CN103151491A - 电极及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电极及其制造方法，该电极通过混浆、涂覆、干燥、碾压以及切割成型制成，包括集流体以及涂覆在集流体表面的电极材料层，电极材料层表面经粗糙化处理，呈峰谷状排布，电极材料层表面粗糙化处理在干燥、碾压或者切割成型三者任一之后。本发明通过改变电极表面的形貌，提高了电极表面的比表面积，使得电极具有高比表面积，不会降低电极活性物质的涂覆量，同时增加了电极对电解液的吸收速率及吸液量，从而打破了倍率与容量不可兼得的规律，使得锂电池既有高容量密度又提升锂电池倍率性能，使得锂电池具有高倍率充放电特性，高的电极活性物质的涂覆量更好控制锂电池的制成稳定性，不会产生漏箔的隐患，大大降低了锂电池的安全隐患。
Description
【技术领域】
本发明涉及电池能源领域，尤其涉及一种电极及其制造方法。
【背景技术】
近年来，低碳经济已经成为国内外的热点话题。作为低碳经济的一个最重要的组成部分“低碳出行”备受社会各界关注。在这个大环境的背景下，在消费电子行业广泛应用的锂电池作为新型能源动力电池被人们认为是最适合应用于能达到零排放的低碳汽车上的清洁能源载体。
然而，从电子市场向动力电池的产业升级，很难获得在高容量密度下仍有良好的倍率性能的锂电池。同时，由于传统锂电池制程能力及制程控制能力有限，锂电池还存在制程一致性及倍率放电能力的问题，使得锂电池性能不能满足动力电池的要求。
传统的提升锂电池倍率性能的方式是采用延长电极的面积、降低活性物质的涂覆量的方式来实现，采用这种方式虽然能够提高锂电池的倍率性能，但是降低活性物质的涂覆量，不可避免会增加了基体材料的相对使用量，相同尺寸的电池的能量密度就会随之下降。同时，为了获得最高倍率的充放电性能，过薄的涂覆量会导致涂覆过程难以控制，同时极易产生漏箔的风险，造成安全隐患。
【发明内容】
有鉴于此，有必要提供一种使得锂电池容量密度下具有高倍率性能的电极。
此外，还提供一种上述电极制造方法。
一种电极，通过混浆、涂覆、干燥、碾压以及切割成型制成，包括集流体以及涂覆在所述集流体表面的电极材料层，所述电极材料层表面经粗糙化处理，呈峰谷状排布，所述电极材料层表面粗糙化处理在干燥、碾压或者切割成型三者任一之后。
优选的，所述电极材料层表面粗糙化处理通过激光刻蚀或者机械加工的方式实现。
优选的，所述电极材料层表面峰谷落差距离为电极材料层单面涂覆厚度的30％至70％。
优选的，所述电极材料层表面峰谷落差距离为电极材料层单面涂覆厚度的50±5％。
优选的，所述电极材料层包含有电极活性物质；所述电极活性物质的粒径不大于30微米。
优选的，所述电极活性物质的粒径不大于12微米。
一种电极制造方法，包括如下步骤：
混浆，制备电极浆料；
将电极浆料涂覆于集流体上，并进行干燥，在集流体上形成电极材料层；
碾压以及裁剪成型；
在干燥、碾压或者裁切成型三者任一步骤之后对电极材料层表面进行粗糙化处理，使电极材料层表面呈峰谷状结构。
优选的，所述对电极材料层表面粗糙化处理的步骤通过激光刻蚀或者机械加工的方式实现。
优选的，所述粗糙化处理的步骤中，所述电极材料层表面峰谷落差距离为电极材料层单面涂覆厚度的30％至70％。
优选的，所述电极材料层表面峰谷落差距离为电极材料层单面涂覆厚度的50±5％。
优选的，所述混浆步骤是将电极活性物质、导电剂和粘合剂进行混浆，所述方法还包括控制所述电极活性物质的步骤，控制所述电极活性物质的粒径不大于30微米。
优选的，所述电极活性物质的粒径不大于12微米。
上述电极及其制造方法，电极材料层表面粗糙化处理，呈峰谷状结构，通过改变电极表面的形貌，提高了电极表面的比表面积，使得电极具有高比表面积，不会降低活性物质的涂覆量，同时增加了电极对电解液的吸收速率及吸液量，从而打破了倍率与容量不可兼得的规律，使得锂电池既有高容量密度又提升锂电池倍率性能，使得锂电池具有高倍率充放电特性，降低集流体材料的使用量，降低了电池的成本，高的活性物质的涂覆量更好控制锂电池的制成稳定性，不会产生漏箔的隐患，大大降低了锂电池的安全隐患。
