CN105304856A - 锂一次电池负极片的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂一次电池负极片的制备方法，包括制作集流体以及制作含集流体的锂负极片，其特点是：所述集流体为在金属箔上制出单面三维状形成单面三维集流体，或在金属箔上制出双面三维状形成双面三维集流体。本发明通过将金属箔作为集流体基片，在集流体基片上压制出三维金属箔，集流体基片四周留出光滑边缘保持集流体基片边缘完好，既避免了三维镍或三维铜箔周边毛刺造成最终电池的短路，又保证了粘附在集流体基片两面的金属锂片之间形成相互交叉的接触面，大幅提高了集流体与金属锂片的结合力，避免了金属锂片的脱离，使得锂能够均匀、充分的反应，提高了负极片的导电性，节约了电池制作成本，保证了锂一次电池大电流放电的安全可靠。

Description

锂一次电池负极片的制备方法

技术领域

本发明属于锂一次电池技术领域，特别是涉及一种锂一次电池负极片的制备方法。

背景技术

锂一次电池由于具有优良的性能，被广泛应用于照相机、手表、电子安防、存储器备用电源、笔记本电脑的备用电源以及军事等领域。作为负极片材料的金属锂片在已知金属中原子量最小，电化当量最高，负极片电位最负，与合适的正极材料匹配构成的电池具有优越的电性能。由于金属锂片作为活性非常高的金属，熔点仅有180℃，且熔融态的金属锂片几乎与所有材料均会发生剧烈反应；因此单纯用金属锂片作为电池负极片，特别是在高功率电池反应中，短时间内大量放热，引起局部高温、高压，可能导致燃烧和爆炸，严重影响锂电池的安全性能。

由于锂电池存在大电流放电时，金属锂自身很难保证恒定的集流和导流的能力，以及常规导网边缘毛刺可能造成安全隐患等问题，因此通常采用冲孔镍带、冲孔铜箔或铜拉网折成“L”型、“1”型作为电池负极片集流体，起到集流作用并由极耳处导出。金属锂片压在集流体两面，形成锂电池负极片。但由于冲孔镍带或冲孔铜箔的表面都很光滑，与金属锂片之间不易形成相互交叉抓牢的接触面。此类集流体在与金属锂片压实时会粘附不牢、接触不均匀、导电性差，增加负极片界面阻抗、负极片导电性降低，导致负极片无法继续放电，特别是负极片大电流放电时会造成集流体与金属锂片断开并脱离。最重要的是由于该形式的集流体面积仅占极板面积的5％～20％，并没有覆盖整片负极片，金属锂片无法反应完全，尤其是大电流放电结束时有金属锂片剩余，增加了电池的安全隐患。而早期采用的铜拉网作为集流体，压制后的两个金属锂片虽然能够穿过集流体相触结合成一体，提高了金属锂片结合的牢固度，但由于拉网自身边缘在裁切后容易形成坚硬的毛刺，放电后期的负极片随着金属锂片的逐渐消耗，集流体边缘的金属尖刺露出，会造成电池短路，最终直接影响到电池的安全性能，存在较大安全隐患。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供集流体边缘无尖刺，并且金属锂片结合牢固、大电流放电性能和安全性能好的一种锂一次电池负极片的制备方法。

本发明包括如下技术方案：

锂一次电池负极片的制备方法，包括制作集流体以及制作含集流体的锂负极片，其特点是：所述集流体为在作为集流体基片的金属箔上制出单面三维状形成单面三维集流体或在作为集流体基片的金属箔上制出双面三维状形成双面三维集流体；所述集流体基片留出光滑边缘。

本发明还可以采用如下技术措施：

所述单面三维集流体的制作过程包括：选用镍箔或铜箔的金属箔作为集流体基片，将集流体基片一面均匀分布制出凹锥孔，两凹锥孔之间有连接两凹锥孔的集流体基片，完成单面三维集流体的制作过程。

所述双面三维集流体的制作过程包括以下步骤：

步骤1制作单面三维集流体

选用镍箔或铜箔的金属箔作为集流体基片，将集流体基片一面均匀分布制出凹锥孔，集流体基片面上相邻凹锥孔最小孔距之间能够再制出一个凹锥孔、并且两凹锥孔之间有连接两凹锥孔的集流体基片；完成单面三维集流体的制作过程；

