CN102969483A - 锂离子电池用低固含量浆料的厚电极制备方法 - Google Patents

锂离子电池用低固含量浆料的厚电极制备方法 Download PDF

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杨凯
刘雪省
董美靖
任惠琪
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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池用低固含量浆料的厚电极制备方法，包括制造固含量低于40%的电极材料浆料，其特点是：还包括采用三段温区和转速制备半干状态电极，采用二次烘干辊压成电极材料厚度大于300微米的电极。本发明通过采用分段干燥控制干湿程度的方法，将涂布机烘干系统中烘箱温度和风机的转速控制成三段，先制成半干状态电极，电极在未完全烘干的条件下收起，避免了因溶剂大量挥发导致集流体严重收缩和电极龟裂现象的发生，使得制成的固含量低于40%的涂敷浆料并且电极厚度大于300微米时厚电极材料均匀无裂纹、不龟裂，集流体不收缩，有效提高了电极的质量、延长了电极使用寿命，由于增加电极涂敷厚度，增加了电池比能量。

Description

锂离子电池用低固含量浆料的厚电极制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，特别是涉及一种锂离子电池用低固含量浆料的厚电极制备方法。
背景技术
目前，锂离子电池以其优越的电化学性能及环境友好性而被广泛应用于手机、电脑、摄/录像机、电动工具、电动车辆等领域；电化学电容器以其高功率和长寿命特性而被广泛应用于后备电源(UPS)、脉冲电源、电网调峰、起动电源和混合动力车等。常用的锂离子正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、三元材料等，常用的负极材料主要有石墨、碳微球等。这些材料制备的浆料，其固含量大都在45%以上，且以现有电极涂敷技术涂敷的电极厚度在250微米以下。而目前新型的电极材料主要有钛酸锂、磷酸铁锂、氟化碳等，这些电极材料由于其自身因素，制造成电极前电极材料的浆料固含量均低于40%，为提高电池比能量，制造成电极后电极材料的涂敷的厚度在300微米以上；采用目前公知的电极材料涂敷方法制备出的电极常出现电极材料龟裂、集流体向内严重收缩等问题，最终导致电极材料从集流体上脱落，造成电极的损坏。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种制造成电极前电极材料的浆料固含量低于40%、制造成电极后电极材料的涂敷的厚度大于300微米时，电极材料均匀无裂纹、不脱落，有效提高电极的质量、延长电极使用寿命的锂离子电池用低固含量浆料的厚电极制备方法。
本发明采取的技术方案是：
锂离子电池用低固含量浆料的厚电极制备方法，包括制造固含量低于40%的电极材料浆料，其特点是：还包括以下制备步骤：
第一步骤：制备半干状态电极：
通过调节涂布机刮刀缝隙控制所述固含量低于40%的电极材料浆料的涂敷厚度为300-600微米；通过调节涂布机速度控制器，将电极涂敷时的走速控制在0.6m/min-3m/min；采用涂布机将所述浆料均匀地涂敷到集流体的一面，其中通过调节加热箱温度控制器和风机变频器，将涂布机烘干系统中烘箱温度和风机的转速控制成以下三段：
第一段：低温区，烘箱温度为50-80℃，风机转速为20-30Hz；
第二段：中温区，烘箱温度为60-90℃，风机转速为30Hz；
第三段：高温区，烘箱温度为75-120℃，风机转速为35-50Hz，制成厚度为300-600微米的半干状态电极；
第二步骤：制备本发明电极材料厚度大于300微米的电极：
⑴将第一步骤中制成的半干状态电极置入烘箱中，以80-140℃烘干12小时以上，进行二次烘干；
⑵用双辊压机将二次烘干后的电极辊压成电极材料厚度大于300微米的电极，完成本发明锂离子电池用低固含量浆料的厚电极制备过程。
本发明还可以采用如下技术方案：
