CN102013528A - 一种改进锂离子电池制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种改进锂离子电池制造工艺，由正极集流体铝薄→裁片→涂布正极材料如：镍酸锂、磷酸铁锂、锂钒氧化物、锂钴氧化物、锂锰氧化物，粘接剂导电剂按比例混合搅拌均匀后涂布在铝箔集流体的两面，为正极极片，负极集流体铜薄→裁片→涂布负极材料如：天然石墨、人造石墨或焦炭的一种，粘接剂聚偏氟乙烯和NMP-甲基吡咯烷酮，去离子水按比例搅拌均匀，涂布在铜箔集流体的两面，为负极极片，上述工序完成之后置真空容器内加热干燥；干燥工序完成之后将隔膜材料分隔于正极、负极材料之间交错层叠装配，装配工序完成之后，灌注电解液→化成，排出气体→密封排气口→分容测试参数，由于采用真空干燥箱内干燥，可以克服制作的正、负极外干内湿和表面皲裂等质量问题。

Description

一种改进锂离子电池制造工艺

技术领域

本发明涉及一种制造锂离子电池的方法，特别是改进锂离子电池制造工艺，该方法包括制造负极、正极，并且将隔膜材料置负极和正极之间层叠装配锂离子电池，所述的工艺包括以下步骤：

正极集流体铝薄→裁片→涂布正极材料如：镍酸锂(LiNiO₂)、磷酸铁锂LiFePO₄、锂钒氧化物(VOPO₄、LiVO₂)、锂钴氧化物、锂锰氧化物，粘接剂导电剂按比例混合搅拌均匀后涂布在铝箔集流体的两面，为正极极片。

负极集流体铜薄→裁片→涂布负极材料如：天然石墨、人造石墨或焦炭的一种，粘接剂PTFE或CMC，去离子水按比例搅拌均匀，涂布在铜箔集流体的两面，为负极极片。

上述工序完成之后将隔膜材料分隔于正极、负极材料之间交错层叠装配。

上述工序完成之后完成之后，灌注电解液→化成，排出气体→密封排气口→分容测试参数，得到本发明改进工艺制造的锂电池。

背景技术

锂电池正、负材料涂层厚度通常为12微米，压实后8微米，极片浆料涂布是制造锂电池正、负极关键之一，正、负极浆料为非牛顿型高粘度流体；涂布载体为厚度10～20um的铝箔集流体或铜箔集流体，铝箔、铜箔太薄不能承受涂布机的拉卷和放卷工艺的抗拉拉力，太厚会增加体积、增加重量，降低比能量，还会增加成本。

现有制造锂电池的锂电池正、负极存在如下技术难题：

(1)为了锂电池正、负极的活性物质的涂膜不会从集流体上脱开，不会产生裂痕，必须增加粘着牢度，增加粘着牢度是通过改进粘合剂和增加粘合剂的途径来实现，增加粘合剂会造成体积占用，粘合剂愈多，正、负极的活性物质就愈少，不仅减少了电池的比能量，还会因为非导电物质增加而内阻增加，损失电池的性能，但是，粘合剂偏少又会引起涂布工艺掉浆，涂层松脱，造成废品率增加。

(2)现有的工艺是：第一面涂布→干燥→收卷→第二面涂布→干燥→收卷→研压→收卷→分条切开→收卷→分段切开→卷绕电池芯，该过程四次收卷、放卷工序，由于锂电池正、负极的活性物质的涂膜层并非柔性体，经过四次收卷、放卷工序必然导致锂电池正、负极的活性物质的涂膜层裂纹和破坏与极流体表面粘着牢度，造成松脱和间隙的形成，无论是正、负极的活性物质的涂膜层裂纹或是破坏与极流体表面粘着牢度，造成了松脱和间隙，都会形成电池内阻的变化，必然导致电流不均而温度不均，造成过高温度区，引起正、负极的活性物质与集流体松脱，进一步引起内阻加大。

锂离子电池的内阻与集流体质量特性有着相当大的关系，锂离子电池集流体的主要材料是金属箔(如铜箔、铝箔)，其功用是将电池活性物质产生的电流汇集起来，以便形成较大的电流输出，因此集流体应与活性物质充分接触，要求内阻应尽可能小。

