CN104037447B - 一种含厚极片的扣式锂离子电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种含厚极片的扣式锂离子电池的制备方法，包括：(1)通过浆料拉片机把正极活性物质、导电剂和粘结剂混合而成的浆料粘附于带状金属集流体上，经过干燥、压实得正极片；或通过粉末压片机把浆料干燥、研磨后的粉末压附于金属集流体上，干燥后得正极片。(2)通过浆料拉片机把负极活性物质、导电剂和粘结剂混合而成的浆料粘附于带状金属集流体上，经过干燥、压实得负极片。(3)将正极片、负极片、多孔隔膜、以及由非水有机溶剂和导电盐组成的电解液，经过正负极片在电液中润湿、组装、封口等过程而形成含厚极片的扣式锂离子电池。本发明所制备的含厚极片的扣式锂离子电池，采用简单方便、无尺寸限制、制作工艺简单、经济。

Description

一种含厚极片的扣式锂离子电池的制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，涉及一种含厚极片的扣式锂离子电池的制备方法，尤其涉及一种含厚极片的扣式锂离子电池的正极片制备、负极片制备和电池组装等。
背景技术
锂离子电池具有开路电压高、比能量大、循环寿命长、安全性能好、自放电小、而且其质量轻、体积小，更能满足现代社会用电设备的小型化和轻量化的要求，在很多便携式用电器中，对具有容量高、安全性好、性能稳定等特点的锂离子电池也有很大的需求，因此锂离子被广泛应用已是大势所趋。
现有技术中，软包、钢壳、铝壳锂离子电池受到一定的尺寸限制，而扣式锂离子电池可以弥补因尺寸限制而无法在一些小型电器上使用的不足，且扣式锂离子电池可以充放电，可以替代锌氧化银、碱性锌二氧化锰和锂二氧化锰等只能一次性的扣式电池，使扣式锂离子电池在光动能石英手表、机械能石英手表、IT产业的支撑电源领域将广泛应用。
对于扣式锂离子电池来讲，现在的大部分扣式锂离子电池的电池采用卷绕或叠片或旋片，目前的许多方法对应大尺寸的电池，而对于尺寸特别小的电池难以实现，即使实现，但成本很高，不经济。因此，制作一种可以满足尺寸很小的扣式锂离子电池的极片尤为重要。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种含厚极片的扣式锂离子电池的制备方法，包括：(1)通过浆料拉片机把正极活性物质、导电剂和粘结剂混合而成的浆料粘附于带状金属集流体上，经过干燥、压实得到正极片；或通过粉末压片机把浆料干燥、研磨后的粉末压附于金属集流体上，干燥后得到正极片。(2)通过浆料拉片机把负极活性物质、导电剂和粘结剂混合而成的浆料粘附于带状金属集流体上，经过干燥、压实得到负极片。(3)将正极片、负极片、多孔隔膜、以及由非水有机溶剂和导电盐组成的电解液，经过正负极片在电液中润湿、组装、封口等过程而形成含厚极片的扣式锂离子电池。
优选的，所述正极片和负极片的厚度为0.18mm-2mm。
具体来说，包括两种制备方法。
1.浆料拉片法制备极片。将正（负）极活性物质、导电剂、粘结剂分别在真空干燥箱中干燥一定时间后，根据三者的配比称量，将正负极极活性物质和导电剂通过超声波粉碎、高能球磨、常温常压搅拌、真空搅拌等中的一种方法混合均匀，同时把粘结剂溶解在相关溶剂中。当粘结剂完全溶解后加入分散好的活性物质和导电剂的混合物，采用真空下搅拌使之分散均匀，即得到浆料。把铝网、铜网、泡沫镍等正（负）集流体分浸泡于制备好的浆料中，浸泡过的集流体通过拉片机后得到厚度均匀的附有浆料的片，干燥后分切成合适尺寸并辊压或液压，即可得到厚度0.18mm-2mm的极片。
