CN103187555B - 一种锂离子动力电池正极极片的制作方法及采用该正极极片的锂离子动力电池 - Google Patents
一种锂离子动力电池正极极片的制作方法及采用该正极极片的锂离子动力电池 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于锂离子动力电池领域，特别涉及一种锂离子动力电池正极极片的制作方法及采用该正极极片的锂离子动力电池。该锂离子动力电池正极极片的制作方法中，所述的正极极片是由正极集流体和涂覆于正极材料制得，粘结剂、导电剂和正极活性物质组成的正极材料制得，所述正极极片的制备方法包括：将粘结剂加入到有机溶剂中使其溶解，然后依次加入导电剂和正极活性物质并混合均匀配成浆料；将所述的浆料涂布在正极集流体上，烘片、热压、裁片得到锂离子电池正极极片，所述的热压温度为60‑120度，所述的正极集流体为基体厚度14‑25微米的涂炭铝箔。该制作方法解决了现有技术中使用压延铝箔极流体时内阻偏大、能量密度偏低，以及使用冷压技术正极活性物质与集流体之间粘结力偏弱的缺点。
Description
技术领域
本发明属于锂离子动力电池领域，特别涉及一种锂离子动力电池正极极片的制作方法及采用该正极极片的锂离子动力电池。
背景技术
锂离子动力电池具有电压高，能量密度大，循环性能好，自放电小，无记忆效应，工作温度范围宽等优点。锂离子动力电池的制作工艺不断推陈出新，如申请号为200810216527.2的中国发明专利提供了一种聚合物锂离子电池的制备方法及电池,其方法包括以下步骤:a)制备正极片,将镍钴锰酸锂、导电剂、粘合剂溶解于正极溶剂中,制成正极浆料,将正极浆料涂覆于正极集流体上;b)制备负极片,将石墨、导电剂、粘合剂、增粘添加剂溶解于负极溶剂中,制成负极浆料,将负极浆料涂覆于负极集流体上;c)制备PVDF的DMC溶液,将聚偏氟乙烯(PVDF)溶解于碳酸二甲酯(DMC)中,制成PVDF的DMC溶液;d)将正极片和/或负极片放入PVDF溶液中浸泡;e)对正、负极片进行烘烤、热压后与备好的隔膜装配,注入备好的锂盐电解液。
锂离子动力电池的制造工艺中，一般使用压延铝箔作为作为正极集流体，集流体在动力电池中的主要作用是在粘结剂的作用下，与正极活性物质紧密结合，提供电子载体。目前，为保证正极活性物质与其紧密结合，需要添加足够多的粘结剂，否则影响粘结力，从而影响电池内阻和循环性能，粘结剂含量过多，活性物质含量降低，影响电池能量密度。锂离子动力电池的制作工艺中，一般使用冷压技术，即室温下，约为20-30度左右，将正极活性物质压缩至一定密度，其作用为提高电池的能量密度，以及使正极活性物质与正极集流体紧密结合，减小极化，降低内阻，增加循环性能。但是采用冷压技术制的的正极极片，活性物质与集流体之间的粘结力较弱，在电池使用循环过程中，极片逐步膨胀，粘结力减小，内阻逐步增大，影响循环性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能使由其得到的锂离子动力电池内阻低、循环性能好的锂离子动力电池正极极片的制作方法，该制作方法解决了现有技术中使用压延铝箔极流体时内阻偏大、能量密度偏低，以及使用冷压技术正极活性物质与集流体之间粘结力偏弱的缺点。
本发明还提供一种采用该制作方法制作的该正极极片的锂离子动力电池。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种锂离子动力电池正极极片的制作方法，所述的正极极片是由正极集流体和涂覆于正极材料制得，粘结剂、导电剂和正极活性物质组成的正极材料制得，其特征在于所述正极极片的制备方法包括：将粘结剂加入到有机溶剂中使其溶解，然后依次加入导电剂和正极活性物质并混合均匀配成浆料；将所述的浆料涂布在正极集流体上，烘片、热压、裁片得到锂离子电池正极极片，所述的热压温度为60-120度，所述的正极集流体为基体厚度14-25微米的涂炭铝箔。
作为优选，所述的热压温度为75-105度。
作为优选，所述的涂炭铝箔的炭涂层单向厚度为0.5-3微米，所述的碳涂层为导电炭黑。所述的涂炭铝箔基体采用厚度为14-25微米的压延铝箔，以导电炭黑为活性物质，炭涂层单向厚度为0.5-3微米。优选厚度为15-20微米的压延铝箔，炭涂层单向厚度为0.8-1.5微米。
作为优选，所述正极活性物质为磷酸铁锂或镍钴锰氧化物；所述粘结剂为聚偏二氟乙烯，所述聚偏二氟乙烯分子量为300000-1200000，以正极材料的重量为基准，所述粘结剂的用量为3-10%；所述聚偏二氟乙烯分子量优选为500000-1100000，重量比优选为4-8.5%。所述有机溶剂为N-N-二甲基吡咯烷酮，以正极材料的重量为基准，所述有机溶剂的用量为60-200%，优选为100-150%；所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管和鳞状石墨中的一种或几种，以正极材料的重量为基准，所述导电剂的用量为1-10%。导电剂优选为导电炭黑和碳纳米管的混合物，用量优选为3-6%。
