CN106505210A - 3d箔材、含有该箔材的正负极片的制备方法及其应用 - Google Patents

3d箔材、含有该箔材的正负极片的制备方法及其应用 Download PDF

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韩越
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Abstract

本发明提供了一种3D箔材、含有该箔材的正负极片的制备方法及其应用，其中3D箔材，包括基材，所述基材中间设有若干第一通孔，所述基材上第一通孔四周设有凸起，所述凸起与基材一体成型；所述凸起内设有第二通孔；所述第二通孔侧壁平行于凸起的侧壁，所述第二通孔与第一通孔连通；所述第一通孔远离第二通孔端的孔径大于等于第一通孔与第二通孔连接处的孔径，所述第一通孔与第二通孔连接处的孔径大于所述第二通孔远离第一通孔端的孔径。本发明所述的一种3D箔材，采用机械冲压打孔的方式，使箔材具有第一通孔、第二通孔和凸起的三维立体结构，可以大大增加箔材与浆料之间的附着力，进而可以降低浆料中胶和添加剂的用量。

Description

3D箔材、含有该箔材的正负极片的制备方法及其应用
技术领域
本发明属于锂离子电池制备领域，尤其是涉及一种3D箔材、含有该箔材的正负极片的制备方法及其应用。
背景技术
随着锂电池技术的不断发展和客户对锂电池的要求不断提高，锂离子电池正在向着更轻、更薄、更高容量的方向发展。自从18650出现之后在锂离子电池领域已经达到了一个巅峰。为了适应生产力的发展，实现在锂离子电池各个领域的充分利用，该领域的研究者们希望从各个方面打破原有的桎梏，于是就有了薄片电池，大功率电池，异型电池等。
以往传统电池均采用传统铜箔和铝箔作为集流体，铜箔和铝箔是表面平整一致的金属箔，在铜箔或铝箔的两侧采用涂布的方式将浆料均匀的涂覆，后经烘干、碾压等步骤，制作锂离子电池正负极片。
锂离子电池的是通过锂离子在相对的正负两极来回移动来完成电池的充电和放电。对于传统电池，基材采用表面平整的箔材，在基材表面涂覆浆料时，为了浆料和基材之间有很好的粘接性，就要求浆料中添加足够的胶和辅助胶和箔材粘接的添加剂，即使这样也会限制浆料的涂覆厚度和涂覆量，由此会影响到电池的容量，同时也会影响到电池的倍率和循环性能。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种3D箔材，以克服现有技术缺陷，使箔材具有通孔且兼具三维立体结构，浆料可以渗入箔材孔道内部同时不会大量覆盖箔材的另一面，大大增加箔材与浆料之间的附着力。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种3D箔材，包括基材，所述基材中间设有若干第一通孔，所述基材上第一通孔四周设有凸起，所述凸起与基材一体成型；所述凸起内设有第二通孔；所述第二通孔侧壁平行于凸起的侧壁，所述第二通孔与第一通孔连通；所述第一通孔远离第二通孔端的孔径大于等于第一通孔与第二通孔连接处的孔径，所述第一通孔与第二通孔连接处的孔径大于所述第二通孔远离第一通孔端的孔径。
进一步的，所述基材底部第一通孔四周设有凸起。
进一步的，所述基材底部和顶部第一通孔四周上下间隔设有凸起。
进一步的，所述第一通孔的孔径为10μm～200μm，相邻两个第一通孔之间的间隙为5μm～450μm；所述基材上分布有若干第一通孔区域的宽度为基材宽度的5％～95％。
进一步的，所述基材为金属箔材；所述第一通孔、第二通孔和凸起通过机械冲压一体成型。第一通孔、第二通孔和凸起的可以是单面打孔(从一面打孔)形成，也可以是双面打孔(一排打正面，第二排打反面，依次交替进行)形成。
进一步的，所述基材为铝箔、铜箔、镍箔、铁箔、锡箔中的一种；所述第一通孔的形状为圆形、矩形、正方形、三角形、梯形、菱形、平行四边形、椭圆形中的一种或两种以上；所述凸起形状为圆柱、长方体、正方体、棱锥、棱台、圆锥体、棱柱、半球体、平行四边形、椭圆形中的一种或两种以上的组合图形；所述凸起侧壁与基材的夹角为5°～90°。所述第一通孔的形状包括但不限于上述形状，只要是规则图形都可以；所述凸起形状包括但不限于上述形状，只要能保证凸起侧边为直线或弧线的任何图形都可以。
进一步的，所述凸起的高度为3μm～100μm；所述第二通孔侧壁到凸起外壁的距离为5μm～100μm。
