CN102339986B - 锂离子电池极片制备装置和制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池极片制备装置，其包括极片传送装置和围绕极片传送装置的烘箱，烘箱中设有磁体装置，磁体装置可产生非匀强磁场。本发明锂离子电池极片制备装置中，磁体装置产生的非匀强磁场可调节锂离子电池极片中导电剂的分布，有效减小锂离子电池极片的阻抗。此外，本发明还公开了一种锂离子电池极片制备方法。

Description

锂离子电池极片制备装置和制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，更具体地说，本发明涉及一种锂离子电池极片制备装置和制备方法。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、可靠性高、加工性好和无环境污染等优点，因此被广泛应用于各类便携式电子设备中。
锂离子电池一般包括正极片、负极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜，以及电解液。其中，正极片包括正极集流体和分布在正极集流体上的正极膜片，负极片包括负极集流体和分布在负极集流体上的负极膜片。正极膜片是通过将正极活性物质、导电剂和粘结剂在溶剂中混合均匀制成正极浆料，然后通过涂布装置将正极浆料均匀涂布在正极集流体上并经烘干制得。负极膜片是通过将负极活性物质、导电剂和粘结剂在溶剂中混合均匀制成负极浆料，然后通过涂布装置将负极浆料均匀涂布在负极集流体上并经烘干制得。
锂离子电池中，导电剂的分布状况对锂离子电池极片的阻抗有着重要影响，如果导电剂分布不均，在导电剂较贫乏的区域活性物质到集流体的电阻将增大，其克容量发挥将受到影响，从而影响锂离子电池的容量与内阻。
现有锂离子电池极片的制备过程中，涂布有浆料的极片都是直接经过传送装置行进经过烤箱，浆料经烘干形成膜片。当浆料涂覆在集流体上，通过传动装置传送进烘箱，随着温度的升高浆料的粘度下降，活性物质由于其颗粒较大所受到的内摩擦力减小而向底层沉降；导电剂颗粒由于颗粒小质量轻，将随溶剂向表层移动，从而造成导电剂的表层富集底层贫乏，导致锂离子电池极片的阻抗增大。
有鉴于此，确有必要提供一种具有理想阻抗的锂离子电池极片的制备装置和制备方法。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种具有理想阻抗的锂离子电池极片的制备装置和制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种锂离子电池极片制备装置，其包括极片传送装置和围绕极片传送装置的烘箱，烘箱中设有磁体装置，磁体装置可产生具有场强梯度的非匀强磁场。
作为本发明锂离子电池极片制备装置的一种改进，所述极片传送装置上置有集流体和涂覆于集流体上的浆料，浆料中含有导电剂和活性物质颗粒，导电剂颗粒植入或包覆有可改变磁性的物质。
作为本发明锂离子电池极片制备装置的一种改进，所述导电剂颗粒植入或包覆的可改变磁性的物质为铁磁性物质。
作为本发明锂离子电池极片制备装置的一种改进，所述磁体装置包括设于极片下方的磁极面积较小的磁铁，还包括设于极片上方的磁极面积较大的磁铁；所述磁极面积较大的磁铁与磁极面积较小的磁铁极性相反。
为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种锂离子电池极片制备方法，其包括以下步骤：将活性物质颗粒、导电剂和粘结剂在溶剂中均匀混合制成浆料；将浆料均匀涂布在集流体上；以及通过传送装置将涂覆有浆料的集流体传送经过烘箱，其中，烘箱上设置有可产生非匀强磁场的磁体装置。
作为本发明锂离子电池极片制备方法的一种改进，所述浆料中含有导电剂和活性物质颗粒，导电剂颗粒植入或包覆有可改变磁性的物质。
作为本发明锂离子电池极片制备方法的一种改进，所述活性物质颗粒植入或包覆的可改变磁性的物质为铁磁性物质。
作为本发明锂离子电池极片制备方法的一种改进，所述磁体装置包括设于极片下方的磁极面积较小的磁铁，还包括设于极片上方的磁极面积较大的磁铁；所述磁极面积较大的磁铁与磁极面积较小的磁铁极性相反。
相对于现有技术，本发明至少具有以下优点：通过在烘箱中设置非匀强磁场，可调节锂离子电池极片中导电剂的分布，有效减小锂离子电池极片的阻抗，改善电池的性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明及其有益技术效果进行详细说明。
图1为本发明锂离子电池极片制备装置的结构示意图。
图2为图1所示锂离子电池极片制备装置中，磁体装置形成的非匀强磁场的磁场分布示意图。
图3为导电剂颗粒在极片通过具有场强梯度的非匀强磁场时运动趋势的示意图。
图4为根据现有技术制备的锂离子电池正极片和根据本发明制备的锂离子电池正极片的半电池的电化学阻抗谱。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案和技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
请参阅图1至图3所示，本发明锂离子电池极片制备装置包括极片传送装置20、围绕极片传送装置20的烘箱30，以及设置于烘箱30中的磁体装置40。
极片传送装置20为位于烘箱30两相对侧的传动辊，在电机驱动下，极片传送装置20可将置于其上的锂离子电池极片10沿着图示走带方向A自烘箱30中以一定速度行进，涂布于锂离子电池极片10上的浆料在烘箱30中经过烘烤形成膜片。
烘箱30为两端敞口的半封闭壳体，其可以根据实际需要预先设定一定的温度和风量，以将分布于锂离子电池极片10上的浆料烘干形成膜片。
磁体装置40设置于烘箱30中，其可以产生非匀强磁场。涂布时，锂离子电池极片10在极片传送装置20的传说下通过非匀强磁场，非匀强磁场可以调节导电剂在锂离子电池极片10中的分布，结合图3所示。在本发明中，非匀强磁场的形成方式没有特别限制。例如，根据本发明的一个实施方式，可在锂离子电池极片10的下方设置磁极面积较小的磁铁，在锂离子电池极片10上方设置极性相反且磁极面积较大的磁铁，从而获得场强密度下大上小的非匀强磁场。此外，为了改善导电剂的磁性，可以预先在导电剂中植入或包覆其他可改变磁性的物质的颗粒，如铁磁性物质。
以下对本发明锂离子电池极片制备方法进行详细说明：请结合图1至图3所示，首先，将活性物质颗粒钴酸锂、导电剂纳米碳管和粘结剂聚偏氟乙烯在溶剂N-甲基吡咯烷酮中混合均匀，制成均匀的浆料；其次，将浆料通过涂布装置50均匀地涂布在集流体上；再次，涂布有浆料的集流体在极片传送装置20的驱动下行进经过烘箱30，在非匀强磁场的作用下，锂离子电池极片10中的导电剂的分布得以调节，分布于集流体上的浆料形成均匀的膜片，制得锂离子电池极片。
表1为钴酸锂负极片在4.0g/mL压实密度下测得的接触电阻。其中，电阻测试仪一端与集流体连接，另一段与直径为5mm的纯铜圆片连接，纯铜原片紧密接触极片表面，并施以2kg的恒定压力。
现有负极片(毫欧) 本发明负极片(毫欧)
样本数 30片 30片
接触电阻 11.47 9.21
从表1的测试结果可以看出，相对于采用现有技术制备的锂离子电池负极片，根据本发明制备的锂离子电池极片制备方法制得的锂离子电池负极片的接触电阻减小约20％，这是因为：现有锂离子电池负极片的制备方法中，导电剂分布不均匀导致局部区域的导电剂过少，电阻率增大，致使整体电阻率偏高；采用本发明锂离子电池极片制备方法可以改善导电剂的分布，无局部区域电阻过大情况发生，整体电阻率减小。
表2为表1中采用现有技术制备的负极片和根据本发明制备的负极片分别与现有正极片配对做成的全电池的交流阻抗值。从表2中可以看出，本发明通过调节负极片中导电剂的分布，所制得的全电池的交流阻抗值下降了约5％，有效改善了电池的性能。这是因为：负极片贡献的阻抗对全电池的阻抗有着重要的影响，改善负极片导电剂的分布可减小负极片的阻抗，从而影响全电池的交流阻抗。
需要说明的是，本发明锂离子电池极片制备装置和制备方法可同时适用于锂离子电池正极片和锂离子电池负极片的制备。
图4为采用现有技术制备的正极片和根据本发明制备的正极片分别与现有负极片制得的半电池电化学阻抗谱，从图4的半电池电化学阻抗谱中可看出：负极片的离子迁移速率有明显改善，这是因为在导电剂均匀分布之后极片的极化减小，锂离子迁移所受到的阻力减小。
结合上面的描述可以看出，相对于现有技术，本发明至少具有以下有益技术效果：烘箱中的磁体装置可以产生具有场强梯度的非匀强磁场，当极片通过非匀强磁场时导电剂颗粒受到磁场力的作用，向着场强梯度较高的方向移动，从而调节电池极片中导电剂的分布，有效减小极片的阻抗，改善电池的性能。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (8)