锂电池负极的活性物质的涂布工艺要求铜箔具有良好的导电性、柔韧性，耐卷绕和辗压，铜箔在锂离子电池中既是负极活性材料的载体，又是负极电子的收集与传导体，即必须具有良好的导电性，良好的可附着负极的活性物质，负极的活性物质涂层的粘结强度足够高，达到避免充放电循环过程中负极活性物质的粉化脱落，防止充放电发热膨胀收缩造成附着负极的活性物质剥离基片，涂层剥离必将导致电池内阻抗不断增大，循环容量下降加剧。

现有涂布工艺制造锂电池的锂电池正、负极极片技术难题还表现在集流体材质本身的高品质特殊要求，如：

负极的活性物质的涂布工艺质量与铜箔的耐折性有着十分密切关系，不同类型的锂离子电池对铜箔耐折性能的要求也不同，卷绕工艺制造锂电池要求铜箔具有更好的耐折性能，耐折性能差的铜箔可能在卷绕工艺中折叠环节中发生裂纹甚至断裂，裂纹将影响活性物质的密度均匀性，也将产生内阻变化，电解铜铜箔与压延铜铜箔的耐折性能具有显著差异，但是压延铜铜箔的价格昂贵会显著增加成本。

负极的活性物质的涂布工艺质量与铜箔的抗拉强度及延伸率有着十分密切关系，铜箔必须具有足够的抗拉强度及延伸率，否则，在对涂布有负极活性物质的极片进行滚动研压压平的过程中，铜箔与活性物质间的接触性能会变差，使负极极片的尺寸稳定性和平整性变差，延伸率太大造成负极的活性物质附着原位位移，负极的活性物质附着原位位移，将影响负极制作的成品率、电池容量、内阻和循环寿命等，延伸率太小导致拉断、拉出裂纹，铜箔的抗拉强度及延伸率同样也是十分不易控制的材料性能。

正极、负极的活性物质的涂布工艺采用普通热风对流干燥法或烘缸热传导干燥法干燥，干燥效率低，溶剂挥发量大，造成成本增加环境污染严重，由于表面受热传热，干燥后的涂层常有发生外干内湿或表面皲裂等质量问题，表面皲裂也将产生内阻增大。

正极、负极极片的制造工艺采用相同的涂布工艺，负极的活性物质的涂布工艺的缺陷在正极极片制造同时存在。

如何克服表面皲裂、如何改善粘着牢度，如何避免正、负极的活性物质的涂膜层裂纹、松脱和间隙，如何减少粘接剂的用量，降低内阻，提高正极、负极的活性物质密度，从而提高锂电池比能量和提高锂电池性能，是提高锂离子电池性能质量的重要任务。

发明内容

本发明提供一种改进锂离子电池制造工艺，由包括以下步骤：

①正极集流体铝薄→裁片→涂布正极材料如：镍酸锂(LiNiO₂)、磷酸铁锂LiFePO₄、锂钒氧化物(VOPO₄、LiVO₂)、锂钴氧化物、锂锰氧化物，粘接剂导电剂按比例混合搅拌均匀后涂布在铝箔集流体的两面，为正极极片；

②负极集流体铜薄→裁片→涂布负极材料如：天然石墨、人造石墨或焦炭的一种，粘接剂PVDF或HSV，去离子水按比例搅拌均匀，填注在铜箔集流体的两面，为负极极片；

③将上述工序完成之后进入真空干燥箱真空箱内加热干燥；

④上述工序完成之后将隔膜材料分隔于正极、负极材料之间交错层叠压紧装配。

⑤上述工序完成之后完成之后，灌注电解液→化成，排出气体→密封排气口；

⑥分容测试参数，得到本发明改进工艺制造的锂电池。

所述的裁片：是将集流体材料，裁制成电池芯的尺寸；

所述的涂布：是将正极材料，如：镍酸锂(LiNiO₂)、磷酸铁锂LiFePO₄、锂钒氧化物(VOPO₄、LiVO₂)、锂钴氧化物、锂锰氧化物，粘接剂导电剂按比例混合搅拌均匀后填注在铝箔集流体的两面，为正极极片；

将负极材料，如：天然石墨、人造石墨或焦炭、或钛酸锂的一种，粘接剂PVDF或HSV，去离子水按比例搅拌均匀，涂布在铜箔集流体的两面，为负极极片；

上述工艺无须卷绕，避免了因卷绕造成的涂膜层裂纹、松脱和间隙，由于无须卷绕对涂膜层粘合剂的使用量，粘着强度要求大为降低，降低粘合剂的使用量，还可以减少溶剂NMP-甲基吡咯烷酮的使用量；

