CN102881863A - 一种锂离子电池极片处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池极片处理方法，在稀释的水性粘结剂中添加无机物粉末及有机粘结剂作为涂层浆料，然后采用喷涂或转移涂布的方式在正极片或负极片的表面形成纳米级无机物涂层。本发明所述的锂离子电池极片处理方法，通过在现用锂离子电池极片上进行纳米级无机物涂层处理，利用纳米级无机物颗粒表面的毛细管作用，使极片具有更高的可湿性，增加了锂离子迁移通道，提高了锂离子电池的循环性能，同时，由于该纳米级无机物颗粒具有优异的绝缘性能及隔热性能，隔绝极片表面热量的积累，同时减少了极片表面与气体的接触，有效控制热失控的发生，提高了锂离子电池的安全性能及耐高温性能。

Description

一种锂离子电池极片处理方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池极片，具体说是一种锂离子电池极片处理方法。
背景技术
随着可充电Ni-Cd（镍镉）电池及Ni-MH（镍氢）电池的商业化应用，寻找更轻、更小及更高的能量密度成为锂离子电池开发所面临的巨大挑战。目前，锂离子电池已经成功应用于电动自行车及混合动力汽车，但生产成本及安全性仍旧为制约锂离子电池应用普及的主要瓶颈。
锂离子电池发生热失控的主要原因是极片（正极片和负极片）与电解液发生反应。处于充电态的电池正极材料为强氧化性化合物，同时处于充电态的电池负极材料为强还原性化合物。在滥用情况下，如针刺及热冲击等，强氧化性正极材料稳定性通常较差，易释放出氧气，而电解液中的有机溶剂碳酸酯极易与氧气反应，放出大量的热和气体；产生的热量会进一步加速正极的分解，产生更多的氧气，促进更多放热反应的进行；同时强还原性负极的活泼性接近金属锂，与氧接触会立即燃烧并引燃电解液、隔膜等。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种锂离子电池极片处理方法，通过在现用锂离子电池极片上进行纳米级无机物涂层处理，利用纳米级无机物颗粒表面的毛细管作用，使极片具有更高的可湿性，增加了锂离子迁移通道，提高了锂离子电池的循环性能，同时，由于该纳米级无机物颗粒具有优异的绝缘性能及隔热性能，隔绝极片表面热量的积累，同时减少了极片表面与气体的接触，有效控制热失控的发生，提高了锂离子电池的安全性能及耐高温性能。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种锂离子电池极片处理方法，其特征在于：在稀释的水性粘结剂中添加无机物粉末及有机粘结剂作为涂层浆料，然后采用喷涂或转移涂布的方式在正极片或负极片的表面形成纳米级无机物涂层。
在上述技术方案的基础上，其具体操作步骤如下：
1）将0.1%～1.0%重量比的水性粘结剂加入73%～80%重量比的去离子水溶剂中搅拌稀释，然后加入18.0%～25.0%重量比的纳米级无机物粉末快速搅拌，最后加入0.5%～2.0%重量比的有机粘结剂，搅拌混合均匀得到浆料；
2）将所述浆料通过喷涂或转移涂布的方式涂覆在正极片或负极片表面形成无机物涂层，再经过100～150℃的烤箱烘烤3～5min得到干燥的正极片或负极片。
在上述技术方案的基础上，所述水性粘结剂为水性胶LA133、羧甲基纤维素钠CMC及丁苯橡胶SBR中的一种。
在上述技术方案的基础上，所述纳米级无机物粉末为二氧化硅SiO2、三氧化二铝Al2O3及氧化锆ZrO2中的一种。
在上述技术方案的基础上，所述有机粘结剂为聚偏氟乙烯、聚丙烯酸酯及聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。
在上述技术方案的基础上，所述纳米级无机物涂层的厚度为10～25μm。
本发明所述的锂离子电池极片处理方法，通过在现用锂离子电池极片上进行纳米级无机物涂层处理，利用纳米级无机物颗粒表面的毛细管作用，使极片具有更高的可湿性，增加了锂离子迁移通道，提高了锂离子电池的循环性能，同时，由于该纳米级无机物颗粒具有优异的绝缘性能及隔热性能，隔绝极片表面热量的积累，同时减少了极片表面与气体的接触，有效控制热失控的发生，提高了锂离子电池的安全性能及耐高温性能。
本发明制备工艺简单，易于工业化推广。
附图说明
本发明有如下附图：
图1为极片处理前结构示意图，
图2为极片处理后结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