【附图说明】
图1是一个实施例中电极的结构示意图；
图2是图1所示电极的表面形貌图；
图3是传统电极表面形貌图。
【具体实施方式】
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。
图1是一个实施例中电极的结构示意图，图2是图1所示电极的表面形貌图，图3是传统电极表面形貌图。结合图1和图3，该电极100通过混浆、涂覆、干燥、碾压、切割成型制成，包括集流体(图未示)以及涂覆于集流体表面的电极材料层110。电极材料层110的表面经粗糙化处理，呈峰谷状排布。
电极材料层110包含有电极活性物质、导电剂和粘接剂等。电极活性物质、导电剂和粘接剂等进行混浆，形成浆料。浆料涂覆在集流体表面并进行干燥。浆料经干燥后在集流体上形成电极材料层110，即电极材料层110形成在干燥步骤后。电极材料层110表面粗糙化处理在干燥、碾压或者切割成型三者任一步骤之后，优选的在干燥步骤之后。电极材料层110的表面粗糙化处理通过激光刻蚀或者机械加工的方式实现。电极材料层110的表面经粗糙化处理后呈规则的循环峰谷状结构。
电池材料层110表面粗糙化处理的程度与电池材料层110于集流体上的涂覆厚度相关。在优选的实施方式中，电池材料层110表面粗糙化处理的程度为电极材料层110单面涂覆厚度的30％至70％，优选为50±5％，即电极材料层110表面峰谷之间的落差距离为电极材料层110单面涂覆厚度的30％至70％，优选为50％。
同时，进一步提升电极100和锂电池的性能，该电极100还控制电极活性物质的粒径。在优选的实施方式中，电极活性物质的粒径不大于30微米，优选的不大于12微米。
实施例1
该实施例中，电极100采用激光刻蚀的方式对电极材料层110表面进行粗糙化处理，粗糙化程度控制在电极材料层110单面涂覆量的50％，即峰谷落差距离为电极材料层110单面涂覆量的50％，粗糙化处理在电极100被干燥之后，然后进行碾压和裁切成型。电极100的电极活性物质粒径不大于12微米。同时使用该电极100采用传统的圆柱形卷曲工艺制备成锂电池。
测试评估电极100的吸液速率及吸液量，测试使用该电极100制备锂电池的倍率性能及倍率循环寿命，测试数据如表1所示：
表1
实施例2
该实施例中，电极100采用激光刻蚀的方式对电极材料层110表面进行粗糙化处理，粗糙化程度控制在电极材料层110单面涂覆量的50％，即峰谷落差距离为电极材料层110单面涂覆量的50％，粗糙化处理在电极100被干燥之后，然后进行碾压和裁切成型。电极100的电极活性物质粒径不大于30微米。同时使用该电极100采用传统的圆柱形卷曲工艺制备成锂电池。
测试评估电极100的吸液速率及吸液量，测试使用该电极100制备锂电池的倍率性能及倍率循环寿命，测试数据如表2所示：
表2
实施例3
该实施例中，电极100采用激光刻蚀的方式对电极材料层110表面进行粗糙化处理，粗糙化程度控制在电极材料层110单面涂覆量的30％，即峰谷落差距离为电极材料层110单面涂覆量的30％，粗糙化处理在电极100被干燥之后，然后进行碾压和裁切成型。电极100的电极活性物质粒径不大于12微米。同时使用该电极100采用传统的圆柱形卷曲工艺制备成锂电池。
测试评估电极100的吸液速率及吸液量，测试使用该电极100制备锂电池的倍率性能及倍率循环寿命，测试数据如表3所示：
表3
实施例4
该实施例中，电极100采用激光刻蚀的方式对电极材料层110表面进行粗糙化处理，粗糙化程度控制在电极材料层110单面涂覆量的40％，即峰谷落差距离为电极材料层110单面涂覆量的40％，粗糙化处理在电极100被干燥之后，然后进行碾压和裁切成型。电极100的电极活性物质粒径不大于12微米。同时使用该电极100采用传统的圆柱形卷曲工艺制备成锂电池。
测试评估电极100的吸液速率及吸液量，测试使用该电极100制备锂电池的倍率性能及倍率循环寿命，测试数据如表4所示：
表4
实施例5
