CN106159206A - 锂离子电池极片制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锂离子电池极片制备方法，其包括以下步骤：1)提供集流体，并在集流体上的极耳预设位置粘贴热膨胀发泡压敏胶带或涂布热膨胀发泡胶粘剂，形成可剥离的胶粘片；2)在集流体上涂布活性物质浆料，形成活性物质膜片层；3)在胶粘片的发泡膨胀温度下烘干活性物质膜片层，胶粘片在烘干过程中热膨胀发泡而从集流体上脱离，在集流体上形成未被活性物质覆盖膜片层的活性物质镂空区；4)将极耳固定在活性物质镂空区裸露出的集流体上，得到所需的极片。与现有技术相比，本发明制备的极片充分利用了集流体的面积，又减少了电池厚度的增加，因此使用上述极片制备的锂离子电池也就具有了更高的体积能量密度和更低的电池内阻。

Description

锂离子电池极片制备方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，更具体地说，涉及一种锂离子电池极片的制备方法。

背景技术

锂离子电池自商业化推广以来，因具有能量密度高、工作电压高、循环寿命长、无记忆效应、绿色环保和尺寸形状大小可根据实际需求灵活设计等诸多优点，被广泛用做各种便携式电子电器的电源；这些广阔的应用领域及各种不同的实际需求又反过来对锂离子电池的发展起到了极大地推动作用。

移动电子电器设备的高速发展，要求为这些轻薄便携功能强大的设备提供电源的锂离子电池具有更高的容量(即体积能量密度)；但是，在锂离子电池材料能量密度和工作电压尚未有成熟的突破时，只能通过锂离子电池的结构设计和工艺改善来提高其能量密度。例如，轻薄型智能手机、笔记本电脑和平板电脑等产品的优选电源是厚度在1.0～4.0mm的软包装薄型锂离子电池，但是这种厚度的锂离子电池的体积能量密度通常只有300wh/L～500wh/L，很难满足电子电器设备的需求。

卷绕式电极结构为目前锂离子电池装配工艺的主要形式，其极片结构如图1和图2所示。由于此种装配方式的电极片制作通常是在集流体12的端部留出一定长度、未涂布活性物质膜片层11的留白区，并将极耳13焊接在集流体12的留白区上，因此导致了电池极片面积利用率的降低。以1.0mm厚、66mm宽、125mm长的薄型锂离子电池为例，采用上述传统卷绕式结构的电池极片，其正极活性物质膜片层的面积与正极集流体铝箔的面积比例约为42％，可见集流体12的面积利用率很低，进而导致锂离子电池的体积能量密度较低。

有鉴于此，确有必要提供一种集流体面积利用率较高的锂离子电池极片制备方法。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种集流体面积利用率较高的锂离子电池极片制备方法，以通过提高活性物质的涂布量，达到提高锂离子电池体积能量密度的效果。

为了实现上述目的，本发明提供了一种锂离子电池极片制备方法，其包括以下步骤：

1)提供集流体，并在集流体上的极耳预设位置粘贴热膨胀发泡压敏胶带或涂布热膨胀发泡胶粘剂，形成可剥离的胶粘片；

2)在集流体上涂布活性物质浆料，形成活性物质膜片层；

3)在胶粘片的发泡膨胀温度下烘干活性物质膜片层，胶粘片在烘干过程中热膨胀发泡而从集流体上脱离，在集流体上形成未被活性物质膜片层覆盖的活性物质镂空区；

4)将极耳固定在活性物质镂空区裸露出的集流体上，得到所需的极片。

作为本发明锂离子电池极片制备方法的一种改进，所述热膨胀发泡压敏胶带使用自动贴胶机粘贴在集流体上，热膨胀发泡胶粘剂使用自动涂胶机涂布在集流体上。

作为本发明锂离子电池极片制备方法的一种改进，所述可剥离的胶粘片在常温时对集流体的剥离强度≥10N/m，高温热膨胀发泡后对集流体的剥离强度为0N/m。

作为本发明锂离子电池极片制备方法的一种改进，所述可剥离的胶粘片中含有发泡膨胀微球；发泡膨胀微球的粒径为5～50μm，其发泡膨胀温度为80～150℃，热发泡过程中发泡膨胀微球的体积膨胀倍数为30～200倍。所述可剥离的胶粘片的可剥离特性即是通过材质中的发泡膨胀微球热发泡、使材质失去粘性来实现的。

