優先權日2011年9月21日
發明者餘鵬, 吳凱, 周鐵剛, 李明, 梁家華, 王會勤, 陳杰 申請人:東莞新能源科技有限公司, 寧德新能源科技有限公司