第一步骤中所述固含量低于40%电极材料的浆料为：重量比80%的Li4Ti5O12、10%的碳黑及10%的PVdF，以NMP为溶剂的固含量为30%的糊状钛酸锂浆料；第二步骤中所述的电极材料厚度为350微米。
第一步骤中所述固含量低于40%电极材料的浆料为：重量比85%的氟化碳、10%的碳黑及5%的CMC+SBR以水为溶剂的固含量为32%的糊状氟化碳浆料；第二步骤中所述的电极材料厚度为340微米。
所述集流体为厚度15-20微米的铝箔或8-10微米的铜箔。
本发明具有的优点和积极效果是：
1、本发明通过采用分段干燥控制干湿程度的方法，将涂布机烘干系统中烘箱温度和风机的转速控制成以下三段，先制成半干状态电极，电极在未完全烘干的条件下收起，避免了因溶剂大量挥发导致集流体严重收缩和电极龟裂现象的发生，使得制成的固含量低于40%的涂敷浆料并且电极厚度大于300微米时厚电极材料均匀无裂纹、不龟裂，集流体不收缩，有效提高了电极的质量、延长了电极使用寿命。
2、本发明还能够大大增加电极涂敷的厚度，增加电池比能量，使锂离子电池在后备电源(UPS)、电网调峰、混合动力车、储能以等方面有更广泛的应用，拓展锂离子电池的应用范围。
附图说明
图1是本发明制备的电极结构示意图；
图2是本发明制备的钛酸锂电极照片图；
图3是公知方法制备的钛酸锂电极照片图；
图4是本发明制备的氟化碳电极照片图；
图5是公知方法制备的氟化碳电极照片图。
图中，1-电极材料，2-集流体。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
参照图1：
锂离子电池用低固含量浆料的厚电极制备方法，包括制造固含量低于40%电极材料1的浆料。
本发明的创新点在于，还包括以下制备步骤：
第一步骤：制备半干状态电极：
通过调节涂布机刮刀缝隙控制浆料的涂敷厚度为300-600微米；通过调节涂布机速度控制器，将电极涂敷时的走速控制在0.6m/min-3m/min；采用涂布机将所述浆料均匀地涂敷到厚度15-20微米的铝箔或8-10微米的铜箔上作为集流体2的一面，其中通过调节加热箱温度控制器和风机变频器，将涂布机烘干系统中烘箱温度和风机的转速控制成以下三段：
第一段：低温区，烘箱温度为50-80℃，风机转速为20-30Hz；
第二段：中温区，烘箱温度为60-90℃，风机转速为30Hz；
第三段：高温区，烘箱温度为75-120℃，风机转速为35-50Hz，制成厚度为300-600微米的半干状态电极；
第二步骤：制备本发明电极材料厚度大于300微米的电极：
⑴将第一步骤中制成的半干状态电极置入烘箱中，以80-140℃烘干12小时以上，进行二次烘干；
⑵通过双辊压机，将二次烘干后的电极辊压成电极材料1厚度大于300微米的电极，完成本发明锂离子电池用低固含量浆料的厚电极制备过程。
实施例1：
先制备出固含量为30%的糊状钛酸锂浆料
将重量比80%的Li4Ti5O12、10%的碳黑及10%的PVdF，以NMP为溶剂，制成固含量为30%的糊状钛酸锂浆料作为制备电极的正极材料；
制备半干状态电极：
调节涂布机刮刀缝隙控制钛酸锂浆料的涂敷厚度为400-500微米；通过调节涂布机速度控制器，控制电极走速为0.8m/min；采用涂布机将所述钛酸锂浆料均匀地涂敷到厚度20微米的铝箔一面；调节加热箱温度控制器和风机变频器的方法，将涂布机烘干系统中烘箱温度和风机的转速控制成以下三段：
第一段：低温区，烘箱温度为80℃，风机转速为30Hz；
第二段：中温区，烘箱温度为90℃，风机转速为30Hz；
第三段：高温区，烘箱温度为105℃，风机转速为35Hz，制成厚度为400-500微米的半干状态钛酸锂电极；处于半干状态的钛酸锂电极，即电极没有完全干透，收卷时电极互相不粘连，并且不与铝箔粘连；
制备电极材料厚度为350微米的钛酸锂电极：
⑴将上述制成的半干状态电极置入烘箱中，130℃烘干12小时，进行二次烘干；
⑵用双辊压机，将二次烘干后的电极辊压成如图2所示电极材料厚度为350微米的钛酸锂电极。