步骤2制作双面三维集流体

将步1完成的单面三维集流体翻转后用与步骤1同样的方法在置于该三维导网辊压成型机中，步骤1原有设置的参数不变，在单面三维集流体两凹锥孔之间的集流体基片上制出以集流体基片面为对称面，与凹锥孔形成镜像对称的锥孔作为凸锥孔与凹锥孔均布在集流体基片的两面，完成双面三维集流体的制作过程。

所述凹锥孔的制作过程包括：将集流体基片置于三维导网辊压成型机的两个直径相同的金属辊之间，三维导网辊压成型机预先装配有上凸模和下凹模，上下模的两边各留出相同尺寸的光面作为预留导耳部位；将三维导网辊压成型机的压力设置为1-3kgf/cm²，压辊转速在0.5-2转/min；启动三维导网辊压成型机，将所述集流体基片均匀送入对辊机内，完成集流体基片一面凹锥孔的制作过程。

所述凹锥孔的分布方式为矩阵型，凹锥孔的深度为0.05mm～0.5mm，凹锥孔上的凹锥孔壁俯视的形状为正方形、长方形、三角形、梯形、圆形之一种。

所述步骤⑵中凸锥孔为矩阵分布方式，凸锥孔上的凸锥孔壁俯视的形状为正方形、长方形、三角形、梯形、圆形之一种。

所述锂负极片的制作过程：

⑴合片

将所述三维集流体置于两片金属锂片中间，用两块环氧层压玻璃布板将两金属锂片与三维集流体夹紧粘牢；

⑵包防粘隔离膜

选用PP或PE膜作为防粘隔离膜，将夹有三维集流体的两金属锂片包住作为压前负极片；将压前负极片夹在两个铝片之间；

⑶负极片压片

用夹有压前负极片的防变形夹具放在2.5t压机上，设置压力为0.8t，每次压2s，反复压3次，完成一次电池用锂负极片的制作过程。

本发明具有的优点和积极效果：

本发明通过将金属箔作为集流体基片，在集流体基片上压制出三维金属箔，集流体基片四周留出光滑边缘，保持了集流体基片边缘完好，既避免了金属箔周边毛刺造成最终电池的短路，又保证了粘附在集流体基片两面的金属锂片之间形成相互交叉的接触面，大幅提高了集流体与金属锂片的结合力，避免了金属锂片的脱离，使得锂能够均匀、充分的反应，提高了负极片的导电性，节约了电池制作成本，保证了锂一次电池大电流放电的安全可靠。

附图说明

图1是本发明中单面三维集流体结构的俯视示意图；

图2是图1中A-A剖面示意图；

图3是本发明中双面三维集流体结构的俯视示意图；

图4是图3中B-B剖面示意图；

图5是图3中局部立体图片示意图。

图中：1-集流体基片，2-凹锥孔壁，3-凹锥孔，4-凸锥孔壁，5-凸锥孔。

具体实施方式

为能进一步公开本发明的发明内容、特点及功效，特例举以下实例详细说明如下：

实施例1：

步骤1：集流体制作过程

⑴单面三维集流体的制作过程

选用0.02mm厚的镍箔作为集流体基片1，将集流体基片1置于三维导网辊压成型机的两个金属辊之间，两个金属辊直径为300mm，三维导网辊压成型机预先装配有上凸模和下凹模，上下模的两边各留出光面。三维导网辊压成型机压力设置为1～5kgf/cm²，压辊转速在1转/min；启动三维导网辊压成型机，将集流体基片1均匀送入对辊机内，一面均匀分布制出凹锥孔3，凹锥孔3以矩阵分布方式，集流体基片1面上相邻凹锥孔3最小孔距之间能够再制出一个凹锥孔3、并且两凹锥孔3之间有连接两凹锥孔3的集流体基片1；凹锥孔壁2俯视的形状为方形，集流体基片1留出光滑边缘；完成如图1-图2所示的单面三维集流体的制作过程；

