CN102074698B - 一种电极片的制作方法及电极片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电极片的制作方法，包括以下步骤：1）制作导电基体；2）在所述导电基体表面涂覆粘结剂溶液；3）在所述导电基体上涂覆活性物质；4）将所述导电基体辊压成电极片；所述步骤2）中通过超声波雾化方法将所述粘结剂溶液喷射在所述导电基体表面。本发明的电极片的制作方法制成的电极片即具有湿法工艺制作的电极片均匀、柔软的优点，也具有干法工艺制作的电极片低内阻性能的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电池的电极片，特别是涉及一种电极片的制作方法。
背景技术
近年来，无线电话机、汽车、数字处理机、便携式计算机、数码产品等设备对二次电池的市场需求迅速增长，在这种市场需求的推动下，促进了高容量、低自放电、长寿命、大功率和高安全性能二次电池的研发。特别是基于镍电极为正极的充电电池如镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等由于它们具有高容量、大功率、长寿命等特点而备受青睐，是当今二次电池重要的发展方向之一。
镉电池、镍氢电池、镍锌电池等碱性电池是由正极片、负极片和隔膜卷绕而成电芯装入钢壳中，再注入电解液装配而成。其中，正、负极片一般是通过将活性物质涂覆于导电基体上制得。现有技术中电极片（正极片、负极片）的制作方法有湿法工艺和干法工艺。
湿法工艺中，活性物质首先与粘结剂溶液制成粘稠状浆料，将该粘稠状浆料涂覆在导电基体上，后续再将导电基体通过高温烘烤，辊压制成电极片。湿法工艺中通过辅助的粘结剂溶液可使得活性物质与导电基体牢固粘结。湿法工艺活性物质以粘稠状的形式涂覆于导电基体上，能保证活性物质的均匀涂覆，且保证电极片制成后较柔软。但湿法工艺中制备粘稠状的浆料需要辅助大量粘结剂，导电基体烘干后，多余大量的粘结剂附着在导电基体上，导致制成的电池难以活化，且电池内阻较大，大电流发挥性能差。因此，湿法工艺制备的电极片的优点是比较柔软、均匀，但缺点是：制备的电极片制成的电池难以活化且电池内阻较大。
干法工艺中，粉末状的活性物质直接填充到导电基体表面，后续直接辊压制成电极片。干法工艺中，无需涂覆粘结剂以及烘烤工艺，因此电极片内部不含相应的粘结剂等成分，制成的电池的内阻小，大电流发挥性能好。但干法工艺制作的电极片比湿法的电极片脆，在电池卷绕过程中，电极片容易形成微裂纹以及掉粉现象。因此，干法工艺制备的电极片的优点是制备的电极片制成的电池内阻小，但缺点是：电极片不柔软，比较脆，导致制成的电池微短路现象严重，寿命短。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种电极片的制作方法，使得制作的电极片即具有湿法工艺制作的电极片均匀、柔软的优点，也具有干法工艺制作的电极片低内阻性能的优点。
本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
一种电极片的制作方法，包括以下步骤：1）制作导电基体；2）在所述导电基体表面涂覆粘结剂溶液；3）在所述导电基体上涂覆活性物质；4）将所述导电基体辊压成电极片；所述步骤2）中通过超声波雾化方法将所述粘结剂溶液喷射在所述导电基体表面。
优选的技术方案中，
所述粘结剂溶液中粘结剂在所述导电基体表面的附着量占所述电极片重量的0.005%--3%。
所述粘结剂溶液中粘结剂的质量分数为0.5%-30%。
所述粘结剂溶液中粘结剂成分包括亲水性粘结剂和憎水性粘结剂。
所述亲水性粘结剂为羧甲基纤维素钠、甲基纤维素钠或聚乙烯醇，所述憎水性粘结剂为聚四氟乙烯或丁苯橡胶。
所述导电基体为泡沫镍。
所述导电基体表面各处的厚度、面密度和空隙率一致。
