CN104779368A - 一种锂离子电池正极片的制备方法及所制得的锂离子电池 - Google Patents

一种锂离子电池正极片的制备方法及所制得的锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池正极片的制备方法，其包括步骤一，将包含有聚氧化乙烯PEO的干燥粉末加入到溶剂中并配制成的胶液；步骤二，将该胶液加入到正极活性物质和导电剂的混合物中并搅拌，配制成正极浆料；步骤三，将正极浆料通过丝网印刷涂布的方式进行涂布后，烘干。本发明通过加入PEO软化正极浆料防止极片脆片，并且使用丝网印刷涂布的方式，避免在分切时的掉粉现象，大大地提高锂离子电池的性能。

Description

一种锂离子电池正极片的制备方法及所制得的锂离子电池
技术领域
本发明涉及技术领域，特别是一种锂离子电池正极片的制备方法及所制得的锂离子电池。
背景技术
目前锂离子电池的正极片普遍存在以下缺点：
1、在温度为20℃以下，湿度为25%以下，传统正极片容易脆片；PVDF为常用的正极浆料配制材料，而PVDF在温度20℃以下塑性很强，使极片的柔韧性变差，使其容易脆片。
2、传统正极片所制成的18650高容量电池（2.5Ah以上），倍率放电的温升很高，1C放电温升可达8-10℃；PVDF经溶胀成膜后，形成的是一层较致密的高分子膜，不利于锂离子在正极的传输，锂离子在放电时的极化增大，放电温度升高。
3、传统涂布方式易造成涂布不均匀，极片分切时边缘掉粉现象，最终增大电池的自放电，影响电池的一致性。
发明内容
    本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种锂离子电池正极片的制备方法，使其制备出的锂离子电池，能够减少传统正极卷绕时容易断片的问题，能够降低1C倍率放电升温，使用新的涂布方式避免分切时的掉粉现象。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种锂离子电池正极片的制备方法，其包括以下步骤：S1，将包含有聚氧化乙烯PEO的干燥粉末加入到溶剂中并配制成的胶液；S2，将该胶液加入到正极活性物质和导电剂的混合物中并搅拌，配制成正极浆料；S3，将正极浆料通过丝网印刷涂布的方式进行涂布后，烘干。
上述技术方案中，所述溶剂为氮甲基吡咯烷酮或酰胺类。
上述技术方案中，所述干燥粉末还包括PVDF、PVP；所述PVDF:PEO:PVP的重量比例为18.5：1：0.5至16：3.5：0.5。
上述技术方案中，所述干燥粉末还包括PVDF、PEG；所述PVDF:PEO:PEG的重量比例为18.5：1：0.5至16：3.5：0.5。
上述技术方案中，所述正极活性物质和导电剂的混合时间为30至60min。
上述技术方案中，所述胶液分成三份，每一份为总胶液的1/3，每次将一份胶液加入到所述混合物中都必须充分搅拌后，再加另外一份。
上述技术方案中，第一次加入1/3的胶液后搅拌20至40min,第二次加尔1/3的胶液后搅拌20至30min，第三次加入1/3的胶液后搅拌10至20min。
上述技术方案中，所述通过丝网印刷涂布的方式为：在印刷涂布时，保证在丝网模板上将与极片长宽及面积一致的网孔留空，而每一极片周边的网孔则堵塞，使浆料通过留空的网孔附于集流体表面形成互相隔开的极片。
上述技术方案中，所述涂布后的烘干温度为80℃以内。
一种锂离子电池，为根据上述的一种锂离子电池正极片的制备方法所制得的锂离子电池。
本发明的有益效果是：
1、减少传统正极卷绕时容易断片的问题。
加入PEO后，极片的柔韧性增大，因为PEO熔点63℃-67℃，而PVDF的熔点在150-160℃，加入PEO可使极片辊压后柔软度提高，成为正极片有效的软化剂。同时，降低正极片的报废率，提高电池制造的直通率。
2、降低1C倍率放电温升。
加入PVP（聚乙烯吡咯烷酮）或PEG（聚乙二醇）类致孔剂后，正极片表面形貌将不再是致密的表面层，而是一层多孔的，有利于电解液渗透，从而有利于锂离子传输的表面层。锂离子易于传输，在放电过程中的极化减小，放电温度也得到降低。加入PVP或PEG后，浆料可实现高固含量，从而降低原材料成本，也可降低烘干温度，节约能源。
3、使用丝网印刷工艺涂布正极或负极浆料。
丝网印刷涂布电极的基本原理：丝网模板的部分网孔能够透过电极浆料，漏印至集流体表面，其余部分的网孔被堵死，不能透过电极浆料，在集流体表面形成空白，从而在集流体上形成相应形状的正负极极片。