该实施例中，电极100采用激光刻蚀的方式对电极材料层110表面进行粗糙化处理，粗糙化程度控制在电极材料层110单面涂覆量的60％，即峰谷落差距离为电极材料层110单面涂覆量的60％，粗糙化处理在电极100被干燥之后，然后进行碾压和裁切成型。电极100的电极活性物质粒径不大于12微米。同时使用该电极100采用传统的圆柱形卷曲工艺制备成锂电池。
测试评估电极100的吸液速率及吸液量，测试使用该电极100制备锂电池的倍率性能及倍率循环寿命，测试数据如表5所示：
表5
实施例6
该实施例中，电极100采用激光刻蚀的方式对电极材料层110表面进行粗糙化处理，粗糙化程度控制在电极材料层110单面涂覆量的70％，即峰谷落差距离为电极材料层110单面涂覆量的70％，粗糙化处理在电极100被干燥之后，然后进行碾压和裁切成型。电极100的电极活性物质粒径不大于12微米。同时使用该电极100采用传统的圆柱形卷曲工艺制备成锂电池。
测试评估电极100的吸液速率及吸液量，测试使用该电极100制备锂电池的倍率性能及倍率循环寿命，测试数据如表6所示：
表6
实施例7
该实施例中，电极100采用激光刻蚀的方式对电极材料层110表面进行粗糙化处理，粗糙化程度控制在电极材料层110单面涂覆量的50％，即峰谷落差距离为电极材料层110单面涂覆量的50％，粗糙化处理在电极100碾压或者裁切成型步骤之后。电极100的电极活性物质粒径不大于12微米。同时使用该电极100采用传统的圆柱形卷曲工艺制备成锂电池。
测试评估电极100的吸液速率及吸液量，测试使用该电极100制备锂电池的倍率性能及倍率循环寿命，测试数据如表7所示：
表7
对比例1
传统电极，电极活性物质粒径不大于12微米，未经粗糙化处理。
测试电极的吸液速率及吸液量，测试采用该电极制备锂电池的倍率性能和倍率循环寿命，测试数据如表8所示：
表8
对比例2
传统电极，电极活性物质粒径不大于30微米，未经粗糙化处理。
测试电极的吸液速率及吸液量，测试采用该电极制备锂电池的倍率性能和倍率循环寿命，测试数据如表9所示：
表9
将上述实施例1至7中的电极100和使用实施例1至7中的电极100制备的锂电池的测试数据与对比例1和2的测试数据进行对比，该电极100相比较传统电极，比表面积大大增加的同时吸收速率和吸液量大大提升。使用该电极100制备的锂电池与传统锂电池相比较，不但具有高容量密度，倍率性能和倍率循环寿命也大大提升。且电极100粗糙化程度控制在电极材料层110单面涂覆量的50％、粗糙化处理在电极100被干燥之后、电极活性物质粒径不大于12微米时具有最好效果、提升最大。
该电极100，电极材料层110表面粗糙化处理，呈峰谷状结构，通过改变电极100表面的形貌，提高了电极100表面的比表面积，使得电极100具有高比表面积，不会降低电极活性物质的涂覆量，同时增加了电极100对电解液的吸收速率及吸液量，从而打破了倍率与容量不可兼得的规律，使得锂电池既有高容量密度又提升锂电池倍率性能，使得锂电池具有高倍率充放电特性，降低集流体材料的使用量，降低了电池的成本，高的电极活性物质的涂覆量更好控制锂电池的制成稳定性，不会产生漏箔的隐患，大大降低了锂电池的安全隐患。该电极100可应用于圆柱形卷曲电池、方形卷曲电池以及方形叠片等工艺制备的电池。
此外，提供一种上述电极制造方法，包括：
混浆，制备电极浆料；
将电极浆料涂覆于集流体上，并进行干燥，在集流体上形成电极材料层；
碾压以及裁剪成型；
在干燥、碾压或者裁切成型三者任一步骤之后对电极材料层表面进行粗糙化处理，使电极材料层表面呈峰谷状结构。
该实施例中，混浆，制备电极浆料是将电极活性物质、导电剂和粘合剂混浆，制成电极浆料，具体为：首先将用于制备电极所用的粘结剂溶解于溶剂中，通过机械高速分散制备出均匀、稳定的胶液；然后分步次将电极活性物质、导电剂添加到胶液中，加入过程中不断地用高速的机械搅拌将浆料分散成均匀的、稳定的浆料。在其他实施例中，混浆时，还可加入其它材料。