作为优选，所述浆料的涂布速度在5-20m/min。
一种软包装锂离子动力电池，所述电池包括正极极片、隔膜、负极极片、电解液、极耳和铝塑膜，所述的正极极片是由上述的制作方法制得。
在本发明提供的软包装锂离子动力电池正极极片的制作方法中，将所述配好的浆料涂布在集流体上，然后烘片、热压、裁片得到锂离子电池正极极片。涂布方式可以采用滚涂或者喷涂方式，优选喷涂；烘干温度一般为70-150度，优选80-145度；涂布速度为5-20m/min，优选6-15m/min；涂布面密度为130-400g/m2，优选140-380g/m2；热压温度为60-120度，优选75-105度；裁片采用分切机进行裁切，裁切速度5-40m/min，优选7-35m/min。
本发明的有益效果是：
（1）正极极片采用涂炭铝箔做为集流体，极片内阻降低，粘结力提高，由其制作的电池循环性能更好，循环过程过中内阻变化小；
（2）正极极片采用热压工艺，增强集流体与活性物质的粘结力，由其制作的电池循环性能更好，综合性能提高。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。
实施例
1
分别称取碳含量为1.8%的正极活性物质磷酸铁锂（LFP）10Kg、分子量1000000的粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）0.5Kg、0.35Kg的导电炭黑、0.05Kg的碳纳米管、11Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮（NMP）。首先将PVDF均匀溶解在6.667Kg的NMP中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质LFP和剩余的NMP，均匀混合，获得正极浆料。
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定85-95-105-115-125-135度，以10m/min的速度，涂覆在整体厚度为22微米的涂炭铝箔上，涂布面密度280g/m2，所述的涂炭铝箔基体采用厚度为20微米的压延铝箔，炭涂层为导电炭黑，炭涂层单向厚度为1微米；然后使用碾压机进行热压，热压温度设定为105度；使用分切机进行裁切，速度35m/min，得到正极极片。
实施例
2
分别称取碳含量为1.8%的正极活性物质磷酸铁锂（LFP）10Kg、分子量1000000的粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）0.5Kg、0.35Kg的导电炭黑、0.05Kg的碳纳米管、11Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮（NMP）。首先将PVDF均匀溶解在6.667Kg的NMP中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质LFP和剩余的NMP，均匀混合，获得正极浆料。
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定85-95-105-115-125-135度，以10m/min的速度，涂覆在整体厚度为22微米的涂炭铝箔上，涂布面密度280g/m2，所述的涂炭铝箔基体采用厚度为21微米的压延铝箔，炭涂层为导电炭黑，炭涂层单向厚度为0.5微米；然后使用碾压机进行热压，热压温度设定为75度；使用分切机进行裁切，速度25m/min，得到正极极片。
实施例
3
分别称取碳含量为1.8%的正极活性物质磷酸铁锂（LFP）10Kg、分子量1000000的粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）0.5Kg、0.35Kg的导电炭黑、0.05Kg的碳纳米管、11Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮（NMP）。首先将PVDF均匀溶解在6.667Kg的NMP中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质LFP和剩余的NMP，均匀混合，获得正极浆料。
