CN102299341A - 表面凹凸处理金属箔锂离子电池用极板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种表面凹凸处理金属箔锂离子电池用极板及其制造方法，该电池极板包括阳极极板或阴极极板，它是由金属箔和涂覆在金属箔上下表面的涂覆材料层构成，所述的金属箔包括两侧平整光滑区A和A′，中间不规则凹凸加工处理区B；所述的凹凸加工处理区B设置在金属箔上下表面沿中心线H两侧的中间区域；本发明结构简单合理，使用寿命长，能够增大金属箔与涂覆材料的接触面积，涂覆材料的附着力强、不易脱落，能够减少活性物质中粘合剂含量大引起的能量密度的减少。

Description

表面凹凸处理金属箔锂离子电池用极板及其制造方法

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池制造领域，具体的说是一种表面凹凸处理金属箔锂离子电池用极板及其制造方法。

背景技术

随着科技的进步和社会的发展，21世纪已经进入了电子信息时代，电子信息时代对于电源提出了更高的要求，移动电源的需求快速增长。锂离子电池作为目前世界上最为理想和技术含量最高的可充电化学电池，由于锂离子电池具有高电压、高容量、循环寿命长、安全性能好的优点，使其在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有广阔的应用前景，被广泛的应用于手机、手提电脑、摄像机、电动自行车、航天航空、军事移动通信工具和设备以及电动汽车等领域，其需求量将越来越大。

所谓锂离子电池是指分别用两个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。

二次电池（Secondary Battery）跟不能充电的一次电池不同，指的是可以充电及放电的电池，在手机、笔记本电脑、摄像机等高新电子机器领域使用广泛。特别是锂离子二次电池的工作电压是3.6V，所以比起多数用在电子装备电源上的镍镉电池或镍氢电池高3倍，在每单位重量能量密度高的侧面上，是急速伸长的趋势，特别是作为高油价时代的下一代能量源，安装使用在电子机动车上，锂离子二次电池有多种形状，代表形状有圆筒形、矩形和铝袋形。

上述形状中不管是哪一类形状，二次电池都是以可以发电的极板组装体为组件，其极板组装体是以互相不同的极板和两种极板之间介入的隔离膜组成。

电池极板是构成锂离子电池的重要组成部分，它包括阳极板和阴极板，其结构是通过在金属箔的两面涂覆(Coating)活性物质，然后再经分切和压延等工序构成，目前市场上阳极板和阴极板常用的金属箔是铝箔和铜箔，由于金属箔的表面非常的光滑平整，所以被涂覆(Coating)在铝箔或铜箔上的活性物质附着力小，易于脱落，从而导致充放电时涂覆(Coating)压延的极板从箔上掉落，增加接触电阻和造成循环特性和使用寿命的降低。

为了避免涂覆材料的脱落通常的办法是在涂覆材料中增加粘合剂的量，这样就会起到能量密度会减少，影响锂离子二次电池的性能。

目前市场上也出现了表面经过凹凸处理了的金属箔，金属箔整体凹凸处理后拉伸强度会减弱；在金属箔上涂覆活性物质时，放卷器上放卷的金属箔会受到涂覆设备（Coater）上一定张力的作用，从金属箔的两边部位往张力垂直方向会发生开裂（Crack）。特别是在制造铝袋形电池(Aluminum Pouch Type)时，很多张的极板会用极耳焊接(Tab Welding)处理，但是因为箔面凹凸，会有 焊接(Welding)面掉落的缺点。

此外，凹凸处理区域和未凹凸处理区域明显区分的金属箔进行活性物质涂覆(Coating)的极板，在压延过程中，涂覆(Coating)部位和未涂覆(Coating)部位同时压延时，会因为涂覆(Coating)部位和未涂覆(Coating)部位的厚度偏差，导致极板产生褶皱，因而极板会开裂（Crack）。

发明内容

本发明的目的是要提供一种结构简单合理，能够增大金属箔与涂覆(Coating)材料的接触面积，涂覆(Coating)材料的附着力强、不易脱落，能够减少活性物质中粘合剂含量大引起的能量密度的减少，锂离子电池使用寿命长的表面凹凸处理金属箔锂离子电池用极板及其制造方法。

本发明的目的是这样实现的，该电池极板包括阳极极板或阴极极板，它是由金属箔和涂覆在金属箔上下表面的涂覆材料层构成，所述的金属箔包括两侧平整光滑区A和A′，中间不规则凹凸加工处理区B。

所述的凹凸加工处理区B设置在金属箔上下表面沿中心线H两侧的中间区域。

所述的凹凸加工处理区B上的凹槽和凸起点的密度分布是沿金属箔中心线H向两侧平整光滑区A和A′由密向疏渐变布置，距离中心线H近的区域凹槽和凸起点的密度大，距离两侧平整光滑区A和A′区域凹槽和凸起点的密度小。

