CN101685856A - 锂离子电池极片及其电池以及锂离子电池极片制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池极片，包括集流体和极性材料涂覆层，该极性材料涂覆层涂覆于该集流体上，于所述集流体上形成空白带和涂覆带，在所述空白带与涂覆带交接处覆盖有绝缘涂布层。本发明还公开了该锂离子电池极片制造方法，包括极性材料涂覆工序，还包括在空白带与极性材料涂覆带交接处涂覆绝缘层的工序。本发明在锂离子电池极片集流体空白带和涂覆带交接处涂覆均匀致密的绝缘层，对该位置起到保护作用，从而保护了锂离子电池的安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池，具体地说，涉及一种锂离子电池极片的制造方法及用此方法制造的锂离子电池极片和具有该极片的锂离子电池。
背景技术
在锂离子电池中，为了使在充电过程中由正极材料释放的锂离子有足够的负极材料接收，在锂离子电池电极的头部或尾部都会预留部分未涂覆浆料的部分以保证上述条件的实现。
目前电极片的涂覆工艺主要有拉浆和涂布两种工艺。其中拉浆工艺主要是集流体由料槽中通过，再经过逗号形的刀口，使涂层能够均匀连续性地涂覆在集流体的表面，然后裁切为达到工艺要求长度的极片，将其多余位置的浆料刮除以达到所要求的形状；涂布工艺主要是通过背辊粘料的方法，同时采用间断式控制的方法实现一次性间断涂布并达到工艺的要求。由于拉浆工艺较为复杂，工作效率低，故目前主要采用第二种涂布工艺。在上述两种工艺制片后，在涂覆层与集流体交接的位置会存在拖尾或犬牙交错的情况。这样会造成锂离子由该位置脱嵌而到达对面的铜箔上从而形成短路。
目前对极片涂层头尾端的拖尾或犬牙交错位置主要是通过粘贴胶纸以起到保护的作用，但是集流体很薄，一般只有8-16μm，在集流体上采用机械方法粘贴胶纸，很容易产生褶皱；另外，一般情况下胶纸的厚度在30-50μm左右，这样的厚度不利于高容量电芯的制造，容易产生局部偏厚。
发明内容
本发明的一个目的是为了克服现有技术的不足，提供一种提高极片绝缘性能的锂离子电池极片制造方法。
本发明的另一个目的是提供依据上述方法制造的锂离子电池极片和具有该极片的锂离子电池。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种锂离子电池极片，包括集流体和极性材料涂覆层，该极性材料涂覆层涂覆于该集流体上，于所述集流体上形成空白带和涂覆带，在所述空白带与涂覆带交接处覆盖有绝缘涂布层。
一种锂离子电池，包括锂离子电池极片，所述锂离子电池极片包括集流体和极性材料涂覆层，该极性材料涂覆层涂覆于该集流体上，于所述集流体上形成空白带和涂覆带，在所述空白带与涂覆带交接处覆盖有绝缘涂布层。
一种锂离子电池极片制造方法，包括极性材料涂覆工序，其特征在于：还包括在空白带与极性材料涂覆带交接处涂覆绝缘层的工序。
本发明的技术问题通过以下技术方案进一步予以解决：
所述的所述绝缘涂布层为硅胶涂布层或丙烯酸甲酯涂布层。
所述绝缘涂布层厚度为10-30μm中的任一值。
所述绝缘层为硅胶或丙烯酸甲酯。
所述涂覆绝缘层工序依次包括制胶、涂覆和烘干的步骤。
所述制胶步骤包括：加入溶剂油进行溶解的过程和搅拌成熔融状胶体的过程。
所述溶剂油是丙酮、NMP和碳酸酯类中的至少一种。
所述加入溶剂油进行溶解的的过程中，温度控制为40℃-80℃。
所述绝缘层的厚度为10-30μm中的任一值。
本发明同现有技术相比较的有益效果是：
(1)在集流体空白带和涂覆带交接处涂覆均匀致密的绝缘层，提高了绝缘性能；
(2)绝缘层采用耐高温的硅胶涂布层，可以在集流体位置出现过热时，有效防止该位置产生短路。
(3)绝缘层薄，易于提高电池的容量。
附图说明
图1现有锂离子正极尾部涂覆SiO2涂层的SEM微观图像；
图2现有锂离子正极尾部涂覆PVDF涂层的SEM微观图像；
图3现有锂离子正极尾部贴三层隔膜纸的SEM微观图像；
图4现有锂离子正极尾部贴单层隔膜纸的的SEM微观图像；
图5是本发明具体实施方式锂离子正极尾部涂覆硅胶涂层的SEM微观图像；