作为本发明锂离子电池极片制备方法的一种改进，所述活性物质镂空区的宽度为10～50mm，长度为5～20mm。

作为本发明锂离子电池极片制备方法的一种改进，所述热膨胀发泡压敏胶带或热膨胀发泡胶粘剂的厚度均为20～150μm。

作为本发明锂离子电池极片制备方法的一种改进，所述热膨胀发泡压敏胶带包括厚度为10～50μm的基体树脂薄膜和厚度为10～140μm热膨胀发泡可剥离丙烯酸酯压敏胶。

作为本发明锂离子电池极片制备方法的一种改进，所述热膨胀发泡压敏胶带为热膨胀发泡可剥离丙烯酸酯压敏胶带，热膨胀发泡胶粘剂为热膨胀发泡可剥离丙烯酸酯胶粘剂。

作为本发明锂离子电池极片制备方法的一种改进，所述热膨胀发泡压敏胶带或胶粘剂是由丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酰胺等(甲基)丙烯酸酯类单体和引发剂和交联剂通过聚合反应合成的聚丙烯酸酯压敏胶或胶粘剂。

作为本发明锂离子电池极片制备方法的一种改进，所述基体树脂薄膜可以是聚酯类、聚烯烃类或聚酰亚胺类的薄膜材料。

作为本发明锂离子电池极片制备方法的一种改进，所述活性物质镂空区可以设置在位于所述极片的任意位置，但需要对称地分布在集流体的两面。

作为本发明锂离子电池极片制备方法的一种改进，每一活性物质镂空区的面积大小是该处极耳连接所需面积的2～2.5倍。

作为本发明锂离子电池极片制备方法的一种改进，所述极片为正极片或负极片，集流体为铜箔或铝箔；所述极耳焊接连接在活性物质镂空区处的集流体上。

与现有技术相比，本发明锂离子电池极片制备方法制备的极片，其集流体上只有极耳焊接位置及其附近的很小区域未被活性物质膜片层覆盖，既充分利用了集流体的面积，又减少了电池厚度的增加，因此使用上述极片制备的锂离子电池也就具有了更高的体积能量密度和更低的电池内阻。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明锂离子电池极片制备方法及其有益技术效果进行详细说明，其中：

图1为现有锂离子电池极片的结构示意图；

图2为现有锂离子电池极片的结构剖视图；

图3为本发明制得的锂离子电池正极片的结构示意图；

图4为本发明制得的锂离子电池正极片的结构剖视图；

图5为本发明制得的锂离子电池正负极片组合时的端面结构示意图；

图6为本发明实施例1与对比例1的全电池交流阻抗谱对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。

实施例1

1)在挤压涂布机的放卷与涂布头之间安装单面自动贴胶机构，按照设计的涂布尺寸，在集流体的固定位置自动贴上宽25mm、长10mm、厚70μm的热膨胀发泡可剥离丙烯酸酯压敏胶带。所使用的热膨胀发泡可剥离丙烯酸酯压敏胶带中：热膨胀发泡可剥离丙烯酸酯压敏胶的厚度为50μm，发泡膨胀微球的粒径为20～40μm，其发泡膨胀的温度在100～130℃，热发泡过程中膨胀微球体积膨胀的倍数在50～150倍；基体树脂薄膜的厚度为20μm，基体树脂薄膜是聚酯类的聚对苯二甲酸乙二醇酯；这种压敏胶带在常温时对铜箔或铝箔的剥离强度≥10N/m。