所述的凹凸加工处理区B上的凹槽和凸起点的密度分布是沿金属箔中心线H向两侧平整光滑区A和A′由密向疏分段渐变布置，距离中心线H近区域段的凹槽和凸起点的密度大，距离两侧平整光滑区A和A′近区域段凹槽和凸起点的密度小。

本发明具有以下优点和积极效果：

1、本发明由于将锂离子二次电池阳极板和阴极板常用的金属箔（铝箔和铜箔）的涂覆(Coating)区域加工成带有不规则凹槽和凸起点的区域，扩大了金属箔与涂覆(Coating)材料的接触面积，增大了涂覆(Coating)材料的附着力强、避免了加工过程中的脱落现象发生。

2、本发明由于采用上述结构，增加涂覆(Coating)材料的接触面积，增大了涂覆材料的附着力，所以能够减少活性物质中粘合剂的含量，由其引起能量密度的增加，因使用此极板，提高了 锂离子电池的使用寿命。

3、本发明由于将金属箔表面经过凹凸处理的区域设置在中间部位，避免了金属箔整体凹凸处理后拉伸强度会减弱的现象的发生，同时在加工时放卷器上放卷的金属箔受到涂覆(Coating)设备（Coater）一定张力的作用下，也不会在金属箔的两边部位发生开裂（Crack）。

4、本发明由于将金属箔表面经过凹凸处理的区域上的凹槽和凸起点的密度分布采用由内向外由密向疏渐变布置的方式，所以避免了凹凸处理区域和未经凹凸处理区域在压延过程中、涂覆(Coating)部位和未涂覆(Coating)部位同时压延时，由于涂覆(Coating)部位和未涂覆(Coating)部位的厚度偏差导致的极板产生褶皱和极板开裂（Crack）想象。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明图1中A-A剖面图。

图3是本发明图2中C处局部放大结构示意图。

图4是本发明金属箔上凹凸加工处理区上的凹槽和凸起点的密度连续渐变分布设置结构示意图。

图5是本发明金属箔上凹凸加工处理区上的凹槽和凸起点的密度分段渐变分布设置结构示意图。

图6是本发明与现有技术对比电池功率特性优化曲线图。

图7是本发明与现有技术对比电池充放电周期容量变化率示意图。

图8是本发明与现有技术对比电池电阻的周期变化率意图。

具体实施方式

由附图1、2、3所示：该电池极板包括金属箔1、涂覆(Coating)在金属箔1上下表面的涂覆材料层2（活性物质浆料层），所述的金属箔1包括两侧平整光滑区A和A′，中间不规则凹凸加工处理区B。

所述的凹凸加工处理区B设置在金属箔1上下表面沿图1中的中心线H两侧的中间区域。

由附图4所示：所述的凹凸加工处理区B上的凹槽和凸起点的密度分布是沿金属箔1中心线H向两侧平整光滑区A和A′由密向疏连续渐变布置，距离中心线H近的区域凹槽和凸起点的密度大，距离两侧平整光滑区A和A′区域凹槽和凸起点的密度小。

由附图5所示：所述的凹凸加工处理区B上的凹槽和凸起点的密度分布是沿金属箔1中心线H向两侧平整光滑区A和A′由密向疏分段渐变布置，距离中心线H近区域段的凹槽和凸起点的密度大，距离两侧平整光滑区A和A′近区域段凹槽和凸起点的密度小。

所述的金属箔1是指铝箔和铜箔，阳极可以使用铝的纯度在99%以上的铝箔，阴极可以使用铜箔。

所述的 平整光滑区A和A′的宽度至少20mm以上，其宽度是考虑到整体金属箔的宽度和厚度及作用金属箔上的张力而决定。

本发明表面凹凸处理金属箔锂离子电池用极板的制造方法包括以下步骤：

①、浆料（活性物质）制备

a、阳极板的涂覆(Coating)浆料原料如下。把阳极粘合剂PVDF分散及溶解到溶剂NMP中，因而制造湿胶(Binder Solution)。然后把活性物质 钴酸锂(Lithium cobalt oxide), 锰酸锂(Lithium Manganese Oxide), 镍钴锂锰(Lithium nickel Manganese cobalt oxide), 磷酸铁锂( Lithium iron phosphate) 氧化物等锂离子氧化物和阳极导电子（Conductive Powder）碳(Carbonblack) 或 碳纳米管(Carbon Nanotubes) 混合到湿胶(Binder Solution)中，因而制造浆料。

b、阴极板的涂覆(Coating)浆料原料如下。把阴极粘合剂PVDF分散及溶解到溶剂NMP中，因而制造湿胶(Binder Solution)。然后把阴极活性物质碳 （Carbon）或 石墨（Graphite）混合到湿胶（Binder Solution）中，因而制造浆料。在这里可以添加阴极导电子（Conductive Powder）碳 (Carbonblack) 或 碳纳米管 (Carbon Nanotubes)。然后可以代替溶剂NMP使用蒸馏水(Distilled water)。

②、浆料(Slurry)的涂覆(Coating)