极片（正极片或负极片）处理前结构如图1所示，集流体1为铜箔或铝箔，其表面设有活性物质涂层2，活性物质吸收电解液形成含有电解液的处理前活性物质贮液层3，处理前活性物质贮液层3实质体现的是活性物质吸收电解液量。
本发明所述的锂离子电池极片处理方法，在稀释的水性粘结剂中添加无机物粉末及有机粘结剂作为涂层浆料，然后采用喷涂或转移涂布的方式在正极片或负极片的表面形成纳米级无机物涂层。
因纳米级无机物涂层优异的绝缘性能及隔热性能，采用该方法制备的正极片或负极片使得锂离子电池具有较好的安全性能及耐高温性能。
在上述技术方案的基础上，其具体操作步骤如下：
1）将0.1%～1.0%重量比的水性粘结剂加入73%～80%重量比的去离子水溶剂中搅拌稀释，然后加入18.0%～25.0%重量比的纳米级无机物粉末快速搅拌，最后加入0.5%～2.0%重量比的有机粘结剂，搅拌混合均匀得到浆料（涂层浆料）；具体配比的取值可以按每增减0.1%作为一个可供选择的实施例；
2）将所述浆料通过喷涂或转移涂布的方式涂覆在正极片或负极片表面形成无机物涂层，再经过100～150℃的烤箱烘烤3～5min得到干燥的正极片或负极片。
如图2所示，活性物质涂层2外表面形成纳米级无机物涂层4，所述纳米级无机物涂层4中包括水性粘结剂颗粒5和有机粘结剂颗粒6，活性物质吸收电解液形成含有电解液的无机物涂层处理后活性物质贮液层7。活性物质涂层采用现有公知技术实施，不再详述。
在上述技术方案的基础上，所述水性粘结剂为水性胶LA133（溶液浓度为15%）、羧甲基纤维素钠CMC及丁苯橡胶SBR中的一种。
在上述技术方案的基础上，所述纳米级无机物粉末为二氧化硅SiO2、三氧化二铝Al2O3及氧化锆ZrO2中的一种。
在上述技术方案的基础上，所述有机粘结剂为聚偏氟乙烯（溶液浓度为12.0%）、聚丙烯酸酯及聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。
在上述技术方案的基础上，所述纳米级无机物涂层的厚度为10～25μm。
本发明通过在现用锂离子电池极片上进行纳米级无机物涂层处理，因纳米级无机物颗粒表面的毛细管作用，使极片具有更高的可湿性，增加了锂离子迁移通道，提高了锂离子电池的循环性能的同时，由于该纳米级无机物颗粒具有优异的绝缘性能及隔热性能，隔绝极片表面热量的积累，同时减少了极片表面与气体的接触，有效控制热失控的发生，提高了锂离子电池的安全性能及耐高温性能。
本发明的方法是以在稀释的水性粘结剂中添加适量的无机物粉末及有机粘结剂作为涂层浆料，采用喷涂或转移涂布的方式在正极片或负极片表面形成无机物涂层，因无机物涂层优异的绝缘性能及隔热性能，采用该方法制备的极片使得锂离子电池具有较好的安全性能及耐高温性能。
以下为若干实施例。
实施例1
1）将0.8%重量比的羧甲基纤维素钠干粉加入80.0%重量比的去离子水溶剂中搅拌稀释，然后加入18.0%重量比纳米级二氧化硅粉末快速搅拌，最后加入1.2%重量比的聚偏氟乙烯，搅拌混合均匀得到浆料；
2）将所述浆料通过喷涂的方式涂覆在负极片表面形成无机物涂层，经过100℃～150℃的烤箱烘烤3～5min得干燥极片，涂层厚度为15μm。
按照现有的软包生产工艺将有无机物涂层的负极片同正常的正极片组装成45100100(外型尺寸4.5mm*100mm*100mm)型号的锂离子电池，进行如下测试：
1.循环测试：1C恒流恒压充至4.2V，终止电流0.02C，搁置5min，1C恒流放至3.0V，重复上述操作100次；
2.针刺测试：将电芯采用1C恒流恒压充至4.2V，终止电流0.02C的方式满充后，静置1h，用直径为3.0mm的钢针刺穿电芯；
3.热冲击测试：将电芯采用1C恒流恒压充至4.2V，终止电流0.02C的方式满充后，放置于烤箱中，然后以（5℃±2℃）/min的速率升至150℃±2℃并保温30min。
实施例2
1）将0.5%重量比LA133加入78.0%重量比的去离子水溶剂中搅拌稀释，然后加入20.0%重量比纳米级三氧化二铝粉末快速搅拌，最后加入1.5%重量比的聚丙烯酸酯，搅拌混合均匀得到浆料；
2）将所述浆料通过转移涂布的方式涂覆在正极片表面形成无机物涂层，经过100℃～150℃的烤箱烘烤3～5min得干燥极片，涂层厚度为20μm。
按照现有的软包生产工艺将有无机物涂层的正极片同正常的负极片组装成45100100(外型尺寸4.5mm*100mm*100mm)型号的锂离子电池，进行如下测试：
1.循环测试：1C恒流恒压充至4.2V，终止电流0.02C，搁置5min，1C恒流放至3.0V，重复上述操作100次；
2.针刺测试：将电芯采用1C恒流恒压充至4.2V，终止电流0.02C的方式满充后，静置1h，用直径为3.0mm的钢针刺穿电芯；