本发明的第二个目的在于提出一种包含有如上所述的3D箔材的正极片的制备方法，以制备含有上述3D箔材的正极片。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种包含有如上所述的3D箔材的正极片的制备方法，将一定量的正极浆料涂布在所述3D箔材的上表面和/或下表面，于85～105℃烘干后，再碾压至25～210μm，即得正极片；优选的，所述烘干温度为90℃，碾压至30μm或190μm。
本发明的第三个目的在于提出一种包含有如上所述的3D箔材的负极片的制备方法，以制备含有上述3D箔材的负极片。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种包含有如上所述的3D箔材的负极片的制备方法，将一定量的负极浆料涂布在所述3D箔材的上表面和/或下表面，于85～105℃烘干后，再碾压至25～230μm，即得负极片；优选的，所述烘干温度为90℃，碾压至30μm或210μm。
本发明的第四个目的在于提出一种如上所述的3D箔材在锂离子电池中的应用，以应用上述3D箔材。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
如上所述的3D箔材在锂离子电池中的应用。
一种制备如上所述的锂离子电池的方法，包括以下步骤：
(1)采用所述3D箔材根据上述方法制备正极片和负极片，将正极片和负极片剪裁为工艺设定大小；
(2)在正极片和负极片上焊接极耳；
(3)将正极片和负极片分别放在隔膜的上表面和下表面，使涂有浆料的一侧紧贴隔膜，得电芯；
(4)将电芯注液、化成工序制成锂离子电池。
相对于现有技术，本发明所述的一种3D箔材具有以下优势：
本发明所述的一种3D箔材，采用机械冲压打孔的方式，使箔材具有第一通孔、第二通孔和凸起的三维立体结构，孔径约为10～200um，在该孔径范围内浆料可以渗入箔材孔道内部同时保证浆料不会大量通过孔道覆盖于箔材另一面；同时，该箔材的3D结构可以大大增加箔材与浆料之间的附着力，进而可以降低浆料中粘结剂的用量；此外，将其用于正极片和负极片的制备，进而制备锂离子电池，可以适量增加浆料涂覆的厚度，进而使得电池的容量增加约10％～50％，同时提高电池的循环性能，且由于三维结构小孔的存在使得浆料到集流体的电子传输距离缩短，增加了其导电性能，进而提高了其充放电倍率。
所述包含上述3D箔材的正极片、负极片的制备方法及该3D箔材在锂离子电池中的应用与上述3D箔材相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明实施例1所述的3D箔材的俯视图；
图2为本发明实施例1所述的3D箔材的纵向剖视图；
图3为本发明实施例11所述的3D箔材的主视图；
图4为本发明实施例16所述的3D箔材的主视图。
附图标记说明：
1-基材；2-第一通孔；3-凸起；4-第二通孔。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例及附图来详细说明本发明。
第一组
实施例1
如图1和图2所示，一种3D箔材，包括基材1，所述基材1中间设有若干第一通孔2，所述基材1上第一通孔2四周设有凸起3，所述凸起3与基材1一体成型；所述凸起3内设有第二通孔4；所述第二通孔4侧壁平行于凸起3的侧壁，所述第二通孔4与第一通孔2连通；所述第一通孔2远离第二通孔4端的孔径大于等于第一通孔2与第二通孔4连接处的孔径，所述第一通孔2与第二通孔4连接处的孔径大于所述第二通孔4远离第一通孔2端的孔径。
所述基材1底部第一通孔2四周设有凸起3。
所述第一通孔2的孔径为100μm，相邻两个第一通孔2之间的间隙为300μm。
所述分布有若干第一通孔2区域的宽度为基材宽度的90％。
所述第一通孔1、第二通孔4和凸起3通过机械冲压一体成型。
所述基材1为铝箔,基材的长度为800mm，宽度为245mm。
所述第一通孔1的形状为正方形；所述凸起3的形状为圆台；所述凸起3侧壁顶部的夹角为60°。
所述凸起3的高度为20μm；所述第二通孔4侧壁到凸起3外壁的距离为60μm。
实施例2
本实施例其他部分均与实施例1相同，不同之处在于：所述基材1为铜箔,基材的长度为800mm，宽度为285mm。
实施例3
一种包含有如实施例1所述的3D箔材的正极片的制备方法：将500g的正极浆料涂布在所述3D箔材的上表面，于90℃烘干后，再碾压至190μm，即得正极片。
实施例4
一种包含有如实施例2所述的3D箔材的负极片的制备方法：将500g负极浆料涂布在所述3D箔材的上表面，于90℃烘干后，再碾压至210μm，即得负极片。
实施例5
一种锂离子电池，包括如实施例3所述的制备方法制备的正极片和如实施例4所述的制备方法制备的负极片。