2)按正常的挤压涂布方式在正极集流体和负极集流体上涂布正极活性物质浆料和负极活性物质浆料，此过程中，压敏胶带所在区域也被进行了无差别的涂布。

3)将涂布后的极片进入烘箱，在温度80～150℃下进行干燥；此过程中，热膨胀发泡可剥离丙烯酸酯压敏胶带实现热发泡，高温热膨胀发泡后对铜箔或铝箔粘结失效(也就是说剥离强度基本上为0N/m)，压敏胶带及其上层涂布的活性物质即自动从集流体上脱离，从而在集流体上形成未被活性物质膜片层覆盖的活性物质镂空区。

4)按照相同的方法对集流体的另一面进行操作，使其两面形成的对称的活性物质镂空区。然后，将极耳焊接在活性物质镂空区裸露出的集流体上，得到满足要求的极片。

请参阅图3和图4，以上述方法制得的正极片包括正极集流体22、正极活性物质膜片层21和固定在集流体上的正极极耳23；正极活性物质膜片层21涂布在正极集流体22的两面并部分镂空，在正极集流体22上形成裸露的活性物质镂空区；正极极耳23即连接在活性物质镂空区裸露出的正极集流体22上。由于活性物质镂空区的面积远小于现有极片的留白区(例如，以1.0mm厚、66mm宽、125mm长的薄型锂离子电池为例，采用该结构的电池极片，其正极活性物质膜片层的面积与正极集流体铝箔的面积比例约为62％)，因此能够最大限度地降低极耳焊接区所占用的集流体面积，大幅提高集流体面积的利用率而增加活性物质的涂布量，达到提高锂离子电池体积能量密度的目的。由于制得的负极片与正极片的结构基本相同，此处不再赘述。

之后按照常规方法，使用本发明制得的正极片和负极片完成锂离子电池的制造和装配即可，图5中只示出了正负极片组合时的端面结构示意图，图中，31为负极活性物质涂层，32为负极集流体，33为负极极耳。

实施例2

采用同样的自动贴胶机构，把热膨胀发泡可剥离丙烯酸酯压敏胶带按照如上的尺寸预先贴合在正极集流体或负极集流体的一面。然后再进行正极活性物质浆料或负极活性物质浆料的挤压涂布，待涂布后的膜片进入烘箱干燥后，利用烘箱的温度(80～150℃)，热发泡剥离胶带实现热发泡并将其上层涂布的浆料移除，从而实现单面膜片层预留焊接镂空区，其对称面焊接镂空区以相同的方式实施。本实施例与实施例1的区别是：实施例1是边贴胶边涂布，本实施例是预先贴好胶片，再涂布。

实施例3

1)在正、负极集流体的相应位置喷涂或印刷与预设镂空区面积相等的热膨胀发泡可剥离丙烯酸酯胶粘剂。其中，热膨胀发泡可剥离丙烯酸酯胶粘剂的厚度为70μm，发泡膨胀微球的粒径为20～40μm，其发泡膨胀的温度在100～130℃，热发泡过程中膨胀微球体积膨胀的倍数在50～150倍，胶粘层在常温时对铜箔或铝箔的剥离强度≥10N/m。

2)～4)与实施例1相同。

对比例1

使用与实施例1相同参数的集流体、活性物质浆料，按照现有技术制作端部留白的正极片和负极片，并在留白区焊接极耳；在按照与实施例1相同的常规方法，使用本对比例的正负极片制作与实施例1相同尺寸的锂离子电池。

为检验本发明制备方法所达到的技术效果，以实施例1和对比例1制得的1.0mm厚、66mm宽、125mm长的薄型软包卷绕式锂离子电池作为测试对象，测得的电池容量和体积能量密度结果如表1所示。