本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决：
一种电极片，所述电极片为上述的电极片的制作方法制得。
本发明与现有技术对比的有益效果是：
本发明的电极片的制作方法，利用超声波雾化方法将粘结剂均匀喷射到导电基体表面，由于粘结剂均匀地涂覆在导电基体表面，粘结剂粘结活性物质，从而使得制成的电极片表面分布的活性物质均匀，保持了湿法工艺的均匀优点。另外，超声波雾化喷射粘结剂溶液，粘结剂微粒在0-20微米范围内，喷射至导电基体表面后为液状，液状的粘结剂也可起到润滑电极片的作用，使得制成的电极片也较柔软，卷绕时不宜形成微裂纹，减少制成的电池微短路现象。再者，由于超声波雾化喷射粘结剂，粘结剂在导电基体上的附着分量适宜，不会像传统湿法工艺那样有多余大量粘结剂附着在导电基体上，因此制成的电极片内阻小，保持了干法工艺的低内阻性能。采用本发明的制作方法，制得的电极片具有均匀、柔软、低内阻性能的优点，且表面光滑、无浮粉，极片卷绕时不断裂，降低了短路率，能提高电池装配的合格率和电池综合性能。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中电极片的制作方法的流程图；
图2是本发明具体实施方式中电极片与现有技术中干法工艺制得的电极片的电池容量测试结果图；
图3是本发明具体实施方式中电极片与现有技术中干法工艺制得的电极片的电池高倍率放电容量测试结果图；
图4是本发明具体实施方式中电极片与现有技术中干法工艺制得的电极片的电池在20℃下放置28天后的容量测试结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，为本具体实施方式中电极片的制作方法流程图，包括以下步骤：
1）制作导电基体。该导电基体为连续型泡沫镍。优选地，连续型泡沫镍表面各处的厚度、面密度和空隙率一致。
2）通过超声波雾化粘结剂溶液，将粘结剂溶液喷射到导电基体表面。
其中，粘结剂溶液中粘结剂的质量分数为0.5%-30%。
所选粘结剂溶液中的粘结剂成分包括亲水性粘结剂和憎水性粘结剂。这是因为，亲水性粘结剂具有良好的粘结作用，活性物质不会从导电基体上脱落。且亲水性粘结剂可促使电解液与活性物质充分接触，使导电基体润湿程度增加，因而电化学反应的有效表面积增加，可降低电极电流密度，从而减少电极内阻和极化，使得制成的电极片内阻小。而憎水性粘结剂耐碱性较好，可保证电极循环过程中粘结剂仍能具有粘结活性物质的能力，保证电极循环过程中活性物质也不脱落。且憎水性粘结剂有助于气体的传输，可降低电池充电过程中的压力。其中，亲水性粘结剂为羧甲基纤维素钠、甲基纤维素钠或聚乙烯醇，憎水性粘结剂为聚四氟乙烯或丁苯橡胶。优选地，亲水性粘结剂选择羧甲基纤维素钠，憎水性粘结剂选择聚四氟乙烯。电极片辊压时憎水性粘结剂聚四氟乙烯纤维化形成一个三维网状基体可容纳活性物质，同时亲水性粘结剂羧甲基纤维素钠中水分的蒸发使得导电基体的孔隙增大，使得制得的电极片的真实面积较大，可降低电极的浓差极化和欧姆极化，从而提高电极片的容量和大电流放电能力。此外，亲水性粘结剂羧甲基纤维素钠具有良好的粘结作用，可使活性物质不脱落，从而可提高电池循环寿命。
3）在导电基体上涂覆粉末状活性物质。
4）将经过步骤3）处理后的导电基体辊压成电极片。
上述方法制成的电极片中，当粘结剂的附着量占制成的电极片重量的0.005%--3%时，制成的电极片的电池性能发挥较好。这是因为，若粘结剂附着量多余3%时，粘结剂强度是足够了，但是由于导电性的粘合剂使用过多，电极的导电性降低了，同时粘结剂包围着活性物质使其充放电效率下降，电池活化变慢，而且增大电极内阻和极化，导致容量和大电流放电能力差。若粘结剂附着量少于0.005%时，粘结强度会降低，且随着充放电循环，活性物质会从电极上脱落导致容量下降，循环寿命变短，甚至导致电池短路。根据“粘结剂的附着量占制成的电极片重量的0.005%--3%”的要求，以及粘结剂溶液中粘结剂的质量分数即可确定需使用的粘结剂溶液的量。
