CN102255073A

CN102255073A - 一种增强锂离子电池正负极极片结构的新工艺

Info

Publication number: CN102255073A
Application number: CN2010105310006A
Authority: CN
Inventors: 耿世达
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2011-11-23

Abstract

本发明涉及一种增强锂离子电池正负极极片结构的新工艺，此发明工艺简单，可以有效的增强极片结构稳定度，防止电极活性物质粉化、剥离、粉体掉落，增加电池使用寿命，提高电池安全性能和稳定性。

Description

一种增强锂离子电池正负极极片结构的新工艺

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正负极极片的工艺，尤其涉及一种增强锂离子电池正负极极片结构的新工艺。

背景技术

锂离子电池是一种新型的化学电源，分别用两个能可逆地嵌入和脱出锂离子的化合物作为正负极而构成。当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌出来，在负极中嵌入；放电时锂离子从负极中脱嵌出来，在正极中嵌入。锂离子电池由于具有高能量密度、高电压、无污染，循环寿命高、无记忆效应等优点，广泛应用在笔记本电脑、手机和其他便携式电器中。

锂离子电池电芯由正极片、负极片、隔膜、电解液组成。

正极通常由活性物质(如钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂)与导电剂(如石墨、乙炔黑)以及粘合剂(如聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯)等混合均匀，搅拌成糊状，均匀的涂覆在铝箔的两侧，涂层厚度15-20um，在氮气流下干燥以除去有机物分散剂，然后用辊压机压制成型，再按要求剪切成规定尺寸的极片。

常见的锂离子电池负极主要有石墨、石油焦炭、中间相碳微球、聚合物的热解物、裂解碳、焦炭等。负极片的制作是将负极活性物质与粘合剂混合均匀，制成糊状，均匀涂覆在铜箔两侧，干燥，辊压，按要求剪切成规定尺寸。铜箔作为集流体，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对外输出；粘结剂将活性物质与集流体之间以及活性物质之间互相粘合在一起。

传统工艺存在一些问题，电极极片容易粉化、剥离，掉落，导致电池容量低，循环寿命减少，内阻增大。解决此类问题常用方法是增加粘结剂和导电剂用量，然而粘结剂和导电剂用量增大会引起电极内阻增大，电池容量减少，循环寿命减少，电池的安全性能也存在隐患。

公开号为CN1797817的发明专利提供一种锂离子电池正极片制造方法，该方法包括活性材料浆料制备工序和浆料涂布工序，其中正极活性材料浆料制备工序包括以下步骤：将明胶水溶液与正极活性物质粉粒混合；在混合物中加入导电炭黑，使导电炭黑均匀地分布于正极活性粉粒表面上；再加入辅助粘结剂，形成膏状浆料，所述辅助粘结剂用于协同明胶提高粘结力和极片的柔软性。

公开号为CN101174685A的发明专利提供了一种锂离子电池正极或负极极片及其涂布方法，包括如下步骤：先在箔材表面预涂一层导电胶薄层，在箔材表面形成一层具有良好的粘结力和导电性的结构紧密的导电胶薄层；在这层导电胶薄层上进行电极活性材料浆料的涂布，在合适的温度下进行烘干，制成所需极片。

发明内容

本发明正是为了克服传统工艺存在的问题，提出了一种增强锂离子电池正负极极片结构的新工艺，其步骤为：

1)在极片上涂布正电极活性物质或负电极活性物质，然后烘干；

2)用有网状凸起表面的滚轴，在5PSI-2000PSI压力之下，在做好的极片上两面压出沟槽，沟槽横向跟纵向距离为100nm-50um，沟槽宽度为100nm-50um，沟槽深度为100nm-50um，沟槽布满极片上；