⑵双面三维集流体的制作过程

将步骤1⑴完成的单面三维集流体翻转后同样置于该三维导网辊压成型机中，步骤1⑴原有设置的参数不变，在单面三维集流体两凹锥孔3之间的集流体基片1上制出以集流体基片1面为对称面进行辊压，与凹锥孔3形成镜像对称的锥孔作为凸锥孔5与凹锥孔3均布在集流体基片1的两面，凸锥孔5以矩阵分布方式；凸锥孔壁4俯视的形状为方形，集流体基片1留出光滑边缘；完成如图3-图5所示的双面三维集流体的制作过程；

步骤2：锂负极片的制作过程

⑴合片

将骤1⑵制成的双面三维集流体置于两片厚度均为1.0mm的金属锂片中间，用两块环氧层压玻璃布板将两金属锂片与双面三维集流体夹紧粘牢；

⑵包防粘隔离膜

选取0.04mm厚的PP或PE膜作为防粘隔离膜，将夹有1⑵制成的双面三维集流体的两金属锂片包住作为压前负极片；将压前负极片夹在作为防变形夹具的两个10mm厚铝片之间；

⑶负极片压片

用步骤2⑵完成的夹有压前负极片的防变形夹具放在2.5t压机上，设置压力为0.8t，每次压2s，反复压3次，即完成本发明一次电池用锂负极片的制作过程。

选用二氧化锰作为正极活性物质，与实施例1制成的锂负极片装配，制作四只65Ah方形铝壳锂-二氧化锰电池(标记为1#电池、2#电池、3#电池和4#电池)；将1#电池至4#电池进行电性能和安全性能测试：以2.4A进行恒流放电，放电电压截止到2.0V，4只电池的电性能都满足要求。此时，将1#电池和2#电池停止放电；3#电池和4#电池以1.2A恒流进行过放电试验，放至56h结束，四只电池均安全、无燃烧爆炸等情况发生。对1#电池和2#电池进行解剖，看到采用三维镍集流体上的金属锂片已经完全反应，没有多余的锂存在。

同上，选用二氧化锰作为正极活性物质，采用未经三维处理的普通镍带作为集流体的锂负极片装配，制作65Ah方形铝壳锂-二氧化锰电池，以与前款1#电池和2#电池同样的过程进行测试比较，未经三维处理的普通镍带作为集流体的锂负极片装配成的65Ah方形铝壳锂-二氧化锰电池的电性能虽然也能满足要求，但是解剖之后发现，金属锂片反应很不均匀，与集流体接触的地方反应比较充分，其它地方有很多剩余金属锂片；在过放电过程中有一只电池有冒烟现象，从而终止过放电试验。

通过比较可以看出，采用三维镍箔作为集流体的锂负极片具有金属锂片反应均匀、充分的特点，能够大幅提高电池的电性能和安全性。

实施例2：

将实施例1中的镍箔替换成厚度0.02mm的铜箔，其余过程与实施例1相同，制成一次电池用锂负极片。

选用二氧化锰作为正极活性物质，与实施例2制成的锂负极片装配，制作两只65Ah方形铝壳锂-二氧化锰电池(标记为5#电池和6#电池)；将5#电池和6#电池进行电性能和安全性能测试：以2.4A进行恒流放电，放电电压截止到2.0V，两只电池的电性能都满足要求。此时，将5#电池停止放电，6#电池以1.2A恒流进行过放电试验，放至56h结束，两只电池均安全、无燃烧爆炸等情况发生。对5#电池和6#电池均进行解剖，看到采用本发明实施例2制成三维铜集流体上的金属锂片已经完全反应，没有多余的锂存在。

选用二氧化锰作为正极活性物质，采用未经三维处理的普通镍带作为集流体的锂负极片装配，制作65Ah方形铝壳锂-二氧化锰电池，以与前款5#电池和6#电池同样的过程进行测试比较，未经三维处理的普通镍带作为集流体的锂负极片装配成的65Ah方形铝壳锂-二氧化锰电池的电性能虽然也能满足要求，但是解剖之后发现，金属锂片反应很不均匀，与集流体接触的地方反应比较充分，其它地方有很多剩余金属锂片。