3.热冲击测试：将电芯采用1C恒流恒压充至4.2V，终止电流0.02C的方式满充后，放置于烤箱中，然后以（5℃±2℃）/min的速率升至150℃±2℃并保温30min。
实施例3
1）将1.0%重量比的SBR干粉加入73.0%重量比去离子水溶剂中搅拌稀释，然后加入25.0%重量比的纳米级ZrO2粉末快速搅拌，最后加入1.0%重量比的聚甲基丙烯酸甲酯，搅拌混合均匀得到浆料；
2）将所述浆料通过转移涂布的方式涂覆在负极片表面形成无机物涂层，经过100℃～150℃的烤箱烘烤3～5min得干燥极片，涂层厚度为25μm。
按照现有的软包生产工艺将有无机物涂层的负极片同正常的正极片组装成45100100(外型尺寸4.5mm*100mm*100mm)型号的锂离子电池，进行如下测试：
1.循环测试：1C恒流恒压充至4.2V，终止电流0.02C，搁置5min，1C恒流放至3.0V，重复上述操作100次；
2.针刺测试：将电芯采用1C恒流恒压充至4.2V，终止电流0.02C的方式满充后，静置1h，用直径为3.0mm的钢针刺穿电芯；
3.热冲击测试：将电芯采用1C恒流恒压充至4.2V，终止电流0.02C的方式满充后，放置于烤箱中，然后以（5℃±2℃）/min的速率升至150℃±2℃并保温30min。
对比例
将正常的正负极片按照现有的软包生产工艺组装成45100100(外型尺寸4.5mm*100mm*100mm)型号的锂离子电池，进行如下测试：
1.循环测试：1C恒流恒压充至4.2V，终止电流0.02C，搁置5min，1C恒流放至3.0V，重复上述操作100次；
2.针刺测试：将电芯采用1C恒流恒压充至4.2V，终止电流0.02C的方式满充后，静置1h，用直径为3.0mm的钢针刺穿电芯；
3.热冲击测试：将电芯采用1C恒流恒压充至4.2V，终止电流0.02C的方式满充后，放置于烤箱中，然后以（5℃±2℃）/min的速率升至150℃±2℃并保温30min。
测试结果如下：
Figure BDA00002316107300071
实施例4
1）将0.1%重量比的羧甲基纤维素钠干粉加入73.9%重量比的去离子水溶剂中搅拌稀释，然后加入24%重量比纳米级二氧化硅粉末快速搅拌，最后加入2%重量比的聚偏氟乙烯，搅拌混合均匀得到浆料；
2）将所述浆料通过喷涂的方式涂覆在负极片表面形成无机物涂层，经过100℃～150℃的烤箱烘烤3～5min得干燥极片，涂层厚度为10μm。
实施例5
1）将0.1%重量比的羧甲基纤维素钠干粉加入74.4%重量比的去离子水溶剂中搅拌稀释，然后加入25%重量比纳米级二氧化硅粉末快速搅拌，最后加入0.5%重量比的聚偏氟乙烯，搅拌混合均匀得到浆料；
2）将所述浆料通过喷涂的方式涂覆在负极片表面形成无机物涂层，经过100℃～150℃的烤箱烘烤3～5min得干燥极片，涂层厚度为12μm。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种锂离子电池极片处理方法，其特征在于：在稀释的水性粘结剂中添加无机物粉末及有机粘结剂作为涂层浆料，然后采用喷涂或转移涂布的方式在正极片或负极片的表面形成纳米级无机物涂层。
2.如权利要求1所述的锂离子电池极片处理方法，其特征在于，其具体操作步骤如下：
1）将0.1%～1.0%重量比的水性粘结剂加入73%～80%重量比的去离子水溶剂中搅拌稀释，然后加入18.0%～25.0%重量比的纳米级无机物粉末快速搅拌，最后加入0.5%～2.0%重量比的有机粘结剂，搅拌混合均匀得到浆料；
2）将所述浆料通过喷涂或转移涂布的方式涂覆在正极片或负极片表面形成无机物涂层，再经过100～150℃的烤箱烘烤3～5min得到干燥的正极片或负极片。
3.如权利要求2所述的锂离子电池极片处理方法，其特征在于：所述水性粘结剂为水性胶LA133、羧甲基纤维素钠CMC及丁苯橡胶SBR中的一种。
4.如权利要求2所述的锂离子电池极片处理方法，其特征在于：所述纳米级无机物粉末为二氧化硅SiO2、三氧化二铝Al2O3及氧化锆ZrO2中的一种。
5.如权利要求2所述的锂离子电池极片处理方法，其特征在于：所述有机粘结剂为聚偏氟乙烯、聚丙烯酸酯及聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。
6.如权利要求1所述的锂离子电池极片处理方法，其特征在于：所述纳米级无机物涂层的厚度为10～25μm。
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