丝网印刷涂布方法利用丝网mask，根据预定的电极形状，利用刮印刮板在丝印网版上的浆料部位施加一定压力，同时朝丝印网版的另一端移动，电极浆料在移动中按照mask设定的形状，形成正负极电极。
4、传统涂布电极和丝印涂布电极之间的差异。
传统电极涂布是在整片集流体上形成电极，再通过刀具分切成设计宽度和长度的电极极片，分切过程中刀具会接触到电极材料，因压力的作用易发生电极边缘掉粉。电池中存在掉粉将使电池自放电增大，电池的一致性变差。最终在串联使用的过程中易发生安全事故。
丝印涂布电极通过网版的制作，直接印刷形成设定宽度和长度的电极极片。分切刀具只接触到集流体，不会接触到电极材料，避免了掉粉现象的发生。
附图说明
图1是本传统涂布方式的示意图；
图2是本发明的丝网印刷涂布方式的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
一种锂离子电池正极片的制备方法，其包括以下步骤：
步骤一，以氮甲基吡咯烷酮NMP或酰胺类作为溶剂，加入由PVDF、PEO、PVP混合或者由PVDF、PEO、PEG混合的干燥粉末，其中PVDF：PEO：PVP或者PVDF：PEO：PEG的重量比例为18.5：1：0.5至16：3.5：0.5；配制成4-8 wt%的胶液。其中，酰胺类可选用二甲基甲酰胺、二乙基乙酰胺或二甲基乙酰胺等。以氮甲基吡咯烷酮NMP或酰胺类作为溶剂，可以溶解PVDF、PEO、PVP、PEG。
步骤二，将正极活性物质和导电剂混合30至60min，其后将1/3的胶液加入并搅拌20至40min，接着将1/3的胶液加入并搅拌20至30min，最后将剩下的1/3胶液加入并搅拌10至20min，配制成固含量为78至85%的正极浆料。将胶液三等份地加入到正极活性物质和导电剂的混合物中并分别搅拌相应的时间，能够使正极浆料分散均匀，从而在铝箔集流体上均匀涂覆，在一定程度上改善了锂电池行业因粘结剂分散不均匀导致的极片阻抗分布不均匀，从而造成电池充放电时的电流密度分布不均匀的状况。此外，高固含量的正极浆料可以在一定程度上节约正极溶剂的使用，从而节约原材料成本。
步骤三，采用丝网印刷涂布的方式将浆料涂布在相对应的集流体上，形成在同一集流体上浆料相隔开的多组极片；正极浆料涂布在铝箔集流体表面，负极浆料涂布在铜箔集流体表面。其中，通过丝网印刷涂布的方式为：在印刷涂布时，保证在丝网模板上将与极片长宽及面积一致的网孔留空，而每一极片周边的网孔则堵塞，使浆料通过留空的网孔附于集流体表面形成极片，而堵塞的网孔，由于浆料不能通过，侧在堵塞的网孔所对应的集流体上留有空白处，该空白处为供分切时所切割的位置。如图1、2所示，分别为传统涂布方式和丝网印刷涂布方式的示意图，分切刀具只接触到集流体1，不会接触到电极材料2，避免了掉粉现象的发生。
步骤四，涂布过后，将极片置于温度保持为80℃以内的烘箱内进行烘干。
步骤五，分切、卷绕、装配、烘烤、注液、活化、化成、分容。
根据上述一种锂离子电池正极片的制备方法所制得的锂离子电池。其各方面性能也得到了保障。
下面以实施例和对比实施例作比较说明。
实施例一，一种锂离子电池的制备方法，包括下述步骤：
S1、以氮甲基吡咯烷酮（NMP）或酰胺类（如：二甲基甲酰胺、二乙基乙酰胺、二甲基乙酰胺）溶剂，加入PVDF和PEO、PVP（或PEG）的干燥粉末，其中PVDF：PEO：PVP的比例为18.5:1:0.5；配制成4-8wt%的胶液。
S2、正极活性物质和导电剂混合30-60min，加入1/3的胶液搅拌20-40min后，加入1/3的胶液搅拌20-30min，加入剩余1/3胶液搅拌10-20min，配制成固含量为78-85%的浆料。
S3、采用丝印工艺，丝网模板的部分网孔将正负极浆料分别漏印至铝箔和铜箔集流体表面，其余部分的网孔被堵死，不能透过电极浆料，在集流体表面形成空白，从而在集流体上形成58mm宽，600mm长的正极片，59.5mm宽，650mm长的负极片。将极片进行烘烤，其中正极片烘烤时，每节烘箱温度在80℃以内。
S4、极片经辊压、分切、卷绕，再装配成电池半成品，烘烤、注液、活化、化成后即成带电电池。
实施例二，一种锂离子电池的制备方法，包括下述步骤：
S1、以氮甲基吡咯烷酮（NMP）或酰胺类（如：二甲基甲酰胺、二乙基乙酰胺、二甲基乙酰胺）溶剂，加入PVDF和PEO、PVP（或PEG）的干燥粉末，其中PVDF：PEO：PVP的比例为16:3.5:0.5；配制成4-8wt%的胶液。
