CN106129334A - 一种锂离子电池正极挤压涂布方法 - Google Patents

一种锂离子电池正极挤压涂布方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种锂离子电池正极挤压涂布方法，包括以下步骤：将正极浆料通过刮刀过滤器过滤后存贮于密封罐中备用；将正极浆料采用挤压涂布机均匀涂布于集流体表面上；纠偏设置为自动纠偏形式，将涂布后的正极极片过烘箱；将过烘箱后的正极极片通过传动设备进行收卷，收卷时不定期使用溶剂擦拭传输辊轴。不仅使得涂布浆料颗粒少，还提高了面密度一致性；控制传送设备的走速，控制烘箱的温度以及风机频率，将胶片涂布传输技术应用于极片涂布工艺中，避免了涂布出现折皱现象。

Description

一种锂离子电池正极挤压涂布方法
技术领域
本发明属于动力锂离子电池技术领域，具体是一种锂离子电池正极挤压涂布方法。
背景技术
锂电池内部一般由正极材料及其集流体、负极材料及其集流体、电解液、隔膜、外壳等部分组成。其中正极材料含量和负极材料含量按一定比例配对，共同决定电池的容量，而其它组成部分只起到构成电池体系的作用，本身并不提供容量。在锂电池各组份都已经确定的前提下，要提高其能量密度，唯一途径就是提高正极材料和负极材料在电池中的比例，则分别提高正、负极材料在其集流体上单位面积的敷料量，也就是正、负极片的涂布面密度。
涂布属于锂离子电池生产中核心工艺之一，锂电池正极涂布工艺包括放卷→接片→拉片→张力控制→自动纠偏→涂布→干燥→自动纠偏→张力控制→自动纠偏→收卷等一系列工艺过程。对于将液体涂布于支撑体上，目前大约存在十几种涂布方法。在早期的锂离子电池的实验研究中，常见的极片涂布有刮刀、刮棒等简单极片涂布方式，此类涂布方法只能实现较薄、少批量的极片涂布。随后又衍生了一种转移式涂布技术，但是这种技术存在一定的缺陷，无法满足高粘度、高精度涂布的需求。目前较为先进的涂布技术是挤压涂布技术，这种涂布技术能够实现高精度、大批量涂布需求，是一种比较理想的涂布技术。
传统的锂电池正极涂布工艺易出现面密度一致性较差、极片涂布易出现折皱、拉浆辊压后易出现颗粒等缺陷。因此，针对传统正极涂布工艺的缺陷，提出一种新型的锂离子动力电池正极涂布的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术，提供一种锂离子电池正极挤压涂布方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种锂离子电池正极挤压涂布方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按质量比磷酸铁锂：PVDF：超导炭黑：导电石墨＝(92.5-95):(2.5-3.5):(0.5-1):(1.5-3.5)准备正极浆料，加入溶剂调节正极浆料固含量为46-56％，粘度为4000-13000mPa·s，将正极浆料通过刮刀过滤器过滤后存贮于密封罐中备用；
(2)将正极浆料采用挤压涂布机均匀涂布于集流体的正面，涂布模头与背辊间隙为150-250μm，烘干，测试面密度，控制目标单面涂布面密度为165-170g/m2；
(3)将正面已涂布集流体换卷进行第二次单面涂布，即将正极浆料均匀涂布在集流体的反面，烘干，测试面密度，控制正极极片目标总体涂布面密度为331-339g/m2；
(4)控制涂布走速不大于20m/min，涂布张力130-140N，控制烘箱的温度53-127℃，风机频率20-31HZ，纠偏设置为自动纠偏形式，将涂布后的正极极片过烘箱；
(5)将过烘箱后的正极极片通过传动设备进行收卷，收卷时不定期使用无水乙醇或N-甲基吡咯烷酮溶液擦拭传输辊轴。
进一步方案，所述步骤(1)刮刀过滤器的目数为120目。
进一步方案，所述步骤(2)集流体是覆碳铝箔，所选用的覆碳铝箔面密度为53-56g/m2，所述覆碳铝箔基材涂布量为0.4-0.7g/m2。
进一步方案，所述正面涂布和反面涂布过程中不定期使用无水乙醇或N-甲基吡咯烷酮溶液对辊轴进行擦拭。
正极浆料在送入密封罐中之前储存于中转罐中，在不提供涂布只是储存浆料时，12h以内真空度≤-0.06Mpa、转速25rpm搅拌，超过12h报技术部门确认。正常提供涂布浆料时，低速20rpm搅拌。发生涂布异常，超过1h并在12h以内不能涂布，真空度≤-0.06Mpa、转速25rpm搅拌，超过12h报技术部门确认。在储存过程中应开启循环冷冻水。