2.粉末压片法制备极片。浆料拉片法制备极片。将正极活性物质、导电剂、粘结剂分别在真空干燥箱中干燥一定时间后，根据三者的配比称量，将正极活性物质和导电剂通过超声波粉碎、高能球磨、常温常压搅拌、真空搅拌等中的一种方法混合均匀，同时把粘结剂溶解在相关溶剂中。当粘结剂完全溶解后加入分散好的活性物质和导电剂的混合物，采用真空下搅拌使之分散均匀，即得到浆料。把浆料在一定温度下干燥出去完全除去溶剂，再将其粉碎、过筛得到粉末。将粉末在真空干燥箱中干燥一定时间后根据厚度和尺寸大小称量一定的粉末，将粉末加入已经放入正极集流体（铝网或带孔铝箔或带孔铝片）或负极集流体（铜网或带孔铜箔或泡沫镍）的压片机中，施加一定压力即可得到即可得到厚度0.18mm-2mm的极片。
优选的，所述正极金属集流体采用铝网、铝箔、带孔铝箔、带孔铝片等一种。
优选的，所述负极金属集流体采泡沫镍、铜箔、铜网、带孔铜箔等一种。
优选的，所述导电剂采用炭黑、乙炔黑、导电石墨、碳纳米管等一种或者几种混合物，以及本行业相关所熟悉的导电剂。
优选的，所述粘结剂采用聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、丁苯橡胶等一种或几种混合物，以及本行业相关所熟悉的高分子化合物。
优选的，多孔隔膜采用聚乙烯多孔膜、聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜和聚丙烯多孔膜的复合膜、玻璃纤维膜等一种，以及本行业专业人员所熟悉的多孔膜。
优选的，非水溶剂采用碳酸乙烯脂、碳酸丙烯脂、碳酸二乙脂、碳酸二甲脂、二甲基乙烷等一种或者混合物，以及本行业相关专业所熟悉的溶剂。
优选的，所述导电盐采用高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂和、氟砷酸锂等一种，以及本行业相关专业所熟悉的导电锂盐。
本发明的一种含厚极片的扣式锂离子电池的制备方法中用简单、经济的方法制备厚的极片，然后将单片正负极片分置于隔膜两侧即可得到电芯，跟卷绕或叠片或旋片制备的电芯相比，没有尺寸限制、制作工艺简单、经济。其中，值得注意的是：对于极片制作中，辊压和液压的压力控制是关键点，压力过大把料压的太实使电液很难润湿和锂离子传输不易，从而影响电池性能；而压力太小会使活性物质量少，同时极片在电解液润湿后容易散架，且不能充分利用电池壳空间，导致电池容量低。极片润湿时间和程度决定其活性物质发挥，对于电池的组装过程决定其合格率、效率、机械化程度等。
附图说明
图1是本发明1 LIR2025剖面示意图。
图2是本发明 2 LIR0732（直径7.8mm，高度3.5mm）剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
实施例1
将负极活性物质石墨、导电剂Super-P、分散剂羧甲基纤维素钠（CMC）在120℃真空干燥3小时，称量石墨470g、Super-P 10g、CMC 10g，将CMC溶解在去离子水中，同时将石墨和Super-P在真空搅拌机分散，待CMC完全溶解后加入已经分散好的石墨和Super-P混合物并真空下搅拌3h，随后加入粘结剂丁苯橡胶（SBR）20g（固含量为50%）分散1h即可得到浆料。将集流体发泡镍浸泡在浆料中并通过拉片机，随后100℃鼓风干燥箱中干燥，干燥后辊压制备出厚度为0.5mm、1mm、1.4mm、1.5mm、2mm的负极片。
实施例2
将正极活性物质钴酸锂（LiCoO2）、导电剂Super-P、粘结剂聚偏氟乙烯（PVDF）在120℃真空干燥3小时，称量 LiCoO2 400g、Super-P 50g、PVDF 50g。将聚偏氟乙烯（PVDF）溶解在N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶液中，同时将LiCoO2 和Super-P 在真空搅拌机分散，PVDF完全溶解后加入已经分散好的LiCoO2 和Super-P 混合物并真空搅拌机分散均匀。将浆料在110℃鼓风干燥箱中干燥，干燥后研磨过325目筛。将过筛粉末110℃真空下干燥3小时后称量一定量放入已加入铝网的粉末压片模具中，通过粉末压片机加压到15MPa，制备出厚度制备出厚度为0.5mm、1mm、1.4mm、1.5mm、2mm的正极片。
