CN103682257B - 锂二次电池的正极电极制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂二次电池的正极电极制备工艺，该工艺包括：混粉、打胶、搅拌、导电骨架辊压、挤浆、刮浆、烘干、再次辊压与裁切工序，本发明的工艺用三维导电骨架制成电极装成的锂二次电池，其内阻低，电池容量增加，使用寿命延长，电化学性能优良；本发明工艺制备的锂二次电池的正极电极均匀，制作工艺简单、流程短、易控制，本发明的工艺效率高并适合于规模化生产。

Description

锂二次电池的正极电极制备工艺
技术领域
本发明涉及一种电化学二次电池的电极制备工艺，尤其是一种锂二次电池的正极电极制备工艺。
背景技术
锂二次电池自出现以来，就显示了它强大的生命力。随着活性材料特别是正极活性材料的发展，锂电池的各项性能都得到了很大的提高。这对于开发高能量、环保和安全稳定的锂二次动力电池具有很重要的意义，具有极大的市场前景和发展潜力。
目前，由于锂电正极活性材料特别是磷酸铁锂材料，比容量已基本达到了极限，要在材料结构上提高它的比容量其难度是非常巨大的，它的导电性能和高倍率放电性能也比较差。因此为了改善它的导电性能，必须在正极活性物质中添加5%左右的导电剂，电极制备方法普遍都是采用卧式涂履机在铜箔上涂履很薄的一层活性物质浆料。使用的涂履机不但复杂也非常庞大。单面或双面涂履，电极两面很难达到非常均匀一致。活性浆料涂在光面的金属箔材料上形成的只是一层薄膜，在充放电过程中由于电极活性材料的膨胀收缩产生膜与骨架之间的位移而容易脱皮，这对电池的循环寿命有很大的影响。因此从工艺上提高活性材料的填充量和电极的导电性能就成为了锂电池电极制备工艺深入研究的一个重大课题。
泡沫铝等泡沫金属材料是一种三维导电的电极骨架材料，在铝基体中均匀分布着大量由三维相互连通的空间网络构成的开孔和连通的孔洞，孔隙率最高可达98%。微观孔洞的通孔泡沫铝产品具有泡沫状结构以及金属铝所具有的优良导电、导热等性能。泡沫铝的导电性和延展性好，用于电池的电极基体材料，具有较为明显的优势，因此正受到业界的重视。泡沫铝在电极上的使用，在一定程度上改变了二次电池的放电机理，提高了电池整个体系综合电性能。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种工艺简单、电极活性物质填充量大、电极活性物质均匀性好、极片导电性能好、强度大的锂二次电池的电极及电极制备工艺。
按照本发明提供的技术方案，所述锂二次电池的正极电极制备工艺包括如下步骤：
a、将95~99重量份的正极活性材料和1~5重量份的导电剂放入混粉机混合均匀得到混合粉末；
b、将1~5重量份的聚偏氟乙烯和95~99重量份的N-甲基吡咯烷酮放入打浆机的浆斗里打成透明状胶体待用；
c、将混合粉末加入到打浆机的浆斗里，搅拌均匀，得到正极电极浆料；
d、将三维导电骨架辊压至原始厚度的65%~80%；
e、将辊压后的三维导电骨架浸入打浆机的浆斗里，通过浆斗里的挤浆辊在三维导电骨架内挤上正极电极浆料；
f、将已经挤上正极电极浆料的三维导电骨架表面用刮浆刀刮平；
g、将已经挤上正极电极浆料并刮平的三维导电浆带以竖直状态经过烘干炉进行烘干，烘干炉的温度控制在80~110℃，烘干时间控制在0.5~1.5小时；
h、将已经烘干的三维导电浆带辊压至原始厚度的45%~55%，再经过裁切得到锂二次电池的正极电极。
所述的三维导电骨架为泡沫铝、穿孔铝箔或者切拉铝箔中的一种。
所述正极活性材料为钴酸锂、锰酸锂，镍锰酸锂、磷酸铁锂中的一种或者它们两种或者两种以上的组合。