本发明的有益效果：本发明采用挤压涂布的方法，严格控制浆料的固含量和粘度，涂布之前将浆料通过刮刀过滤器进行过滤，涂布基材选择的是覆碳铝箔集流体，摒弃了传统锂电池正极涂布工艺易出现面密度一致性较差、极片涂布易出现折皱、拉浆辊压后易出现颗粒、极片剥离强度不高等缺陷；由于胶片涂布传输技术与锂电池涂布传输技术类似，我们将胶片涂布传输技术应用于极片涂布工艺中，避免了涂布出现折皱现象。通过对涂布浆料的改善避免了拉浆辊压后极片出现颗粒的弊端。操作不仅简单便捷，在一定程度上提高了正极涂布的一致性。
附图说明
图1是实施例一面密度直方图分布。
图2是实施例二面密度直方图分布。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
22.5Ah锂离子电池正极挤压涂布方法：
将质量比为3.5％PVDF溶解于适量纯水中，再加入质量比为92.5％磷酸铁锂、质量比为0.5％超导炭黑、3.5％导电石墨，在搅拌机中高速搅拌成均匀的浆料，添加N-甲基吡咯烷酮溶液使其固含量为56％，粘度为4000mPa·s，将正极浆料通过120目刮刀过滤器过滤后存贮于密封罐内备用，控制正极涂布机摸头参数，左模头参数为：零点位置为4243.4，实际位置为4191.3+52.1，设定位置为+50；右模头参数为：零点位置为2669.4，实际位置为2567.2+102.2，设定位置为+100。涂布走速为18m/min,涂布张力为135N，螺杆泵转速为109rpm，将正极浆料采用挤压涂布机均匀涂布于集流体的正面，覆碳铝箔集流体涂布量为0.4-0.7g/m2，其面密度为53-56g/m2，涂布模头与背辊间隙为150-250μm，烘干，测试面密度，控制目标单面涂布面密度为168g/m2；翻转正面已涂布的集流体，将所制备的正极浆料均匀涂布在集流体的反面，烘干，测试面密度，控制正极极片总体涂布(去除覆碳铝箔面密度)面密度为335g/m2。控制传送设备的走速，控制烘箱的温度以及风机频率，纠偏设置为自动纠偏形式，将涂布后的正极极片过烘箱。烘箱及其风机频率如表一所示。将过烘箱后的极片通过传动设备进行收卷，涂布过程及收卷时不定期使用无水乙醇擦拭传输辊轴。
图1是实施例一面密度直方图分布。
表一
烘箱编号 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7#
烘箱温度(℃) 95.0 95.0 110.0 120.0 120.0 125.0 125.0
风机频率(Hz) 25 25 25 24 25 20 20
烘箱编号 8# 9# 10# 11# 12# 13# 14#
烘箱温度(℃) 125.0 127.0 127.0 127.0 88.0 73.0 53.0
风机频率(Hz) 22 22 22 25 27 27 30
实施例2
25Ah锂离子电池正极挤压涂布方法：
将质量比为2.5％PVDF溶解于适量纯水中，再加入质量比为95％磷酸铁锂、质量比为1％超导炭黑、1.5％导电石墨，在搅拌机中高速搅拌成均匀的浆料，添加N-甲基吡咯烷酮溶液使其固含量为53％，粘度为9500mPa·s，将正极浆料通过120目刮刀过滤器过滤后存贮于密封罐内备用，控制正极涂布机摸头参数，左模头参数为：零点位置为4243.4，实际位置为4223.8+19.6，设定位置为+20；右模头参数为：零点位置为2669.4，实际位置为2614.9+54.5，设定位置为+54。涂布走速为18m/min,涂布张力为130N，螺杆泵转速为91.5rpm，将正极浆料采用挤压涂布机均匀涂布于集流体的正面，覆碳铝箔集流体涂布量0.4-0.7g/m2，其面密度为53-56g/m2，涂布模头与背辊间隙为150-250μm，烘干，测试面密度，控制单面涂布面密度为165g/m2；翻转正面已涂布的集流体，将所制备的正极浆料均匀涂布在集流体的反面，烘干，测试面密度，控制正极极片总体涂布(去除覆碳铝箔面密度)面密度为334g/m2。控制传送设备的走速，控制烘箱的温度以及风机频率，纠偏设置为自动纠偏形式，将涂布后的正极极片过烘箱。烘箱及其风机频率如表二所示。将过烘箱后的极片通过传动设备进行收卷，涂布过程及收卷时不定期使用无水乙醇擦拭传输辊轴。