图6是本发明具体实施方式锂离子正极尾部涂覆硅胶涂层的DSC测试示意图；
图7未涂覆本发明涂层的电池拆解示意图；
图8涂覆本发明具体实施方式硅胶涂层的电池拆解示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
本具体实施方式的锂离子电池包括锂离子电池极片，锂离子电池极片包括集流体和极性材料涂覆层，该极性材料涂覆层涂覆于该集流体上，于集流体上形成空白带和涂覆带，在空白带与涂覆带交接处覆盖有绝缘涂布层。绝缘涂布层为硅胶涂布层或丙烯酸甲酯涂布层。绝缘涂布层厚度为10-30μm中的任一值。
实施例1
工艺流程包括如下步骤：
步骤101：硅胶制胶。将硅胶溶解在溶剂油丙酮中，温度控制在60℃，硅胶在丙酮中溶解稀释；将硅胶和丙酮在高速搅拌器中进行搅拌使之形成熔融状态的胶体备用。
步骤102：胶体涂覆。采用常规涂胶设备或分段式涂布设备将胶体涂布在电极要求的位置上达到工艺的要求，可以控制厚度使其在20μm。
步骤103：烘干。将极片在烘箱或分段涂布设备的烘道中烘干形成致密无孔的薄膜涂层。
将本发明中实施例的薄膜涂层同目前常用的PVDF涂层、SiO2涂层、单层隔膜纸及三层隔膜纸由SEM、红外、DSC、透气性等方面进行对比：
(1)SEM微观图像对比：如图1至图5所示，SiO2涂层、PVDF涂层、三层隔膜纸及单层隔膜纸有明显的孔隙，可以使锂离子通过；而本发明的涂层较薄，涂层底部的正极材料可以透过薄膜明显显现出来，且该薄膜较为细致，微观状态下未发现明显的孔隙，可有效防止锂离子从其中穿梭，避免多余的正极材料释放的锂离子达到铜箔形成锂枝晶而造成短路。
(2)红外测试：通过红外测试可知，该薄膜涂层为硅胶。
(3)DSC测试：如图6所示，本发明涂层在300℃以前无明显热吸收峰，故该涂层具有较高的耐高温性能。
(4)透气性测试：将各种涂层由极片上剥离下来，按照ASTM D726Standard Test Method for Resistance of Nonporous Paper to Passage of Air(即：美国材料实验协会D726无孔纸气体通过阻力标准测试方法)进行透气性测试(因为SiO2涂层为无机矿物盐组分，无法形成机械性能较好的薄膜，无法由正极上剥离下来，所以未对SiO2涂层进行透气性测试)，测试数据如表1所示：
| 序号 | 物料名称 | 厚度(μm) | 透气性(秒) | 备注 |
| 1 | PVDF涂层 | 10 | 6.05 | |
| 2 | 单层隔膜纸 | 16 | 12.36 | |
| 3 | 三层隔膜纸 | 16 | 9.09 | |
| 4 | 硅胶涂层 | 20 | \ | 气体未通过 |
表1
由表1可以看出，采用20μm厚的硅胶的薄膜涂层可有效的防止气体通过，证明了该薄膜涂层致密无孔隙，可有效的阻止锂离子的通过。
将本发明实施例1的硅胶涂层涂覆于正极尾部的脱尾或犬牙交错的位置，同未涂覆的极片做成的电池经多次充放电后拆解，如图7、图8所示，对比负极铜箔位置，由图7中可明显看出，未经过涂覆电极的电池，其负极铜箔上存在白色的锂枝晶；由图8可明显看出，采用涂层电极的电池，其铜箔上未出现异常。所以该涂层可以起到有效的保护作用。
实施例2
将硅胶溶解在溶剂油NMP中，温度控制在40℃，硅胶在NMP中溶解稀释。将胶体涂布在电极要求的位置上，厚度为10μm。本实施例的硅胶薄膜涂层，(1)SEM微观状态下未发现明显的孔隙，可有效防止锂离子从其中穿梭。(2)涂层在300℃以前无明显热吸收峰，具有较高的耐高温性能。(3)透气性测试：将各种涂层由极片上剥离下来，按照ASTM D726 StandardTest Method for Resistance of Nonporous Paper to Passage of Air进行透气性测试，10μm厚的硅胶涂层可有效防止气体通过，证明了该薄膜可有效的阻止锂离子的通过。
实施例3