所述导电剂为乙炔黑、普通碳黑、超导碳黑或者石墨乳中的一种或者超导碳黑和石墨乳的混合物。
本发明的工艺用三维导电骨架制成正极电极装成的锂二次电池，其内阻低，电池容量增加，使用寿命延长，电化学性能优良；本发明工艺制备的锂二次电池的正极电极均匀，制作工艺简单、流程短、易控制，本发明的工艺效率高并适合于规模化生产。
附图说明
图1是本发明的设备配制图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
将三维导电骨架装上放卷装置1上放卷，并保持恒定的张力；进到托板3上通过调整辊2调整导电骨架的状态，以决定其涂履的量；三维导电骨架4进入浆料斗5，通过挤浆辊6换向，并利用挤浆辊6将浆料挤进三维导电骨架4内，精密刮浆刀7将表面挂的浆刮平后进入制膜炉8的右烘道9初步烘干后经过上换向轮11进入左烘道10再烘干，然后挂浆烘干的电极出制膜炉8通过下换向辊12进入双辊机13辗压就制成了正极电极14。
最后根据电池的要求裁好极片，焊上电极极耳，即可制成锂电池正极片。然后将其和隔膜、负极依次叠在一起卷绕成电芯，装壳、点底、焊盖帽、注液、封口、化成就可制成锂二次电池了。
本发明在挂浆以后采用柔性精密刮刀，将电极表面刮平整，由于三维导电骨架通孔率高，浆料两面串通，两面同时一次烘干，电极两面比较均匀。
对比例
a、将3重量份的聚偏氟乙烯和97重量份的N-甲基吡咯烷酮放入打浆机的浆斗里打成透明状胶体；
b、将95重量份的镍锰酸锂和5重量份的乙炔黑分别加入到打浆机浆斗透明状胶体里，搅拌均匀，得到正极电极浆料；
c、用涂履机将制得的正极浆料涂履在铝箔的一面上烘干、收卷，再翻转来将正极浆料涂履在铝箔的另一面、烘干；
d、用双辊将烘干的极片辗压成130~150微米厚；
e、将辗压后的极片经过裁切得到锂二次电池的正极电极；
f、然后将其和隔膜、负极依次叠在一起卷绕成电芯，装壳、点底、焊盖帽、注液、封口、化成制成锂二次电池。
经测试，以此工艺制成的18650型号的锂二次电池平均内阻32毫欧，平均容量在2000毫安时左右。
实施例1
一种锂二次电池的正极电极制备工艺包括如下步骤：
a、将95重量份的镍锰酸锂和1重量份的乙炔黑放入混粉机混合均匀得到混合粉末；
b、将1重量份的聚偏氟乙烯和95重量份的N-甲基吡咯烷酮放入打浆机的浆斗里打成透明状胶体待用；
c、将混合粉末加入到打浆机的浆斗里，与待用透明状胶体搅拌均匀，得到正极电极浆料；
d、将泡沫铝辊压至原始厚度的65%~80%；
e、将辊压后的泡沫铝浸入打浆机的浆斗里，通过浆斗里的挤浆辊在泡沫铝内挤上正极电极浆料；
f、将已经挤上正极电极浆料的泡沫铝表面用刮浆刀刮平；
g、将已经挤上正极电极浆料刮平的泡沫铝浆带以竖直状态经过制膜炉进行烘干，制膜炉的烘干温度控制在80~110℃，烘干时间控制在0.5~1.5小时；
h、将已经烘干的泡沫铝三维导电浆带辊压至原始厚度的45%~55%，再经过裁切得到锂二次电池的正极电极。
将对比例的锂二次电池中的正极电极替换成本实施例制成的正极电极并装配成18650型号的锂二次电池后，经测试，锂二次电池的内阻为23毫欧，相比对比例降低了9毫欧，锂二次电池的容量提高至2106毫安时，相比对比例提高了5.3%。
实施例2
一种锂二次电池的正极电极制备工艺包括如下步骤：
a、将97重量份的镍锰酸锂和3重量份的乙炔黑放入混粉机混合均匀得到混合粉末；
b、将3重量份的聚偏氟乙烯和97重量份的N-甲基吡咯烷酮放入打浆机的浆斗里打成透明状胶体待用；
c、将混合粉末加入到打浆机浆斗里待用的透明状胶体中，搅拌均匀，得到正极电极浆料；