第二组
实施例6
一种3D箔材，包括基材1，所述基材1中间设有若干第一通孔2，所述基材1上第一通孔2四周设有凸起3，所述凸起3与基材1一体成型；所述凸起3内设有第二通孔4；所述第二通孔4侧壁平行于凸起3的侧壁，所述第二通孔4与第一通孔2连通；所述第一通孔2远离第二通孔4端的孔径大于等于第一通孔2与第二通孔4连接处的孔径，所述第一通孔2与第二通孔4连接处的孔径大于所述第二通孔4远离第一通孔2端的孔径。
所述基材1底部第一通孔2四周设有凸起3。
所述第一通孔2的孔径为30μm，相邻两个第一通孔2之间的间隙为50μm。
所述分布有若干第一通孔2区域的宽度为基材宽度的90％。
所述第一通孔1、第二通孔4和凸起3通过机械冲压一体成型。
所述基材1为铝箔,基材的长度为800mm，宽度为245mm。
所述第一通孔1的形状为正方形；所述凸起的形状为圆台；所述凸起侧壁顶部的夹角为20°。
所述凸起3的高度为5μm；所述第二通孔4侧壁到凸起3外壁的距离为10μm。
实施例7
本实施例其他部分均与实施例6相同，不同之处在于：所述基材1为铜箔,基材的长度为800mm，宽度为285mm；所述分布有若干第一通孔2区域的宽度为基材宽度的95％。
实施例8
一种包含有如实施例6所述的3D箔材的正极片的制备方法：将500g的正极浆料涂布在所述3D箔材的上表面和下表面，于90℃烘干后，再碾压至170μm，即得正极片。
实施例9
一种包含有如实施例7所述的3D箔材的负极片的制备方法：将500g负极浆料涂布在所述3D箔材的上表面，于90℃烘干后，再碾压至190μm，即得负极片。
实施例10
一种锂离子电池，包括如实施例8所述的制备方法制备的正极片和如实施例9所述的制备方法制备的负极片。
第三组
实施例11
一种3D箔材，包括基材1，所述基材1中间设有若干第一通孔2，所述基材1上第一通孔2四周设有凸起3，所述凸起3与基材1一体成型；所述凸起3内设有第二通孔4；所述第二通孔4侧壁平行于凸起3的侧壁，所述第二通孔4与第一通孔2连通；所述第一通孔2远离第二通孔4端的孔径大于等于第一通孔2与第二通孔4连接处的孔径，所述第一通孔2与第二通孔4连接处的孔径大于所述第二通孔4远离第一通孔2端的孔径。
如图3所示，所述基材1底部和顶部第一通孔2四周上下间隔设有凸起3。
所述第一通孔2的孔径为180μm，相邻两个第一通孔2之间的间隙为400μm。
所述分布有若干第一通孔2区域的宽度为基材宽度的80％。
所述第一通孔1、第二通孔4和凸起3通过机械冲压一体成型。
所述基材1为铝箔,基材的长度为800mm，宽度为245mm。
所述第一通孔1的形状为正方形；所述凸起3的形状为圆台；所述凸起侧壁顶部的夹角为80°。
所述凸起3的高度为20μm；所述第二通孔4侧壁到凸起3外壁的距离为80μm。
实施例12
本实施例其他部分均与实施例11相同，不同之处在于：所述基材1为铜箔,基材的长度为800mm，宽度为285mm；所述分布有若干第一通孔2区域的宽度为基材宽度的85％。
实施例13
一种包含有如实施例11所述的3D箔材的正极片的制备方法：将500g的正极浆料涂布在所述3D箔材的上表面和下表面，于90℃烘干后，再碾压至210μm，即得正极片。
实施例14
一种包含有如实施例12所述的3D箔材的负极片的制备方法：将500g负极浆料涂布在所述3D箔材的上表面和下表面，于90℃烘干后，再碾压至230μm，即得负极片。
实施例15
一种锂离子电池，包括如实施例13所述的制备方法制备的正极片和如实施例14所述的制备方法制备的负极片。
第四组
实施例16
一种3D箔材，包括基材1，所述基材1中间设有若干第一通孔2，所述基材1上第一通孔2四周设有凸起3，所述凸起3与基材1一体成型；所述凸起3内设有第二通孔4；所述第二通孔4侧壁平行于凸起3的侧壁，所述第二通孔4与第一通孔2连通；所述第一通孔2远离第二通孔4端的孔径大于等于第一通孔2与第二通孔4连接处的孔径，所述第一通孔2与第二通孔4连接处的孔径大于所述第二通孔4远离第一通孔2端的孔径。
所述基材1底部和顶部第一通孔2四周上下间隔设有凸起3。
所述第一通孔2的孔径为100μm，相邻两个第一通孔2之间的间隙为300μm。
所述分布有若干第一通孔2区域的宽度为基材宽度的90％。
所述第一通孔1、第二通孔4和凸起3通过机械冲压一体成型。
所述基材1为铝箔,基材的长度为800mm，宽度为245mm。
如图4所示，所述第一通孔1的形状为矩形；所述凸起3的形状为半球体；所述凸起侧壁顶部的夹角为60°。
所述凸起3的高度为18μm；所述第二通孔4侧壁到凸起3外壁的距离为35μm。
