CN102769122B - 一种锂离子电池电极极片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池电极极片的制备方法，包括以下步骤：1）取铝箔，在铝箔表面上采用氧化性酸刻蚀出厚度为0.1～1μm的凹槽，刻蚀后铝箔的面密度为60～85g/m2；2）在铝箔刻蚀凹槽的表面涂覆一层纳米碳涂层，制成锂离子电池电极极片，该纳米炭涂层的厚度为1～5μm。本发明通过采用刻蚀铝箔和纳米碳涂层的技术方案，增大活性物质与纳米底涂层的接触面积，同时提高了纳米碳涂层与铝箔的粘附力，从而使电池在充放电过程中电池内阻得到降低，电池极化减小、提高极片的散热性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池电极极片的制备方法，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
磷酸铁锂电池是近几年发展起来的一种新型储能锂离子电池，并以其价格低廉、环保、循环寿命长而受到市场的青睐。而由于电池在使用过程中会产生大量的热量，影响其电池的循环寿命和安全，尤其是对大容量电池的影响较大。虽然目前为降低电池产生的热量，采用了在电池柜上安装风扇排除热量，但是这些方法只是表面降低了电池的热量，并未从根本解决电池产生热量。由于电池产生的热量主要是由于电流通过时，电阻发热产生的热量，为降低电阻产生的热量，一方面可以降低电池的电阻，另一方面降低离子传输的距离；因此如何缩小电池电阻和降低离子传输距离成为锂离子电池中难以克服的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池电极极片的制备方法，以降低锂离子电池的电阻，提高锂离子电池的散热性能。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种锂离子电池电极极片的制备方法，包括以下步骤：
1）取铝箔，在铝箔表面上采用氧化性酸刻蚀出厚度为0.1～1μm的凹槽，刻蚀后铝箔的面密度为60～85g/m2；
2）在铝箔刻蚀凹槽的表面涂覆一层纳米碳涂层，制成锂离子电池电极极片，该纳米炭涂层的厚度为1～5μm。
所述凹槽沿铝箔横向或纵向延伸，其槽口宽度为0.1～10mm。
步骤1）所述氧化性酸为硝酸或硫酸。
所述纳米碳涂层包括碳纳米粒子。
步骤2）所述纳米碳涂层的涂覆采用如下方法：将140～500份水性粘结剂、800～1500份二次蒸馏水混合搅拌均匀得到粘结剂体系，在超声波分散条件下向粘结剂体系中加入45～65份碳纳米颗粒，加入完毕后继续超声波分散1～5小时得到涂覆液，将该涂覆液均匀的涂覆在铝箔刻蚀凹槽的表面。
所述碳纳米颗粒分三次以上加入，加入的时间间隔为30～60分钟。
所述碳纳米粒子为炭黑、Supper P中的一种或两种任意比混合，所述碳纳米粒子的粒度为1～100nm。
所述水性粘结剂为聚丙烯、聚丙酸的一种或两种任意比混合。
涂覆液均匀的涂覆在铝箔刻蚀凹槽的表面采用凹版印刷技术涂覆。
由于锂离子电池在大倍率充放电过程中会产生大量的热量，影响其电解液的及其材料稳定性，同时还会造成电池温度分布不均，影响电池的循环寿命。本发明通过采用刻蚀铝箔和纳米碳涂层的技术方案，增大活性物质与纳米底涂层的接触面积，同时提高了纳米碳涂层与铝箔的粘附力，从而使电池在充放电过程中电池内阻得到降低，电池极化减小、提高极片的散热性能。
附图说明
图1为实施例1和对比例电极极片的粘附力曲线图；
图2为实施例1锂离子电池的温升曲线图；
图3为实施例1对比例锂离子电池的温升曲线图；
图4为实施例1锂离子电池的倍率放电曲线图；
图5为实施例1对比例锂离子电池的倍率放电曲线图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的锂离子电池电极极片的制备方法，包括如下步骤：