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定85-95-105-115-125-135度，以10m/min的速度，涂覆在整体厚度为16微米的涂炭铝箔上，涂布面密度280g/m2，所述的涂炭铝箔基体采用厚度为14微米的压延铝箔，炭涂层为导电炭黑，炭涂层单向厚度为1微米；然后使用碾压机进行热压，热压温度设定为90度；使用分切机进行裁切，速度30m/min，得到正极极片。
实施例
4
分别称取碳含量为1.8%的正极活性物质镍钴锰氧化物（NCM）10Kg、分子量1000000的粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）0.5Kg、0.35Kg的导电炭黑、0.05Kg的碳纳米管、11Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮（NMP）。首先将PVDF均匀溶解在6.667Kg的NMP中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质LFP和剩余的NMP，均匀混合，获得正极浆料。
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定85-95-105-115-125-135度，以10m/min的速度，涂覆在整体厚度为25微米的涂炭铝箔上，涂布面密度280g/m2，所述的涂炭铝箔基体采用厚度为22微米的压延铝箔，炭涂层为导电炭黑，炭涂层单向厚度为1.5微米；然后使用碾压机进行热压，热压温度设定为100度；使用分切机进行裁切，速度30m/min，得到正极极片。
实施例
5
分别称取碳含量为1.8%的正极活性物质磷酸铁锂（LFP）10Kg、分子量1100000的粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）0.45Kg、0.35Kg的导电炭黑、0.05Kg的碳纳米管、12Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮（NMP）。首先将PVDF均匀溶解在6.667Kg的NMP中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质LFP和剩余的NMP，均匀混合，获得正极浆料。
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定85-95-105-115-125-135度，以10m/min的速度，涂覆在整体厚度为22微米的涂炭铝箔上，涂布面密度280g/m2，所述的涂炭铝箔基体采用厚度为20.4微米的压延铝箔，炭涂层为导电炭黑，炭涂层单向厚度为0.8微米；然后使用碾压机进行热压，热压温度设定为60度；使用分切机进行裁切，速度35m/min，得到正极极片。
实施例
6
分别称取碳含量为2.5%的正极活性物质磷酸铁锂（LFP）10Kg、分子量1100000的粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）0.45Kg、0.2Kg的导电炭黑、0.2Kg的碳纳米管、12Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮（NMP）。首先将PVDF均匀溶解在6.667Kg的NMP中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质LFP和剩余的NMP，均匀混合，获得正极浆料。
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定85-95-105-115-125-135度，以10m/min的速度，涂覆在厚度为31微米的涂炭铝箔上，涂布面密度280g/m2，所述的涂炭铝箔基体采用厚度为25微米的压延铝箔，炭涂层为导电炭黑，炭涂层单向厚度为3微米；然后使用碾压机进行热压，热压温度设定为120度；使用分切机进行裁切，速度35m/min，得到正极极片。
实施例
7
分别称取碳含量为2.5%的正极活性物质磷酸铁锂（LFP）10Kg、分子量1000000的粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）0.5Kg、0.2Kg的导电炭黑、0.2Kg的碳纳米管、12Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮（NMP）。首先将PVDF均匀溶解在6.667Kg的NMP中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质LFP和剩余的NMP，均匀混合，获得正极浆料。