将硅胶溶解在溶剂油碳酸酯中，温度控制在80℃，硅胶在碳酸酯中溶解稀释；将胶体涂布在电极要求的位置上，厚度为30μm。本实施例的硅胶薄膜涂层，(1)SEM微观状态下未发现明显的孔隙，可有效防止锂离子从其中穿梭。(2)涂层在300℃以前无明显热吸收峰，具有较高的耐高温性能。(3)透气性测试：将各种涂层由极片上剥离下来，按照ASTM D726 StandardTest Method for Resistance of Nonporous Paper to Passage of Air进行透气性测试，30μm厚的硅胶涂层可有效防止气体通过，证明了该薄膜可有效的阻止锂离子的通过。
实施例4
将丙烯酸甲酯溶解在溶剂油丙酮中，温度控制在50℃。将丙烯酸甲酯涂布在电极要求的位置上，厚度为20μm，制得的极片。本实施例的丙烯酸甲酯薄膜涂层，(1)SEM微观状态下未发现明显的孔隙，可有效防止锂离子从其中穿梭。(2)涂层在300℃以前无明显热吸收峰，具有较高的耐高温性能。(3)透气性测试：将各种涂层由极片上剥离下来，按照ASTM D726Standard Test Method for Resistance of Nonporous Paper to Passage of Air进行透气性测试，20μm厚的丙烯酸甲酯涂层可有效防止气体通过，证明了该薄膜可有效的阻止锂离子的通过。
由以上实验结果对比，可以看出给硅胶薄膜涂层和丙烯酸甲酯薄膜涂层具有较好的热稳定性，并具有可以防止锂离子通过的能力，起到对电极涂布尾端存在的拖尾与犬牙交错的位置起到保护的作用，可起到保护整个锂离子电池安全的作用。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。例如，本发明的溶剂油即可使用丙酮、NMP和碳酸酯类中的任意一种，也可使用其中的一种以上混合使用。
Claims (13)
1.一种锂离子电池极片，包括集流体和极性材料涂覆层，该极性材料涂覆层涂覆于该集流体上，于所述集流体上形成空白带和涂覆带，其特征在于：在所述空白带与涂覆带交接处覆盖有绝缘涂布层。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池极片，其特征在于：所述绝缘涂布层为硅胶涂布层或丙烯酸甲酯涂布层。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池极片，其特征在于：所述绝缘涂布层厚度为10-30μm中的任一值。
4.一种锂离子电池，包括锂离子电池极片，所述锂离子电池极片包括集流体和极性材料涂覆层，该极性材料涂覆层涂覆于该集流体上，于所述集流体上形成空白带和涂覆带，其特征在于：在所述空白带与涂覆带交接处覆盖有绝缘涂布层。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于：所述绝缘涂布层为硅胶涂布层或丙烯酸甲酯涂布层。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池极片，其特征在于：所述绝缘涂布层厚度为10-30μm中的任一值。
7.一种锂离子电池极片制造方法，包括极性材料涂覆工序，其特征在于：还包括在空白带与极性材料涂覆带交接处涂覆绝缘层的工序。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池极片制造方法，其特征在于：所述绝缘层采用硅胶或丙烯酸甲酯。
9.根据权利要求7所述的锂离子电池极片制造方法，其特征在于：所述涂覆绝缘层工序依次包括制胶、涂覆和烘干的步骤。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池极片制造方法，其特征在于：所述制胶步骤包括：加入溶剂油进行溶解的过程和搅拌成熔融状胶体的过程。
11.根据权利要求10所述的锂离子电池极片制造方法，其特征在于：所述溶剂油是丙酮、NMP和碳酸酯类中的至少一种。
12.根据权利要求10所述的锂离子电池极片制造方法，其特征在于：所述加入溶剂油进行溶解的的过程中，温度控制为40℃-80℃。
13.根据权利要求7至12中任意一项所述的锂离子电池极片制造方法，其特征在于：所述绝缘层的厚度为10-30μm中的任一值。
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