将收卷的金属箔用相同的张力放卷供应到涂覆(Coating)设备上，将步骤①中制备的涂覆(Coating)活性物质浆料通过涂覆头(Coating Head) 涂覆(Coating)在金属箔上面，为了除去浆料上的溶剂及水分进行干燥处理，检测浆料的厚度及密度，然后收卷；金属箔的另一面的涂覆(Coating)过程和上述步骤相同。

③、对涂覆了活性物质层的极板进行分切（Slitting）

分切过程是将涂覆后的极板切割，以保证压延收卷的宽度，通过用相同宽度的刀收卷的过程。在制作圆筒形电池的时候，压延过程后也可以完成分切（Slitting）。

④、极板压延(Pressing)

为了提高涂覆(Coating)结束的极板上活性物质容量密度，提高金属箔和活性物质之间的胶粘性的效果，极板通过大约加热到120℃温度的二个轮（Roll）之间，把极板压延(Pressing)到理想的厚度,利用非织造布对压延极板的表面除去异物质, 然后极板收卷。

在压延过(Pressing)程中，涂覆(Coating)区域和未涂覆(Coating)区域同时进行压延(Pressing)的话，涂覆(Coating)部位和未涂覆(Coating)部位会因厚度偏差，极板会发生褶皱，如图4,5所示，在未凹凸处理区域开始往中心区域提高凹凸处理的密度，因而减少极板受到的压力，可以防止极板的开裂和褶皱。

⑤、极板冲压(Punching)

把压延完的极板进行冲压(Punching)，这个过程在制作铝袋形(Aluminum Pouch Type)极板时会形成，这个过程是指把压延的极板让它和电池尺寸（Size）相符，用冲压刀（Knife）或模具进行一张张取片。

⑥、极板进行干燥(Vacuum Dry)

对冲压完的每张极板进行干燥(Vacuum Dry)，该过程是指在真空干燥箱内，干燥一定时间，除去水分的过程，从而极板制造工程到此结束。

采用本发明结构的极板制造的电池和使用金属箔没有经过凸凹处理的极板电池，放电功率会优化50%以上（如附图6所示）。

此外，在Cycle特性上，每Cycle 容量(Capacity)变化率（如附图7所示）比起使用没有凹凸处理的一般金属箔的电池，可以看到优越了很多。

还有，每Cycle 接触电阻(Resistance)变化率（如附图8所示）比起使用没有凹凸处理的一般金属箔上涂覆(Coating)的活性物质极板的电池，可以看到使用有凹凸金属箔涂覆(Coating)的活性物质极板的电池有更多的改善。

特别是，像阳极极板的情况，铝的纯度在99%以上的箔上电化、化学化来遏制表面的氧化膜， 因而减少接触电阻。

Claims (8)

1.一种表面凹凸处理金属箔锂离子电池用极板，该电池极板包括阳极极板或阴极极板，它是由金属箔（1）和涂覆在金属箔（1）上下表面的涂覆材料层（2）构成，其特征在于：所述的金属箔1包括两侧平整光滑区A和A′，中间不规则凹凸加工处理区B。

2.根据权利要求1所述的一种表面凹凸处理金属箔锂离子电池用极板，其特征在于：所述的凹凸加工处理区B设置在金属箔（1）上下表面沿中心线H两侧的中间区域。

3.根据权利要求1所述的一种表面凹凸处理金属箔锂离子电池用极板，其特征在于：所述的凹凸加工处理区B上的凹槽和凸起点的密度分布是沿金属箔（1）中心线H向两侧平整光滑区A和A′由密向疏连续渐变布置，距离中心线H近的区域凹槽和凸起点的密度大，距离两侧平整光滑区A和A′区域凹槽和凸起点的密度小。

4.根据权利要求1所述的一种表面凹凸处理金属箔锂离子电池用极板，其特征在于：所述的凹凸加工处理区B上的凹槽和凸起点的密度分布是沿金属箔（1）中心线H向两侧平整光滑区A和A′由密向疏分段渐变布置，距离中心线H近区域段的凹槽和凸起点的密度大，距离两侧平整光滑区A和A′近区域段凹槽和凸起点的密度小。

5.根据权利要求1所述的一种表面凹凸处理金属箔锂离子电池用极板，其特征在于：所述的不规则凹凸加工处理区B是通过冲压处理或腐蚀处理实现的。

6.根据权利要求1所述的一种表面凹凸处理金属箔锂离子电池用极板，其特征在于：所述的金属箔（1）是指铝箔和铜箔。

7.根据权利要求1所述的一种表面凹凸处理金属箔锂离子电池用极板，其特征在于：所述的阳极极板是采用纯度在99%以上的铝箔作为金属箔、并通过电化学的方式对中间的不规则凹凸加工处理区B进行凹凸处理。

8.根据权利要求1所述的一种表面凹凸处理金属箔锂离子电池用极板，其特征在于：所述的涂覆材料层（2）是指在金属箔中间的不规则凹凸加工处理区B上形成的涂覆层。

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