本具体实施方式中的电极片制作方法简单，易于操作，适宜于电池的大批量生产。采用本具体实施方式制造的电极片，由于粘结剂均匀地涂覆在导电基体表面，粘结剂粘结活性物质，从而使得制成的电极片表面分布的活性物质均匀，保持了湿法工艺的均匀优点。另外，超声波雾化喷射粘结剂溶液，液状的粘结剂也可起到润滑电极片的作用，使得制成的电极片也较柔软，卷绕时不宜形成微裂纹，减少制成的电池微短路现象。再者，由于超声波雾化喷射粘结剂，粘结剂在导电基体上的附着分量适宜，不会像传统湿法工艺那样有多余大量粘结剂附着在导电基体上，因此制成的电极片内阻小，保持了干法工艺的低内阻性能。因此，通过本具体实施方式制造的电极片即具有湿法工艺制作的电极片均匀、柔软的优点，也具有干法工艺制作的电极片低内阻性能的优点。同时，本具体实施方式粘结剂的使用量也比现有技术中湿法工艺中的粘结剂的使用量降低10倍以上。
本具体实施方式中还提供一种电极片，即采用上述电极片的制作方法制得。
按照本具体实施方式中制作方法制得的电极片，相对于现有技术中干法工艺制得的电极片，装配成电池后电池的性能较好，例如电池容量较高、电池的循环使用寿命较长、电池的放电容量较高、电池在常温下放置一段时间后性能仍较稳定。如下通过实验组和对照组的性能测试进行比较说明。
实验组电池：采用本具体实施方式的制作方法制成电极片，由该电极片组装的电池。具体地，将规格为宽*厚=103mm*1.7mm连续型泡沫镍依次经过打印极耳位，超声波雾化喷射粘结剂溶液，粘结剂溶液中粘结剂成分包括聚四氟乙烯和羧甲基纤维素钠，粘结剂成分的质量分数为10%，总的粘结剂的附着量为制成的镍电极片重量的0.5%，涂覆活性物质，辊压压片，分切极片，称重分档后点焊极耳制得镍电极片（104mm*45mm*0.70mm，10.0g）作为正极片。将该正极片与隔膜、AB5型合金负极片（132mm*45mm*0.28mm）卷绕，注入2.5g由2Mol/L的 NaOH溶液+7Mol/L的 KOH溶液+0.6Mol/L LiOH溶液组成的电解液，点焊封口，制成镍氢电池。封口后的电池常温搁置后，经过化成及分容制成电池。该制成的电池为实验组。其中，电池化成为0.1C电流充电16h，0.5C电流放电84min，0.3C电流充电5h，0.5C电流放电至1.0v。电池分容方法为0.2C电流放电至1.0v，0.5C电流充电138min，0.5C电流放电至1.0v。
对照组电池：采用现有技术中干法工艺制成电极片，由该电极片组装的电池。具体地，将规格为宽*厚=103mm*1.7mm连续型泡沫镍依次经过打印极耳位，涂覆活性物质，辊压压片，分切极片，称重分档后点焊极耳制得镍电极片（104mm*45mm*0.70mm，10.0g）作为正极片。将该正极片经过与上述实验组制得的正极片一样的后续工序制成电池。该制成的电池为对照组。
测试上述实验组电池和对照组电池的电池容量（测试条件为：0.2C电流下充放电至放电终止电压Ve=1.0V，环境温度为20℃），得到测试曲线如图2所示。图2中，A1线表示实验组电池的容量测试曲线；B1线表示对照组电池的容量测试曲线。从图中可知，当同位于终止电压1.0V时，A1线对应的横坐标放电容量大于B1线对应的横坐标放电容量，因此可得到实验组电池的放电容量高于对照组电池的放电容量。
测试上述实验组电池和对照组电池的高倍率放电容量（测试条件为：3C电流下放电至放电终止电压Ve=1.0V，环境温度为20℃），得到测试曲线如图3所示。图3中，A3线表示实验组电池的高倍率放电容量测试曲线；B3线表示对照组电池的高倍率放电容量测试曲线。从图中可知，在高电流3C电流下，A3线对应的横坐标放电容量始终高于B3线对应的放电容量，因此可得到实验组电池的3C放电容量高于对照组电池的3C放电容量。