涂覆和干燥的步骤具体为：将含有电极活性物质、导电剂和粘合剂的电极浆料均匀的涂覆于集流体表面(正极电极对应正极活性物质以及正极集流体，负极电极对应负极活性物质以及负极集流体)，将涂覆电极浆料的集流体直接通过热对流干燥烘箱，通过热风将电极浆料中的溶剂带走，使干燥的电极浆料沉积到集流体表面，形成电极材料层。
电极材料层的表面粗糙化处理通过激光刻蚀或者机械加工的方式实现。电极材料层的表面经粗糙化处理后呈规则的循环峰谷状结构。
电池材料层表面粗糙化处理的程度与电池材料层在集流体上的涂覆厚度相关。在优选的实施方式中，电池材料层表面粗糙化处理的程度为电极材料层单面涂覆厚度的30％至70％，优选为50％，即电极材料层表面峰谷之间的落差距离为电极材料层单面涂覆厚度的30％至70％，优选为50±5％。
同时，进一步提升电极和锂电池的性能，该方法还包括控制电极活性物质粒径的步骤。在优选的实施方式中，控制电极活性物质的粒径不大于30微米，优选的不大于12微米。
该电极制造方法制造的电极可应用于圆柱形卷曲电池、方形卷曲电池以及方形叠片等工艺制备的电池中。
上述电极及其制造方法，电极材料层表面粗糙化处理，呈峰谷状结构，通过改变电极表面的形貌，提高了电极表面的比表面积，使得电极具有高比表面积，不会降低电极活性物质的涂覆量，同时增加了电极对电解液的吸收速率及吸液量，从而打破了倍率与容量不可兼得的规律，使得锂电池既有高容量密度又提升锂电池倍率性能，使得锂电池具有高倍率充放电特性，降低集流体材料的使用量，降低了电池的成本，高的电极活性物质的涂覆量更好控制锂电池的制成稳定性，不会产生漏箔的隐患，大大降低了锂电池的安全隐患。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种电极，通过混浆、涂覆、干燥、碾压以及切割成型制成，包括集流体以及涂覆在所述集流体表面的电极材料层，其特征在于，所述电极材料层表面经粗糙化处理，呈峰谷状排布，所述电极材料层表面粗糙化处理在干燥、碾压或者切割成型三者任一之后。
2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述电极材料层表面粗糙化处理通过激光刻蚀或者机械加工的方式实现。
3.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述电极材料层表面峰谷落差距离为电极材料层单面涂覆厚度的30％至70％。
4.根据权利要求3所述的电极，其特征在于，所述电极材料层表面峰谷落差距离为电极材料层单面涂覆厚度的50±5％。
5.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述电极材料层包含有电极活性物质；所述电极活性物质的粒径不大于30微米。
6.根据权利要求5所述的电极，其特征在于，所述电极活性物质的粒径不大于12微米。
7.一种电极制造方法，包括如下步骤：
混浆，制备电极浆料；
将电极浆料涂覆于集流体上，并进行干燥，在集流体上形成电极材料层；
碾压以及裁剪成型；
在干燥、碾压或者裁切成型三者任一步骤之后对电极材料层表面进行粗糙化处理，使电极材料层表面呈峰谷状结构。
8.根据权利要求7所述的电极制造方法，其特征在于，所述对电极材料层表面粗糙化处理的步骤通过激光刻蚀或者机械加工的方式实现。
9.根据权利要求7所述的电极制造方法，其特征在于，所述粗糙化处理的步骤中，所述电极材料层表面峰谷落差距离为电极材料层单面涂覆厚度的30％至70％。
10.根据权利要求9所述的电极制造方法，其特征在于，所述电极材料层表面峰谷落差距离为电极材料层单面涂覆厚度的50±5％。
11.根据权利要求7所述的电极制造方法，其特征在于，所述混浆步骤是将电极活性物质、导电剂和粘合剂进行混浆，所述方法还包括控制所述电极活性物质的步骤，控制所述电极活性物质的粒径不大于30微米。
12.根据权利要求11所述的电极制造方法，其特征在于，所述电极活性物质的粒径不大于12微米。
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