所述的真空箱内加热干燥：是由于采用集流体材料先裁片后涂布，集流体材料铜薄或铝薄，裁至电池芯尺寸再涂布，即可进入真空干燥箱内干燥，而现有的工艺是长卷涂布，长卷涂布是无法在真空干燥箱内干燥的，真空箱内加热干燥可以避免普通热风对流干燥法或烘缸热传导干燥法干燥效率低，溶剂挥发量大，造成成本增加环境污染严重，由于热风对流干燥法或烘缸热传导干燥法都是表面受热传热，干燥后的涂层常有发生外干内湿或表面皲裂等质量问题。

本发明的积极意义：通过真空干燥箱内干燥，可以克服制作的正、负极外干内湿和表面皲裂等质量问题，在负压容器内约束的条件下加热蒸发，可以充分的回收溶剂NMP-甲基吡咯烷酮，既节省成本，又减轻了环境污染，NMP-甲基吡咯烷酮挥发性、渗透性极强，易燃易爆，在负压容器内约束的条件下加热蒸发易回收，可以提高劳动生产安全性。

裁片后涂布是小范围涂布，正极、负极活性物质浆料涂层比长卷料放卷收卷涂布工艺更稳定，可以提高正极、负极浆料在集流体表面附着的密度均匀性，由于无须放卷收卷，从而克服由于正极、负极涂布膜层在四个收卷放卷工序中裂纹、松脱，造成间隙使内阻增大。

无须收卷放卷的拉与抗拉的动力操作，也就无须考虑铝箔、铜箔材料的抗拉强度及延伸率，降低铝箔、铜箔材料的苛刻要求可以降低成本。

实现上述目的的技术方案：

一种改进锂离子电池制造工艺包括下列步骤：

第一步：将锂钴氧化物、锂锰氧化物，导电剂：乙炔黑、导电碳黑、导电石墨，粘接剂，PVDF或HSV，NMP-甲基吡咯烷酮按比例混合后搅拌均匀，为正极材料备用；

第二步：将天然石墨、人造石墨或焦炭、钛酸锂的一种，粘接剂PDVF或HSV，NMP-甲基吡咯烷酮、去离子水按比例搅拌均匀，为负极材料备用；

第三步：将铝箔集流体裁片；

第四步：将裁片的铝箔集流体置于夹具上；

第五步：将正极材料涂布于铝箔集流体的两面；

第六步：将涂布正极材料极片置真空容器，同步加热，加热温度80～120℃，液体蒸发，正极材料干燥；第七步：从真空容器中取出，即锂离子电池正极极片；

第八步：将裁片的铜箔集流体置于夹具上；

第九步：将负极材料涂布于铜箔集流体的两面；

第十步：将涂布负极材料极片置真空容器，同步加热，加热温度120～180℃，液体蒸发，负极材料干燥；

第十一步：从真空容器中取出，即锂离子电池负极极片；

第十二步：将隔膜材料分隔于正极、负极材料之间交错层叠装配；

第十三步：封装于电池芯包装中，留出极耳密封；

第十四步：灌注；由电解质盐LiPF₆(六氟磷酸盐)和非水溶剂EC(二甲基碳酸酯)、DEC(碳酸乙烯酯)和DMC(碳酸二烯酯)按比例组成的非水性商品电解液；

第十五步：化成，排出气体；

第十六步：密封排气口；

第十七步：测试参数，得到本发明制造的锂离子电池。

所述的隔膜材料为：聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜或由二(甲基)丙烯酸聚乙二醇酯、多官能环氧乙烷、醋酸乙烯酯、氮双异丁晴、三乙胺、LiPF₆(六氟磷酸盐)碳酸亚乙酯按比例制成的聚合物电解质材料，由于采用非卷绕的层叠装工艺，无须考虑薄膜材料抗拉强度，还可以采用中国传统材料宣纸。

具体实施例

正极按以下方法制作：

第A1步：取89wt％锂钴氧化物(LiCoO₂)，4wt％乙炔黑导电物质，2wt％聚偏氟乙烯(PVDF)作粘接剂，5wt％NMP-甲基吡咯烷酮作溶剂，混合，搅拌均匀备用；