表1、电池容量和体积能量密度测试结果

组别	平均容量/mAh	平均厚度/mm	平均体积能量密度/Wh/L
				实施例1	910	0.89	473
对比例1	636	0.95	310

从表1可以看出，相对于现有技术，采用本发明制备方法制得的极片能更加充分地利用电池内部的集流体面积，从而有效地提高了软包锂离子电池的体积能量密度。

实施例1和对比例1制备的全电池测试容量后，全电池的交流阻抗谱如图6所示，可见本发明实施例1的阻抗明显低于对比例1。

需要说明的是，本发明锂离子电池极片制备方法中预留活性物质镂空区的目的就是为了焊接极耳，因此活性物质镂空区的面积大小和预留位置都可以依据电池设计的需要进行选择，实施例1只是其优选方式之一。实际操作中，每一镂空区的面积以100mm²～450mm²为宜，其大小约是每一极耳连接所需面积的2～2.5倍。

与现有技术相比，本发明锂离子电池极片制备方法制备的极片，其集流体上只有极耳焊接位置及其附近的很小区域未被活性物质膜片层覆盖，这样既充分利用了正负极集流体的面积，又减少了电池厚度的增加，因此使用上述极片制备的锂离子电池也就具有了更高的体积能量密度和更低的电池内阻。

根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种锂离子电池极片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)提供集流体，并在集流体上的极耳预设位置粘贴热膨胀发泡压敏胶带或涂布热膨胀发泡胶粘剂，形成可剥离的胶粘片；

2)在集流体上涂布活性物质浆料，形成活性物质膜片层；

3)在胶粘片的发泡膨胀温度下烘干活性物质膜片层，胶粘片在烘干过程中热膨胀发泡而从集流体上脱离，在集流体上形成未被活性物质膜片层覆盖的活性物质镂空区；

4)将极耳固定在活性物质镂空区裸露出的集流体上，得到所需的极片。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池极片制备方法，其特征在于：所述可剥离的胶粘片在常温时对集流体的剥离强度≥10N/m，高温热膨胀发泡后对集流体的剥离强度为0N/m。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池极片制备方法，其特征在于：所述可剥离的胶粘片中含有发泡膨胀微球；发泡膨胀微球的粒径为5～50μm，其发泡膨胀温度为80～150℃，热发泡过程中发泡膨胀微球的体积膨胀倍数为30～200倍。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池极片制备方法，其特征在于：所述活性物质镂空区的宽度为10～50mm，长度为5～20mm。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池极片制备方法，其特征在于：所述热膨胀发泡压敏胶带或热膨胀发泡胶粘剂的厚度均为20～150μm。

6.根据权利要求5所述的锂离子电池极片制备方法，其特征在于：所述热膨胀发泡压敏胶带包括厚度为10～50μm的基体树脂薄膜和厚度为10～140μm热膨胀发泡可剥离丙烯酸酯压敏胶。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池极片制备方法，其特征在于：所述热膨胀发泡压敏胶带为热膨胀发泡可剥离丙烯酸酯压敏胶带，热膨胀发泡胶粘剂为热膨胀发泡可剥离丙烯酸酯胶粘剂。

8.根据权利要求1所述的锂离子电池极片制备方法，其特征在于：所述热膨胀发泡压敏胶带或胶粘剂是由丙烯酸酯类单体/甲基丙烯酸酯类单体和引发剂、交联剂通过聚合反应合成的聚丙烯酸酯压敏胶带或胶粘剂。

9.根据权利要求1所述的锂离子电池极片制备方法，其特征在于：所述活性物质镂空区对称地分布在集流体的两面，每一活性物质镂空区的面积大小是该处极耳连接所需面积的2～2.5倍。

10.根据权利要求1所述的锂离子电池极片制备方法，其特征在于：所述极片为正极片或负极片，集流体为铜箔或铝箔；所述极耳焊接连接在活性物质镂空区处的集流体上。