1.一种锂离子电池极片制备装置，其包括极片传送装置和围绕极片传送装置的烘箱，其特征在于：所述烘箱中设有磁体装置，磁体装置可产生具有场强梯度的非匀强磁场。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池极片制备装置，其特征在于：所述极片传送装置上置有集流体和涂覆于集流体上的浆料，浆料中含有导电剂和活性物质颗粒，导电剂颗粒植入或包覆有可改变磁性的物质。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池极片制备装置，其特征在于：所述导电剂颗粒植入或包覆的可改变磁性的物质为铁磁性物质。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池极片制备装置，其特征在于：所述磁体装置包括设于极片下方的磁极面积较小的磁铁，还包括设于极片上方的磁极面积较大的磁铁；所述磁极面积较大的磁铁与磁极面积较小的磁铁极性相反。
5.一种锂离子电池极片制备方法，其包括以下步骤：
将活性物质颗粒、导电剂和粘结剂在溶剂中均匀混合制成浆料；
将浆料均匀涂布在集流体上；以及
通过传送装置将涂覆有浆料的集流体传送经过烘箱，
其特征在于：所述烘箱中设有可产生具有场强梯度的非匀强磁场的磁体装置。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池极片制备方法，其特征在于：所述浆料中含有导电剂和活性物质颗粒，导电剂颗粒植入或包覆有可改变磁性的物质。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池极片制备方法，其特征在于：所述导电剂颗粒植入或包覆的可改变磁性的物质为铁磁性物质。
8.根据权利要求5所述的锂离子电池极片制备方法，其特征在于：所述磁体装置包括设于极片下方的磁极面积较小的磁铁，还包括设于极片上方的磁极面积较大的磁铁；所述磁极面积较大的磁铁与磁极面积较小的磁铁极性相反。
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