d、将切拉铝网辊压至原始厚度的80%~95%；
e、将辊压后的微切拉铝网浸入打浆机的浆斗里，通过浆斗里的挤浆辊在微切拉铝网内挤上正极电极浆料；
f、将已经挤上正极电极浆料的微切拉铝网表面用刮浆刀刮平；
g、将已经挤上正极电极浆料刮平的微切拉铝网以竖直状态经过制膜炉进行烘干，制膜炉的烘干温度控制在80~110℃，烘干时间控制在0.5~1.5小时；
h、将已经挤上正极电极浆料烘干的微切拉铝网浆带辊压至原始厚度的45%~65%，再经过裁切得到锂二次电池的正极电极。
将对比例的锂二次电池中的正极电极替换成本实施例制成的正极电极并装配成18650型号的锂二次电池后，经测试，锂二次电池的内阻为25毫欧，相比对比例降低了7毫欧，锂二次电池的容量提高至2150毫安时，相比对比例提高了7.5%。
实施例3
一种锂二次电池的正极电极制备工艺包括如下步骤：
a、将99重量份的镍锰酸锂和5重量份的乙炔黑放入混粉机混合均匀得到混合粉末；
b、将5重量份的聚偏氟乙烯和99重量份的N-甲基吡咯烷酮放入打浆机的浆斗里打成透明状胶体待用；
c、将混合粉末加入到打浆机浆斗里的待用透明状胶体中，搅拌均匀，得到正极电极浆料；
d、将穿孔铝箔通过调整辊调整平整；
e、将调整后的微穿孔铝箔浸入打浆机的浆斗里，通过浆斗里的挤浆辊在微穿孔铝箔上涂上正极电极浆料；
f、将已经涂上正极电极浆料的微穿孔铝箔表面浆料用刮浆刀刮平；
g、将已经涂上浆料并刮平的微穿孔铝箔浆带以竖直状态经过烘干炉进行烘干，烘干炉的温度控制在80~110℃，烘干时间控制在0.5~1.5小时；
h、将已经烘干的微穿孔铝箔浆带辊压至原始厚度的55%~65%，再经过裁切得到锂二次电池的正极电极。
将对比例的锂二次电池中的正极电极替换成本实施例制成的正极电极并装配成18650型号的锂二次电池后，经测试，锂二次电池的内阻为26.3毫欧，相比对比例降低了5.7毫欧，锂二次电池的容量提高至2168毫安时，相比对比例提高了8.4%。
通过本发明工艺所制备的正极电极既能在减少添加导电剂的情况下提高电极电导率，降低电极的内阻；同时还增加了活性物质的填充量，提高电池的容量；克服了平面导电骨架电极强度差，充放电以后脱皮现象，提高了电池的综合性能。本发明的工艺方法简单，易于规模化生产，用此工艺生产的锂二次电池的综合性能优良。

Claims (1)

1.一种锂二次电池的正极电极制备工艺，其特征是该制备工艺包括如下步骤：
a、将95~99重量份的正极活性材料和1~5重量份的导电剂放入混粉机混合均匀得到混合粉末；
b、将1~5重量份的聚偏氟乙烯和95~99重量份的N-甲基吡咯烷酮放入打浆机的浆斗里打成透明状胶体待用；
c、将混合粉末加入到打浆机的浆斗里，搅拌均匀，得到正极电极浆料；
d、将三维导电骨架辊压至原始厚度的65%~80%；
e、将辊压后的三维导电骨架浸入打浆机的浆斗里，通过浆斗里的挤浆辊在三维导电骨架内挤上正极电极浆料；
f、将已经挤上正极电极浆料的三维导电骨架表面用刮浆刀刮平；
g、将已经挤上正极浆料并刮平的三维导电浆带以竖直状态经过烘干炉进行烘干，烘干炉的温度控制在80~110℃，烘干时间控制在0.5~1.5小时；
h、将已经烘干的三维导电浆带辊压至原始厚度的45%~55%，再经过裁切得到锂二次电池的正极电极；
所述的三维导电骨架为穿孔铝箔或者切拉铝箔；
所述正极活性材料为钴酸锂、锰酸锂，镍锰酸锂、磷酸铁锂中的一种或者两种以上的组合；
所述导电剂为普通碳黑、超导碳黑或者石墨乳中的一种或者超导碳黑和石墨乳的混合物。
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