1）通过浓硝酸刻蚀铝箔，使其铝箔刻蚀出凹槽厚度为1μm的刻蚀铝箔，凹槽沿铝箔的横向延伸，凹槽的槽口宽度为1mm，刻蚀铝箔面密度为60g/m2；
2）称取280克水性粘结剂A(粘结剂为LA132水性粘结剂，成都茵地乐电源科技有限公司产)、1125克二次蒸馏水溶剂，进行机械搅拌2小时，得到均一、稳定的粘结剂体系；在超声波分散条件下分三次每隔30分钟加入一次粉体纳米导电碳复合导电剂，其纳米导电碳复合导电剂是46.87克纳米炭黑（粒度5nm）和9.38克Supper P复合导电剂（粒度5nm；厂家：瑞士特密高公司产）组成，加完后再在超声波超声分散2小时，最后得到涂覆液，涂覆液的粘度为8000mPa·s；之后采用凹版印刷技术使涂覆液涂覆至刻蚀铝箔上，涂覆厚度为2μm，干燥后得到锂离子电池电极极片。
采用本实施例的锂离子电池电极极片制备成锂离子电池：将正极磷酸铁锂浆料通过涂布机在本实施例的电极极片（涂有涂层的一面）上涂覆得到正极极片A，之后通过辊压机、切片机、叠片机制备出电芯长为165毫米，宽为80毫米、厚度为16毫米的方形电芯。将该方形电芯制备成锂离子电池，其中用1.0mol/L LiPF6/EC+DEC（VEC：VDEC=1：1）（EC：ethylene carbonate，碳酸乙烯酯；DEC：diethyl carbonate，碳酸二乙酯）作电解液，美国Celgard 2300为隔膜，制备出10AH软包锂离子电池。
测试：锂离子电池极片的粘附力（这里的粘附力指的是磷酸铁锂涂布层与电极极片的粘附力，下同）和面电阻测试，粘附力中剥离强度为0.38N如图1所示，面电阻为30mΩ；锂离子电池的倍率性能优异，如图2所示，4C/0.5C为91.9%；同时测试锂离子电池的温升参数如图4所示，电池在3.0C倍率放电条件下，温升为19℃；
作为对比例，电极极片中铝箔为未刻蚀铝箔和未进行纳米碳涂层处理，电解液、隔膜及其结构设计与本实施例相同，最后制备出10AH软包锂离子电池。最后测试其极片的粘附力中剥离强度为0.075N，面电阻为85mΩ；电池的倍率性能为4C/0.5C为90.1%；电池在3.0C倍率放电条件下，温升为25℃。
实施例2
本实施例的锂离子电池电极极片的制备方法，包括如下步骤：
1）通过浓硝酸刻蚀铝箔，使其铝箔刻蚀出凹槽厚度为0.5μm的刻蚀铝箔，凹槽沿铝箔的横向延伸，凹槽的槽口宽度为4mm，刻蚀铝箔面密度为70g/m2；
2）称取500克水性粘结剂A(粘结剂为LA133水性粘结剂，成都茵地乐电源科技有限公司产)、1500克二次蒸馏水溶剂，进行机械搅拌2小时，得到均一、稳定的粘结剂体系；在超声波分散条件下分三次每隔45分钟加入一次粉体纳米导电碳复合导电剂，其纳米导电碳复合导电剂是52克纳米炭黑（粒度1nm）和13克Supper P复合导电剂（粒度1nm；厂家：瑞士特密高公司产）组成，加完后再在超声波超声分散3小时，最后得到涂覆液，涂覆液的粘度为7000mPa·s；之后采用凹版印刷技术使涂覆液涂覆至刻蚀铝箔上，涂覆厚度为1μm，干燥后得到锂离子电池电极极片。
采用本实施例的锂离子电池电极极片制备成锂离子电池，该锂离子电池及制备方法同实施例1。
测试：锂离子电池极片的粘附力和面电阻测试，粘附力中剥离强度为0.34N，面电阻为32mΩ；锂离子电池的倍率性能优异，4C/0.5C为90.1%；同时测试锂离子电池的温升参数，电池在3.0C倍率放电条件下，温升为20.3℃；
作为对比例，电极极片中铝箔为未刻蚀铝箔和未进行纳米碳涂层处理，电解液、隔膜及其结构设计与本实施例相同，最后制备出10AH软包锂离子电池。最后测试其极片的粘附力中剥离强度为0.075N，面电阻为85mΩ；电池的倍率性能为4C/0.5C为90.1%；电池在3.0C倍率放电条件下，温升为25℃。