本发明材料的制备原理：

将集流体基片的四周为光滑边缘，避免了集流体边缘出现尖刺而造成的电池短路，并且由于集流体基片上具有了带孔的凹凸形状构成了三维集流体，使得粘附在集流体基片两面的金属锂片之间形成最大的相互交叉的接触面，并具有很好的结合力，这样就使得在放电过程中特别是到了大电流放电后期，锂负极片一直能够均匀充分的进行反应，大幅提高电池的安全性能。

尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.锂一次电池负极片的制备方法，包括制作集流体以及制作含集流体的锂负极片，其特征在于：所述集流体为在作为集流体基片的金属箔上制出单面三维状形成单面三维集流体或在作为集流体基片的金属箔上制出双面三维状形成双面三维集流体；所述集流体基片留出光滑边缘。

2.根据权利要求1所述的锂一次电池负极片的制备方法，其特征在于：所述单面三维集流体的制作过程包括：选用镍箔或铜箔的金属箔作为集流体基片，将集流体基片一面均匀分布制出凹锥孔，两凹锥孔之间有连接两凹锥孔的集流体基片，完成单面三维集流体的制作过程。

3.根据权利要求1所述的锂一次电池负极片的制备方法，其特征在于：所述双面三维集流体的制作过程包括以下步骤：

步骤⑴制作单面三维集流体

选用镍箔或铜箔的金属箔作为集流体基片，将集流体基片一面均匀分布制出凹锥孔，集流体基片面上相邻凹锥孔最小孔距之间能够再制出一个凹锥孔、并且两凹锥孔之间有连接两凹锥孔的集流体基片；完成单面三维集流体的制作过程；

步骤⑵制作双面三维集流体

将步骤1⑴完成的单面三维集流体翻转后用与步骤1⑴同样的方法在置于该三维导网辊压成型机中，步骤1⑴原有设置的参数不变，在单面三维集流体两凹锥孔之间的集流体基片上制出以集流体基片面为对称面，与凹锥孔形成镜像对称的锥孔作为凸锥孔与凹锥孔均布在集流体基片的两面，完成双面三维集流体的制作过程。

4.根据权利要求2或3所述的锂一次电池负极片的制备方法，其特征在于：所述权利要求2中凹锥孔或所述权利要求3步骤⑴中凹锥孔的制作过程包括：将集流体基片置于三维导网辊压成型机的两个直径相同的金属辊之间，三维导网辊压成型机预先装配有上凸模和下凹模，上下模的两边各留出相同尺寸的光面作为预留导耳部位；将三维导网辊压成型机的压力设置为1-3kgf/cm²，压辊转速在0.5-2转/min；启动三维导网辊压成型机，将所述集流体基片均匀送入对辊机内，完成集流体基片一面凹锥孔的制作过程。

5.根据权利要求2或3所述的锂一次电池负极片的制备方法，其特征在于：所述凹锥孔的分布方式为矩阵型，凹锥孔的深度为0.05mm～0.5mm，凹锥孔上的凹锥孔壁俯视的形状为正方形、长方形、三角形、梯形、圆形之一种。

6.根据权利要求3所述的锂一次电池负极片的制备方法，其特征在于：所述步骤⑵中凸锥孔为矩阵分布方式，凸锥孔上的凸锥孔壁俯视的形状为正方形、长方形、三角形、梯形、圆形之一种。

7.根据权利要求1-3中一种所述的锂一次电池负极片的制备方法，其特征在于：所述锂负极片的制作过程：

⑴合片

将所述三维集流体置于两片金属锂片中间，用两块环氧层压玻璃布板将两金属锂片与三维集流体夹紧粘牢；

⑵包防粘隔离膜

选用PP或PE膜作为防粘隔离膜，将夹有三维集流体的两金属锂片包住作为压前负极片；将压前负极片夹在两个铝片之间；

⑶负极片压片

用夹有压前负极片的防变形夹具放在2.5t压机上，设置压力为0.8t，每次压2s，反复压3次，完成一次电池用锂负极片的制作过程。