实施例3
将实施例1中制备的厚度为0.5mm、1mm、1.4mm负极片切为Φ16mm的圆片，厚度为1.5mm负极片切为Φ5mm的圆片，厚度为2mm负极片切为Φ19mm的圆片。实施例2中制备的厚度为0.5mm、1mm、1.4mm正极片切为Φ15mm的圆片，厚度为1.5mm正极片切为Φ5.7mm的圆片，厚度为2mm正极片切为Φ18mm的圆片。将正负极片其在90℃真空下干燥16h后放入露点小于-30℃手套箱中，把正负极片和多孔隔膜分别在电解液中浸泡，当完全润湿后将厚度相同的正负极片分别组装为LIR2016、LIR2025、LIR2032、LIR0732、LIR2450扣式电池，其中采用PP/PE/PP复合多孔隔膜，1 mol/LLiPF6的碳酸乙烯脂（EC）和二甲氧基乙烷（DME）混合电解液，其中EC与DME的质量比为1:1。
具体来说，含厚极片的扣式锂离子电池组装过程如图1所示：先将正负极片在电解液中润湿，然后将负极片1放入负极壳4中，随后放入多孔隔膜2后放上正极片3（为了防止短路，可放多层隔膜），再套上正极壳6，最后通过封口使正极片3、负极片1、多孔隔膜2紧密接触，同时正极壳6挤压密封圈5，使密封圈5、正极壳6、负极壳4紧密结合。
另一种方法，如图2所示：先将正负极片在电解液中润湿，将多孔隔膜2放入支撑垫5中，然后放入正极片3，随后放入正极壳6。再将负极片1放置于负极壳4中，随后放入到正极壳6中的支撑垫5上，通过封口使正极片3、负极片1、多孔隔膜2紧密接触，同时正极壳6挤压密封圈5，使密封圈5、正极壳6、负极壳4紧密结合。
实施例4
对实例3中组装的LIR2016、LIR2025、LIR2032、LIR2450扣式电池测量容量，分别采0.2C5用恒流恒压充电和恒流放电来测放电容量，充电截止电压为4.2V，放电截止电压3.0V，与电芯采用卷绕电池比较，数据如表1表示。
表1
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种含极片的扣式锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤:
(1): 通过浆料拉片机把正极活性物质、导电剂和粘结剂混合而成的浆料粘附于带状金属集流体上，经过干燥、压实得到正极片；或通过粉末压片机把浆料干燥、研磨后的粉末压附于金属集流体上，干燥后得到正极片；
(2): 通过浆料拉片机把负极活性物质、导电剂和粘结剂混合而成的浆料粘附于带状金属集流体上，经过干燥、压实得到负极片；
(3): 将得到的正极片、负极片、多孔隔膜、以及由非水有机溶剂和导电盐组成的电解液，经过正负极片在电解液中润湿、组装、封口而形成含极片的扣式锂离子电池；
所述正极片和负极片的厚度为0.18mm-2mm；
所述正极金属集流体采用铝网、铝箔、带孔铝箔、带孔铝片中的一种；
所述负极金属集流体采泡沫镍、铜箔、铜网、带孔铜箔中的一种；
所述导电剂采用炭黑、乙炔黑、导电石墨、碳纳米管中的一种或几种混合物；
所述粘结剂采用聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、丁苯橡胶中的一种或几种混合物；
所述多孔隔膜采用聚乙烯多孔膜、聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜和聚丙烯多孔膜的复合膜、玻璃纤维膜中的一种或几种；
非水溶剂采用碳酸乙烯脂、碳酸丙烯脂、碳酸二乙脂、碳酸二甲脂、二甲基乙烷中的一种或者几种混合物；
所述导电盐采用高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂和氟砷酸锂中的一种或者几种。
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