实施例3
本实施例的锂离子电池电极极片的制备方法，包括如下步骤：
1）通过硫酸刻蚀铝箔，使其铝箔刻蚀出凹槽厚度为0.1μm的刻蚀铝箔，凹槽沿铝箔的纵向延伸，凹槽的槽口宽度为10mm，刻蚀铝箔面密度为85g/m2；
2）称取140克水性粘结剂A(粘结剂为LA135水性粘结剂，成都茵地乐电源科技有限公司产)、800克二次蒸馏水溶剂，进行机械搅拌2小时，得到均一、稳定的粘结剂体系；在超声波分散条件下分三次每隔60分钟加入一次粉体纳米导电碳复合导电剂，其纳米导电碳复合导电剂为45克纳米炭黑（粒度100nm），加完后再在超声波超声分散5小时，最后得到涂覆液，涂覆液的粘度为7000mPa·s；之后采用凹版印刷技术使涂覆液涂覆至刻蚀铝箔上，涂覆厚度为5μm，干燥后得到锂离子电池电极极片。
采用本实施例的锂离子电池电极极片制备成锂离子电池，该锂离子电池及制备方法同实施例1。
测试：锂离子电池极片的粘附力和面电阻测试，粘附力中剥离强度为0.31N如图1所示，面电阻为36mΩ；锂离子电池的倍率性能优异，4C/0.5C为90.1%；同时测试锂离子电池的温升参数，电池在3.0C倍率放电条件下，温升为21.2℃；
作为对比例，电极极片中铝箔为未刻蚀铝箔和未进行纳米碳涂层处理，电解液、隔膜及其结构设计与本实施例相同，最后制备出10AH软包锂离子电池。最后测试其极片的粘附力中剥离强度为0.075N，面电阻为85mΩ；电池的倍率性能为4C/0.5C为90.1%；电池在3.0C倍率放电条件下，温升为25℃。
Claims (8)
1.一种锂离子电池电极极片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)取铝箔，在铝箔表面上采用氧化性酸刻蚀出厚度为0.1～1μm的凹槽，刻蚀后铝箔的面密度为60～85g/m2；
2)在铝箔刻蚀凹槽的表面涂覆一层纳米碳涂层，制成锂离子电池电极极片，该纳米炭涂层的厚度为1～5μm；
所述凹槽沿铝箔横向或纵向延伸，其槽口宽度为0.1～10mm。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池电极极片的制备方法，其特征在于：步骤1)所述氧化性酸为硝酸或硫酸。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池电极极片的制备方法，其特征在于：所述纳米碳涂层包括碳纳米粒子。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池电极极片的制备方法，其特征在于：步骤2)所述纳米碳涂层的涂覆采用如下方法：将140～500份水性粘结剂、800～1500份二次蒸馏水混合搅拌均匀得到粘结剂体系，在超声波分散条件下向粘结剂体系中加入45～65份碳纳米颗粒，加入完毕后继续超声波分散1～5小时得到涂覆液，将该涂覆液均匀的涂覆在铝箔刻蚀凹槽的表面。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池电极极片的制备方法，其特征在于：所述碳纳米颗粒分三次以上加入，加入的时间间隔为30～60分钟。
6.根据权利要求3或4所述的锂离子电池电极极片的制备方法，其特征在于：所述碳纳米粒子为炭黑、Supper P复合导电剂中的一种或两种任意比混合，所述碳纳米粒子的粒度为1～100nm。
7.根据权利要求4所述的锂离子电池电极极片的制备方法，其特征在于：所述水性粘结剂为聚丙烯、聚丙酸的一种或两种任意比混合。
8.根据权利要求4所述的锂离子电池电极极片的制备方法，其特征在于：涂覆液均匀的涂覆在铝箔刻蚀凹槽的表面采用凹版印刷技术涂覆。
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