第A2步：将铝箔集流体裁片；

第A3步：第A1步制作的正极材料涂布于铝箔集流体的两面；

第A4步：将第A3步制作的材料置真空容器继续抽负压，同步加热，加热温度范围80～120℃，优选加热温度90～100℃，液体蒸发，正极材料干燥；

第A5步：将第A4步制作的极片从真空容器中取出，即锂离子电池正极极片；

负极按以下方法制作：

第B1步：取92wt％的天然石墨微粉，6wt％的聚偏氟乙烯粘合剂，2wt％NMP-甲基吡咯烷酮作溶剂，混合，搅拌均匀备用；

第B2步：将铜箔集流体裁片；

第B3步：将第A1步制作的负极材料涂布于铜箔集流体的两面；

第B4步：将第A3步制作的材料置真空容器继续抽负压，同步加热，加热温度范围80～120℃，优选加热温度90～100℃，液体蒸发，负极材料干燥；

第B5步：将第A4步制作的极片从真空容器中取出，即锂离子电池正极极片；

电池装配

第C1步：将隔膜分隔于正极、负极之间交错层叠装配；

第C2步：焊接正极极耳、负极极耳；

第C3步：封装于电池芯包装内；

第C4步：灌注；由电解质盐LiPF₆(六氟磷酸盐)和非水溶剂EC(二甲基碳酸酯)、DEC(碳酸乙烯酯)和DMC(碳酸二烯酯)按比例组成的非水性商品电解液；

第C5步：化成，排出气体；

第C6步：密封排气口；

第C7步：测试参数，得到本发明填注凝固法制造的锂电池。

Claims (2)

1.一种改进锂离子电池制造工艺由下列步骤组成：

正极按以下方法制作：

第A1步：取89wt％锂钴氧化物(LiCoO₂)，4wt％乙炔黑导电物质，2wt％聚偏氟乙烯(PVDF)作粘接剂，5wt％NMP-甲基吡咯烷酮作溶剂，混合，搅拌均匀备用；

第A2步：将铝箔集流体裁片；

第A3步：第A1步制作的正极材料涂布于铝箔集流体的两面；

第A4步：将第A3步制作的材料置真空容器继续抽负压，同步加热，加热温度范围80～120℃，优选加热温度90～100℃，液体蒸发，正极材料干燥；

第A5步：将第A4步制作的极片从真空容器中取出，即锂离子电池正极极片；

负极按以下方法制作：

第B1步：取92wt％的天然石墨微粉，6wt％的聚偏氟乙烯粘合剂，2wt％NMP-甲基吡咯烷酮作溶剂，混合，搅拌均匀备用；

第B2步：将铜箔集流体裁片；

第B3步：将第A1步制作的负极材料涂布于铜箔集流体的两面；

第B4步：将第A3步制作的材料置真空容器继续抽负压，同步加热，加热温度范围80～120℃，优选加热温度90～100℃，液体蒸发，负极材料干燥；

第B5步：将第A4步制作的极片从真空容器中取出，即锂离子电池正极极片；

电池装配：

第C1步：将隔膜分隔于正极、负极之间交错层叠装配；

第C2步：焊接正极极耳、负极极耳；

第C3步：封装于电池芯包装内；

第C4步：灌注；由电解质盐LiPF6(六氟磷酸盐)和非水溶剂EC(二甲基碳酸酯)、DEC(碳酸乙烯酯)和DMC(碳酸二烯酯)按比例组成的非水性商品电解液；

第C5步：化成，排出气体；

第C6步：密封排气口；

第C7步：测试参数，得到本发明填注凝固法制造的锂电池。

2.按权利要求1所述的一种改进锂离子电池制造工艺，其特征还在于：

负极按以下方法制作：

第B1步：取92wt％的钛酸锂，3wt％的Super-P，3wt％的聚偏氟乙烯粘合剂，2wt％NMP-甲基吡咯烷酮作溶剂，混合，搅拌均匀备用；

第B2步：将铜箔集流体裁片；

第B3步：将第A1步制作的负极材料涂布于铜箔集流体的两面；

第B4步：将第A3步制作的材料置真空容器继续抽负压，同步加热，加热温度范围80～120℃，优选加热温度90～100℃，液体蒸发，负极材料干燥；

第B5步：将第A4步制作的极片从真空容器中取出，即锂离子电池正极极片。