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定80-90-100-110-120-130度，以8m/min的速度，涂覆在整体厚度为24微米的涂炭铝箔上，涂布面密度280g/m2，所述的涂炭铝箔基体采用厚度为20微米的压延铝箔，炭涂层为导电炭黑，炭涂层单向厚度为2微米；然后使用碾压机进行热压，热压温度设定为90度；使用分切机进行裁切，速度35m/min，得到正极极片。
对比例
1
分别称取碳含量为1.8%的正极活性物质磷酸铁锂（LFP）10Kg、分子量1000000的粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）0.5Kg、0.35Kg的导电炭黑、0.05Kg的碳纳米管、11Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮（NMP）。首先将PVDF均匀溶解在6.667Kg的NMP中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质LFP和剩余的NMP，均匀混合，获得正极浆料。
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定85-95-105-115-125-135度，以10m/min的速度，涂覆在厚度为20微米的压延铝箔上，涂布面密度280g/m2；然后使用碾压机进行冷压（室温25度）；使用分切机进行裁切，速度35m/min，得到正极极片。
对比例
2
分别称取碳含量为1.8%的正极活性物质磷酸铁锂（LFP）10Kg、分子量1000000的粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）0.5Kg、0.35Kg的导电炭黑、0.05Kg的碳纳米管、11Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮（NMP）。首先将PVDF均匀溶解在6.667Kg的NMP中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质LFP和剩余的NMP，均匀混合，获得正极浆料。
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定85-95-105-115-125-135度，以10m/min的速度，涂覆在厚度为20微米的压延铝箔上，涂布面密度280g/m2；然后使用碾压机进行热压，热压温度设定为110度；使用分切机进行裁切，速度35m/min，得到正极极片。
对比例
3
分别称取碳含量为1.8%的正极活性物质磷酸铁锂（LFP）10Kg、分子量1000000的粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）0.5Kg、0.35Kg的导电炭黑、0.05Kg的碳纳米管、11Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮（NMP）。首先将PVDF均匀溶解在6.667Kg的NMP中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质LFP和剩余的NMP，均匀混合，获得正极浆料。
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定85-95-105-115-125-135度，以10m/min的速度，涂覆在整体厚度为22微米的涂炭铝箔上，涂布面密度280g/m2，所述的涂炭铝箔基体采用厚度为20微米的压延铝箔，炭涂层为导电炭黑，炭涂层单向厚度为1微米；然后使用碾压机进行冷压（室温25度）；使用分切机进行裁切，速度35m/min，得到正极极片。
电性能测试：
制作锂离子动力电池型号为20Ah。测定方法为：在25度下将电流以20A恒定电流充电至3.6V，然后转恒压充电，截至电流1000mA；搁置5分钟，以20A恒定电流放电至2.0V，测定得到电池的初始放电容量；搁置5分钟后，重复上述步骤2000次，作连续的充放电测试，得到电池2000次循环后的容量剩余率，按照下式计算2000次循环后电池的容量剩余率。
容量剩余率=2000次循环后放电容量/初始放电容量×100%。
测定循环前、后电池的交流内阻。
电性能测试结果见表1。从表中可知，本发明专利实施1-7的电池初始内阻，比对比例低27%-37%；在2000次循环后内阻上升29-34%，低于实施例的49-84%；循环2000次后容量保持率为84-86%，高于对比例的80-83%。因此本发明方法制作的电池正极极片用于电池中时，内阻低，循环性能良好。由表1对比数据可知：电池正极极片采用热压工艺（热压温度60-120度），正极集流体采用单向涂覆厚度为0.5-3微米的涂炭铝箔，由此制得的锂离子动力电池循环衰减减缓，可以有效提升动力电池的循环寿命；动力电池循环过程中内阻上升缓慢，可以有效减少电池在循环过程中的发热量，有利于整组电池的热控制，增加电池的可靠性。