3)然后用纳米喷雾表面涂层技术喷100nm-50um厚度的结构加强剂，喷雾涂层在极片上下表面及沟槽内，极片上形成完整、连接又互通的网状强化通道结构；

4)喷雾后的极片在200-650℃烘干10-600分钟。

在极片上涂布的正电极活性物质为磷酸铁锂、钛酸锂、钴酸锂及钴酸锂的改性物、镍酸锂及镍酸锂的改性物、锰酸锂及镍酸锂的改性物、镍钴锰酸锂三元材料、锰结核、纳米二氧化锰中的一种，粒度为3nm-25um。

在极片上涂布的负电极活性物质为人工石墨、天然石墨、改性石墨、石墨化碳纤维、石油焦、中间相碳微球、树脂碳、有机聚合物热解碳、炭黑、氮化物、锡基负极材料、纳米碳管石墨烯、富勒烯中的一种，粒度为3nm-25um。

所述结构加强剂的制作工艺为：将重量百分比10％-50％的喷雾载体、30％-50％结构加强剂之主材、20％-50％结构加强剂之添加剂在真空的混合机内混合10-600分钟生成。

所述结构加强剂之主材为纳米石墨、纳米碳管、石墨烯、富勒烯、纳米碳纤维、纳米炭黑、纳米乙炔黑、纳米钛白粉中的至少一种，粒度为3-500nm。

所述正极结构加强剂之添加剂为纳米金属锂、纳米铝、纳米锌、纳米银、纳米锰、纳米钴中的至少一种，粒度为3-500nm。

所述负极结构加强剂之添加剂为纳米金属铜、纳米银、纳米硅中的至少一种，粒度为3-500nm。

所述喷雾载体为纯水和六氟磷酸锂的混合物，其重量百分比为纯水80％-95％，六氟磷酸锂5％-20％。

此发明工艺简单，可以有效的增强正负极极片结构稳定度，防止电极活性物质粉化、剥离、粉体掉落，增加电池使用寿命，提高电池安全性能和稳定性。

附图说明

图1是电池极片的示意图。

1为极片；2为网状强化通道。

具体实施方式

实施例一：

1)分别在正极极片和负极极片上涂布正极活性物质磷酸铁锂和负极活性物质天然石墨，烘干，制成极片。

2)用有网状凸起表面的滚轴，在1000PSI压力之下，在做好的正极铝和负极铜极片上两面分别压出沟槽，沟槽横向跟正向距离10um，宽度10um，深度10um。沟槽布满正极极片上。

3)将30公斤粒度为200nm的纳米石墨粉与20公斤粒度为100nm的纳米金属锂混合，采用40公斤水和10公斤六氟磷酸锂的混合物作为喷雾载体，将石墨粉和金属锂的混合物喷涂在正极铝极片上下表面及沟槽内，正极极片上形成完整、连接又互通的网状强化通道结构。

将30公斤粒度为200nm的纳米碳管与20公斤粒度为100nm的纳米硅混合，采用40公斤水和10公斤六氟磷酸锂的混合物作为喷雾载体，将纳米碳管和纳米硅的混合物喷涂在负极铜极片上下表面及沟槽内，负极极片上形成完整、连接又互通的网状强化通道结构。

4)喷雾后的极片在500℃烘干100分钟。

实施例二：

1)分别在正极极片和负极极片上涂布正极活性物质钴酸锂和负极活性物质中间相碳微球，烘干，制成极片。

2)用有网状凸起表面的滚轴，在500PSI压力之下，在做好的正极铝和负极铜极片上两面分别压出沟槽，沟槽横向跟正向距离20um，宽度20um，深度20um，沟槽布满极片上。

3)将50公斤粒度为100nm的纳米碳管与30公斤粒度为300nm的纳米铝混合，采用16公斤水和4公斤六氟磷酸锂的混合物作为喷雾载体，将纳米碳管和纳米铝的混合物喷涂在正极铝极片上下表面及沟槽内，正极极片上形成完整、连接又互通的网状强化通道结构。