实施例17
本实施例其他部分均与实施例16相同，不同之处在于：所述基材1为铜箔,基材的长度为800mm，宽度为285mm。
实施例18
一种包含有如实施例16所述的3D箔材的正极片的制备方法：将500g的正极浆料涂布在所述3D箔材的上表面，于90℃烘干后，再碾压至30μm，即得正极片。
实施例19
一种包含有如实施例17所述的3D箔材的负极片的制备方法：将500g负极浆料涂布在所述3D箔材的上表面和下表面，于90℃烘干后，再碾压至30μm，即得负极片。
实施例20
一种锂离子电池，包括如实施例18所述的制备方法制备的正极片和如实施例19所述的制备方法制备的负极片。
对比例1
采用常规铝箔和铜箔分别做正极片和负极片，再将该正极片和负极片用来制备锂离子电池。保证该电池与第一组锂离子电池尺寸一致(102838)
对比例2
采用常规铝箔和铜箔分别做正极片和负极片，再将该正极片和负极片用来制备锂离子电池。保证该电池与第二组锂离子电池尺寸一致(102838)
对比例3
采用常规铝箔和铜箔分别做正极片和负极片，再将该正极片和负极片用来制备锂离子电池。保证该电池与第三组锂离子电池尺寸一致(102838)
对比例4
采用常规铝箔和铜箔分别做正极片和负极片，再将该正极片和负极片用来制备锂离子电池。保证该电池与第四组锂离子电池尺寸一致(t53047)
性能检测
分别对第一组、第二组、第三组、第四组和对比例1、对比例2、对比例、对比例4中的锂离子电池进行电化学性能检测，结果见下表。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D箔材，其特征在于：包括基材(1)，所述基材(1)中间设有若干第一通孔(2)，所述基材(1)上第一通孔(2)四周设有凸起(3)，所述凸起(3)与基材(1)一体成型；所述凸起(3)内设有第二通孔(4)；所述第二通孔(4)侧壁平行于凸起(3)的侧壁，所述第二通孔(4)与第一通孔(2)连通；所述第一通孔(2)远离第二通孔(4)端的孔径大于等于第一通孔(2)与第二通孔(4)连接处的孔径，所述第一通孔(2)与第二通孔(4)连接处的孔径大于所述第二通孔(4)远离第一通孔(2)端的孔径。
2.根据权利要求1所述的3D箔材，其特征在于：所述基材(1)底部第一通孔(2)四周设有凸起(3)。
3.根据权利要求1所述的3D箔材，其特征在于：所述基材(1)底部和顶部第一通孔(2)四周上下间隔设有凸起(3)。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的3D箔材，其特征在于：所述第一通孔(2)的孔径为10μm～200μm，相邻两个第一通孔(2)之间的间隙为5μm～450μm；所述基材(1)上分布有若干第一通孔(2)区域的宽度为基材(1)宽度的5％～95％。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的3D箔材，其特征在于：所述基材(1)为金属箔材；所述第一通孔(1)、第二通孔(4)和凸起(3)通过机械冲压一体成型。
6.根据权利要求5所述的3D箔材，其特征在于：所述基材(1)为铝箔、铜箔、镍箔、铁箔、锡箔中的一种；所述第一通孔(1)的形状为圆形、矩形、正方形、三角形、梯形、菱形、平行四边形、椭圆形中的一种或两种以上；所述凸起(3)形状为圆柱、长方体、正方体、棱锥、棱台、圆锥体、棱柱、半球体、平行四边形、椭圆形中的一种或两种以上的组合图形；所述凸起(3)侧壁与基材(1)的夹角为5°～90°。
7.根据权利要求1所述的3D箔材，其特征在于：所述凸起(3)的高度为3μm～100μm；所述第二通孔(4)侧壁到凸起(3)外壁的距离为5μm～100μm。
8.一种包含有如权利要求1至7任意一项所述的3D箔材的正极片的制备方法，其特征在于：将一定量的正极浆料涂布在所述3D箔材的上表面和/或下表面，于85～105℃烘干后，再碾压至25～210μm，即得正极片；优选的，所述烘干温度为90℃，碾压至30μm或190μm。
9.一种包含有如权利要求1至7任意一项所述的3D箔材的负极片的制备方法，其特征在于：将一定量的负极浆料涂布在所述3D箔材的上表面和/或下表面，于85～105℃烘干后，再碾压至25～230μm，即得正极片；优选的，所述烘干温度为90℃，碾压至30μm或210μm。
10.如权利要求1至7任意一项所述的3D箔材在锂离子电池中的应用。
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