表1 电性能测试结果
上述实施例只是用于说明和解释本发明的内容，不能构成对本发明范围的限制。尽管发明人已经对本发明做了较为详细地列举，但是，本领域的技术人员根据发明内容部分和实施例所揭示的内容，能对所描述的具体实施例做各种各样的修改或/和补充或采用类似的方式来替代是显然的。
Claims (4)
1.一种锂离子动力电池正极极片的制作方法，所述的正极极片是由正极集流体和涂覆于正极集流体表面的正极材料制得，所述正极材料由粘结剂、导电剂和正极活性物质组成，其特征在于所述正极极片的制备方法包括：分别称取碳含量为1.8%的正极活性物质磷酸铁锂10Kg、分子量1000000的粘结剂聚偏二氟乙烯0.5Kg、0.35Kg的导电炭黑、0.05Kg的碳纳米管、11Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮；首先将聚偏二氟乙烯均匀溶解在6.667Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质磷酸铁锂和剩余的N-N-二甲基吡咯烷酮，均匀混合，获得正极浆料；
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定85-95-105-115-125-135℃，以10m/min的速度，涂覆在整体厚度为22微米的涂炭铝箔上，涂布面密度280g/m2，所述的涂炭铝箔基体采用厚度为21微米的压延铝箔，炭涂层为导电炭黑，炭涂层单向厚度为0.5微米；然后使用碾压机进行热压，热压温度设定为75℃；使用分切机进行裁切，速度25m/min，得到正极极片。
2.一种锂离子动力电池正极极片的制作方法，所述的正极极片是由正极集流体和涂覆于正极集流体表面的正极材料制成，所述正极材料由粘结剂、导电剂和正极活性物质组成，其特征在于所述正极极片的制备方法包括：分别称取碳含量为2.5%的正极活性物质磷酸铁锂10Kg、分子量1100000的粘结剂聚偏二氟乙烯0.45Kg、0.2Kg的导电炭黑、0.2Kg的碳纳米管、12Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮；首先将聚偏二氟乙烯均匀溶解在6.667Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质磷酸铁锂和剩余的N-N-二甲基吡咯烷酮，均匀混合，获得正极浆料；
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定85-95-105-115-125-135℃，以10m/min的速度，涂覆在整体厚度为31微米的涂炭铝箔上，涂布面密度280g/m2，所述的涂炭铝箔基体采用厚度为25微米的压延铝箔，炭涂层为导电炭黑，炭涂层单向厚度为3微米；然后使用碾压机进行热压，热压温度设定为120℃；使用分切机进行裁切，速度35m/min，得到正极极片。
3.一种锂离子动力电池正极极片的制作方法，所述的正极极片是由正极集流体和涂覆于正极集流体表面的正极材料制成，所述正极材料由粘结剂、导电剂和正极活性物质组成，其特征在于所述正极极片的制备方法包括：分别称取碳含量为2.5%的正极活性物质磷酸铁锂10Kg、分子量1000000的粘结剂聚偏二氟乙烯0.5Kg、0.2Kg的导电炭黑、0.2Kg的碳纳米管、12Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮；首先将聚偏二氟乙烯均匀溶解在6.667Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质磷酸铁锂和剩余的N-N-二甲基吡咯烷酮，均匀混合，获得正极浆料；
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定80-90-100-110-120-130℃，以8m/min的速度，涂覆在整体厚度为24微米的涂炭铝箔上，涂布面密度280g/m2，所述的涂炭铝箔基体采用厚度为20微米的压延铝箔，炭涂层为导电炭黑，炭涂层单向厚度为2微米；然后使用碾压机进行热压，热压温度设定为90℃；使用分切机进行裁切，速度35m/min，得到正极极片。
4.一种软包装锂离子动力电池，所述电池包括正极极片、隔膜、负极极片、电解液、极耳和铝塑膜，其特征在于，所述的正极极片是由权利要求1或2或3所述的制作方法制得。
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