图2是实施例二面密度直方图分布。
表二
烘箱编号 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7#
烘箱温度(℃) 80.0 90.0 95.0 110.0 110.0 125.0 125.0
风机频率(Hz) 25 25 25 24 25 20 20
烘箱编号 8# 9# 10# 11# 12# 13# 14#
烘箱温度(℃) 125.0 125.0 127.0 114.0 85.0 77.0 55.0
风机频率(Hz) 22 22 22 25 27 27 31
实施例3
将质量比为2.5％PVDF溶解于适量纯水中，再加入质量比为93.5％磷酸铁锂、质量比为1.5％超导炭黑、2.5％导电石墨，在搅拌机中高速搅拌成均匀的浆料，添加N-甲基吡咯烷酮溶液使其固含量为46％，粘度为10500mPa·s，将正极浆料通过120目刮刀过滤器过滤后存贮于密封罐内备用，控制正极涂布机摸头参数，左模头参数为：零点位置为4243.4，实际位置为4223.8+19.6，设定位置为+20；右模头参数为：零点位置为2669.4，实际位置为2614.9+54.5，设定位置为+54。涂布走速为15m/min,涂布张力为140N，螺杆泵转速为105rpm，将正极浆料采用挤压涂布机均匀涂布于集流体的正面，覆碳铝箔集流体涂布量0.4-0.7g/m2，其面密度为53-56g/m2，涂布模头与背辊间隙为150-250μm，烘干，测试面密度，目标的单面涂布面密度为170g/m2；翻转正面已涂布的集流体，将所制备的正极浆料均匀涂布在集流体的反面，烘干，测试面密度，控制正极极片目标总体目标涂布(去除覆碳铝箔面密度)面密为339g/m2。控制传送设备的走速，控制烘箱的温度以及风机频率，纠偏设置为自动纠偏形式，将涂布后的正极极片过烘箱。将过烘箱后的极片通过传动设备进行收卷，涂布过程及收卷时不定期使用无水乙醇擦拭传输辊轴。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做出的各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种锂离子电池正极挤压涂布方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按质量比磷酸铁锂：PVDF：超导炭黑：导电石墨=（92.5-95）:（2.5-3.5）:（0.5-1）:（1.5-3.5）准备正极浆料，加入溶剂调节正极浆料固含量为46-56%，粘度为4000-13000mPa·s，将正极浆料通过刮刀过滤器过滤后存贮于密封罐中备用；
（2）将正极浆料采用挤压涂布机均匀涂布于集流体的正面，涂布模头与背辊间隙为150-250μm，烘干，测试面密度，控制目标单面涂布面密度为 165-170g/m2；
（3）将正面已涂布集流体换卷进行第二次单面涂布，即将正极浆料均匀涂布在集流体的反面，烘干，测试面密度，控制正极极片目标总体涂布面密度为331-339g/m2；
（4）控制涂布走速不大于20m/min，涂布张力130-140N，控制烘箱的温度53-127℃，风机频率20-31HZ，纠偏设置为自动纠偏形式，将涂布后的正极极片过烘箱；
（5）将过烘箱后的正极极片通过传动设备进行收卷，收卷时不定期使用无水乙醇或N-甲基吡咯烷酮溶液擦拭传输辊轴。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极挤压涂布方法，其特征在于，所述步骤（1）刮刀过滤器的目数为120目。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极挤压涂布方法，其特征在于，所述步骤（2）集流体是覆碳铝箔，所选用的覆碳铝箔面密度为53-56g/m2，所述覆碳铝箔基材涂布量为0.4-0.7g/m2。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极挤压涂布方法，其特征在于，所述正面涂布和反面涂布过程中不定期使用无水乙醇或N-甲基吡咯烷酮溶液对辊轴进行擦拭。
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