将50公斤粒度为100nm的纳米碳纤维与30公斤粒度为300nm的纳米铜混合，采用16公斤水和4公斤六氟磷酸锂的混合物作为喷雾载体，将纳米碳纤维和纳米铜的混合物喷涂在负极铜极片上下表面及沟槽内，负极极片上形成完整、连接又互通的网状强化通道结构。

4)喷雾后的极片在300℃烘干500分钟。

实施例二：

1)分别在正极极片和负极极片上涂布正极活性物质磷酸铁锂和负极活性物质中间相碳微球，烘干，制成极片。

2)用有网状凸起表面的滚轴，在500PSI压力之下，在做好的正极铝和负极铜极片上两面分别压出沟槽，沟槽横向跟正向距离20um，宽度10um，深度10um，沟槽布满极片上。

3)将30公斤粒度为100nm的纳米石墨粉与20公斤粒度为300nm的纳米铝混合，采用45公斤水和5公斤六氟磷酸锂的混合物作为喷雾载体，将纳米碳管和纳米铝的混合物喷涂在正极铝极片上下表面及沟槽内，正极极片上形成完整、连接又互通的网状强化通道结构。

将30公斤粒度为100nm的纳米碳管与20公斤粒度为300nm的纳米铜混合，采用45公斤水和5公斤六氟磷酸锂的混合物作为喷雾载体，将纳米碳纤维和纳米铜的混合物喷涂在负极铜极片上下表面及沟槽内，负极极片上形成完整、连接又互通的网状强化通道结构。

4)喷雾后的极片在500℃烘干300分钟。

Claims

1.一种增强锂离子电池正负极极片结构的新工艺，其步骤为：

4)喷雾后的极片在200-650℃烘干10-600分钟。

2.如权利要求1所述的一种增强锂离子电池正负极极片结构的新工艺，其特征在于：在极片上涂布的正电极活性物质为磷酸铁锂、钛酸锂、钴酸锂及钴酸锂的改性物、镍酸锂及镍酸锂的改性物、锰酸锂及镍酸锂的改性物、镍钴锰酸锂三元材料、锰结核、纳米二氧化锰中的一种，粒度为3nm-25um。

3.如权利要求1所述的一种增强锂离子电池正负极极片结构的新工艺，其特征在于：在极片上涂布的负电极活性物质为人工石墨、天然石墨、改性石墨、石墨化碳纤维、石油焦、中间相碳微球、树脂碳、有机聚合物热解碳、炭黑、氮化物、锡基负极材料、纳米碳管石墨烯、富勒烯中的一种，粒度为3nm-25um。

4.如权利要求1所述的一种增强锂离子电池正负极极片结构的新工艺，其特征在于：所述结构加强剂的制作工艺为：将重量百分比10％-50％的喷雾载体、30％-50％结构加强剂之主材、20％-50％结构加强剂之添加剂在真空的混合机内混合10-600分钟生成。

5.如权利要求4所述的一种增强锂离子电池正负极极片结构的新工艺，其特征在于：所述结构加强剂之主材为纳米石墨、纳米碳管、石墨烯、富勒烯、纳米碳纤维、纳米炭黑、纳米乙炔黑、纳米钛白粉中的至少一种，粒度为3-500nm。

6.如权利要求4所述的一种增强锂离子电池正负极极片结构的新工艺，其特征在于：所述正极结构加强剂之添加剂为纳米金属锂、纳米铝、纳米锌、纳米银、纳米锰、纳米钴中的至少一种，粒度为3-500nm。

7.如权利要求4所述的一种增强锂离子电池正负极极片结构的新工艺，其特征在于：所述负极结构加强剂之添加剂为纳米金属铜、纳米银、纳米硅中的至少一种，粒度为3-500nm。

8.如权利要求4所述的一种增强锂离子电池正负极极片结构的新工艺，其特征在于：所述喷雾载体为纯水和六氟磷酸锂的混合物，其重量百分比为纯水80％-95％，六氟磷酸锂5％-20％。