将采用本发明低固含量浆料制备的如图2所示350微米厚的钛酸锂电极，与采用目前公知方法制备成如图3所示的低固含量浆料的350微米厚的钛酸锂电极进行比较，采用本发明制备的厚电极均匀无裂纹，采用目前公知方法制备的厚电极出现龟裂现象。
实施例2：
先制备出固含量为32%的糊状氟化碳浆料
将重量比85%的氟化碳、10%的碳黑及5%的CMC+SBR（CMC：SBR=1:2），水为溶剂的固含量为32%的糊状氟化碳浆料作为制备电极的正极材料；
制备半干状态电极：
调节涂布机刮刀缝隙控制氟化碳浆料的涂敷厚度为400-500微米；调节涂布机速度控制器，将电极走速控制在0.6/min；采用涂布机将所述浆料均匀地涂敷到厚度15微米的铝箔一面，通过调节加热箱温度控制器和风机变频器，将涂布机烘干系统中烘箱温度和风机的转速控制成以下三段：
第一段：低温区，烘箱温度为50，风机转速为25z；
第二段：中温区，烘箱温度为60℃，风机转速为30Hz；
第三段：高温区，烘箱温度为75℃，风机转速为35Hz，制成厚度为400-500微米的半干状态氟化碳电极；处于半干状态的氟化碳电极，即电极没有完全干透，收卷时电极互相不粘连，并且不与铝箔粘连；
制备电极材料厚度为340微米的氟化碳电极：
⑴将上述制成的半干状态氟化碳电极置入烘箱中，100℃烘干12小时，进行二次烘干；
⑵用双辊压机，将二次烘干后的氟化碳电极辊压成如图4所示电极材料厚度为340微米的氟化碳电极。
将采用本发明低固含量浆料制备的如图4所示340微米厚的氟化碳电极，与采用目前公知方法制备成如图5所示的低固含量浆料的340微米厚的氟化碳电极进行比较，采用本发明制备的氟化碳厚电极均匀无裂纹，采用目前公知方法制备的氟化碳厚电极发生脱落现象。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.锂离子电池用低固含量浆料的厚电极制备方法，包括制造固含量低于40%的电极材料浆料，其特征在于：还包括以下制备步骤：
第一步骤：制备半干状态电极：
通过调节涂布机刮刀缝隙控制所述固含量低于40%的电极材料浆料的涂敷厚度为300-600微米；通过调节涂布机速度控制器，将电极涂敷时的走速控制在0.6m/min-3m/min；采用涂布机将所述浆料均匀地涂敷到集流体的一面，其中通过调节加热箱温度控制器和风机变频器，将涂布机烘干系统中烘箱温度和风机的转速控制成以下三段：
第一段：低温区，烘箱温度为50-80℃，风机转速为20-30Hz；
第二段：中温区，烘箱温度为60-90℃，风机转速为30Hz；
第三段：高温区，烘箱温度为75-120℃，风机转速为35-50Hz，制成厚度为300-600微米的半干状态电极；
第二步骤：制备本发明电极材料厚度大于300微米的电极：
⑴将第一步骤中制成的半干状态电极置入烘箱中，以80-140℃烘干12小时以上，进行二次烘干；
⑵用双辊压机将二次烘干后的电极辊压成电极材料厚度大于300微米的电极，完成本发明锂离子电池用低固含量浆料的厚电极制备过程。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池用低固含量浆料的厚电极制备方法，其特征在于：第一步骤中所述固含量低于40%电极材料的浆料为：重量比80%的Li4Ti5O12、10%的碳黑及10%的PVdF，以NMP为溶剂的固含量为30%的糊状钛酸锂浆料；第二步骤中所述的电极材料厚度为350微米。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池用低固含量浆料的厚电极制备方法，其特征在于：第一步骤中所述固含量低于40%电极材料的浆料为：重量比85%的氟化碳、10%的碳黑及5%的CMC+SBR以水为溶剂的固含量为32%的糊状氟化碳浆料；第二步骤中所述的电极材料厚度为340微米。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的锂离子电池用低固含量浆料的厚电极制备方法，其特征在于：所述集流体为厚度15-20微米的铝箔或8-10微米的铜箔。
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