S2、正极活性物质和导电剂混合30-60min，加入1/3的胶液搅拌20-40min后，加入1/3的胶液搅拌20-30min，加入剩余1/3胶液搅拌10-20min，配制成固含量为78-85%的浆料。
S3、采用丝印工艺，丝网模板的部分网孔将正负极浆料分别漏印至铝箔和铜箔集流体表面，其余部分的网孔被堵死，不能透过电极浆料，在集流体表面形成空白，从而在集流体上形成58mm宽，600mm长的正极片，59.5mm宽，650mm长的负极片。将极片进行烘烤，其中正极片烘烤时，每节烘箱温度在80℃以内。
S4、极片经辊压、分切、卷绕，再装配成电池半成品，烘烤、注液、活化、化成后即成带电电池。
对比实施例，现有锂离子电池的制备方法，包括下述步骤：
S1、以氮甲基吡咯烷酮（NMP）为溶剂，加入PVDF干燥粉末，其中PVDF占正极粉末重量比为0.5-2.5%；配制成4-8wt%的胶液；
S2、往胶液中加入正极活性物质和导电剂混合120-240min，配制成固含量为78-85%的浆料；
S3、以转移涂布或挤压涂布的方式制成极片，经分切、卷绕，再装配成电池半成品，烘烤、注液、活化、化成后即成带电电池。
将上述实施例制备的锂离子电池进行倍率性能、循环性能、电池容量、卷绕报废率、直通率的测试，测试结果如下表：
其中，上表中，倍率性能：1C放电温升。1C循环性能：5串2并，300周。
根据上表可以得出，在使用本发明的锂离子正极片的制备方法所制备的锂离子电池，其倍率性能、循环性能、电池容量、直通率、卷绕报废率都比传统制备方法所制得的锂离子电池要好。还可以通过调节PVDF：PEO：PVP的比例，从而调节锂离子电池达到最优的性能效果。
以上的实施例只是在于说明而不是限制本发明，故凡依本发明专利申请范围所述的方法所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将包含有聚氧化乙烯PEO的干燥粉末加入到溶剂中并配制成的胶液；S2，将该胶液加入到正极活性物质和导电剂的混合物中并搅拌，配制成正极浆料；S3，将正极浆料通过丝网印刷涂布的方式进行涂布后，烘干。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于：所述溶剂为氮甲基吡咯烷酮或酰胺类。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于：所述干燥粉末还包括聚偏氟乙烯PVDF、聚乙烯吡咯烷酮PVP；所述PVDF:PEO:PVP的重量比例为18.5：1：0.5至16：3.5：0.5。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于：所述干燥粉末还包括聚偏氟乙烯PVDF、聚乙二醇PEG；所述PVDF:PEO:PEG的重量比例为18.5：1：0.5至16：3.5：0.5。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于：所述正极活性物质和导电剂的混合时间为30至60min。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于：所述胶液分成三份，每一份为总胶液的1/3，每次将一份胶液加入到所述混合物中都必须充分搅拌后，再加另外一份。
7.根据权利要求6所述的一种锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于：第一次加入1/3的胶液后搅拌20至40min,第二次加尔1/3的胶液后搅拌20至30min，第三次加入1/3的胶液后搅拌10至20min。
8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于，所述通过丝网印刷涂布的方式为：在印刷涂布时，保证在丝网模板上将与极片长宽及面积一致的网孔留空，而每一极片周边的网孔则堵塞，使浆料通过留空的网孔附于集流体表面形成互相隔开的极片。
9.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于：所述涂布后的烘干温度为80℃以内。
10.一种锂离子电池，其特征在于：根据权利要求1至9任一所述的一种锂离子电池正极片的制备方法所制得的锂离子电池。
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