测试上述实验组电池和对照组电池在20℃下放置28天后的放电情形（测试条件为：0.2C电流下充放电至放电终止电压Ve=1.0V，环境温度为20℃），得到测试曲线如图4所示。图4中，A4线表示实验组电池在20℃下放置28天后放电测试曲线；B3线表示对照组电池在20℃下放置28天后放电测试曲线。从图中可知，20℃下放置28天后，相同放电条件下，A4线对应的横坐标放电容量仍然始终高于B4线对应的放电容量，因此可得到实验组电池在28天后的放电容量仍然高于对照组电池在28天后的放电容量。
测试上述实验组电池和对照组电池先经过0.2C充电电流充电5h后，在20℃下放置28天后的低压情况，得到测试结果如表1所示。表1中，测试10000支对照组电池的电压，有5支对照组电池出现低压情况（1.20V以下），而测试10000支实验组电池的电压，均无电池出现低压情况，可见实验组的低压比例低于对照组的。
测试上述实验组电池和对照组电池的循环寿命，测试条件为：环境温度为20±5℃，电池以0.2C电流放至1.0v后，以1）0.1C电流充电16h，再以0.2C电流放电2.5h（第一个循环）；2）0.25C电流充电190min，0.25C电流放电140min（第2-48个循环）；3）0.25C电流充电190min，以0.25C电流放电至1.0v（第49个循环）；4）0.1C电流充电16h，搁置1h，0.2C电流放电至1.0v（第50个循环）。重复步骤1）—4）。电池在完成50次循环后，允许开路搁置足够的时间，以便正好隔两周开始第51个循环。在上述循环过程中如果任一过程中的放电电压低于1.0v，则表示电池的循环寿命终止，放电可以停止。经过测试得到的结果如表2所示，表2中，实验组电池的循环寿命为541周，对照组电池的循环寿命为427周，即可知实验组电池的循环寿命性能好于对照组电池的循环寿命性能。
从上述图2-4以及表1-2的测试结果分析，可知本具体实施方式中制作方法制得的电极片，相对于现有技术中干法工艺制得的电极片，装配成电池后电池的性能较好。
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做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种电极片的制作方法，所述电极片为镍电极极片；其特征在于：包括以下步骤：1）制作导电基体；2）在所述导电基体表面涂覆粘结剂溶液；所述步骤2）中通过超声波雾化方法将所述粘结剂溶液喷射在所述导电基体表面；所述超声波雾化喷射粘结剂溶液时，粘结剂微粒在0-20微米范围内，喷射至导电基体表面后为液状；3）在所述导电基体上涂覆活性物质；4）将所述导电基体辊压成电极片。
2.根据权利要求1所述的电极片的制作方法，其特征在于：所述粘结剂溶液中粘结剂在所述导电基体表面的附着量占所述电极片重量的0.005%--3%。
3.根据权利要求1所述的电极片的制作方法，其特征在于：所述粘结剂溶液中粘结剂的质量分数为0.5%-30%。
4.根据权利要求1所述的电极片的制作方法，其特征在于：所述粘结剂溶液中粘结剂成分包括亲水性粘结剂和憎水性粘结剂。
5.根据权利要求4所述的电极片的制作方法，其特征在于：所述亲水性粘结剂为羧甲基纤维素钠、甲基纤维素钠或聚乙烯醇，所述憎水性粘结剂为聚四氟乙烯或丁苯橡胶。
6.根据权利要求1所述的电极片的制作方法，其特征在于：所述导电基体为泡沫镍。
7.根据权利要求1所述的电极片的制作方法，其特征在于：所述导电基体表面各处的厚度、面密度和空隙率一致。
8.一种电极片，其特征在于：所述电极片为根据权利要求1所述的电极片的制作方法制得。
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