CN107134561B - 电池极片以及防止电池极片卷曲的方法 - Google Patents

电池极片以及防止电池极片卷曲的方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了电池极片以及防止电池极片卷曲的方法，其中电池极片包括金属集流体，金属集流体的一面设置有活性材料层，另一面设置有高分子材料层。本申请通过在金属集流体不需要设置活性材料层的一面设置高分子材料层，能够抵消或部分抵消在辊压后因活性材料延展引起的应力，从而能够解决极片单面涂布辊压后引起的极片打卷问题。

Description

电池极片以及防止电池极片卷曲的方法
技术领域
本发明涉及电池领域，具体涉及电池极片以及防止电池极片卷曲的方法。
背景技术
随着电子设备技术的日新月异，我们对电池的要求也越来越高。新一代的电池，将无可避免地向超薄化和柔性化发展，这在可穿戴设备和RFID产品中已经得到充分体现。超薄电池，顾名思义，厚度很薄的电池，现在能做到最薄的是铝塑软包装锂电池。
目前的铝塑软包装锂电池具有能量密度高、更小型化、超薄化、轻量化、高安全性和低成本等多种明显优势。超薄电池最大的特点是整个电池的厚度小于0.5mm，犹如纸张一样薄，且循环寿命长，自耗电低。可根据客户的需要，设计制作不同的尺寸、各种形状的电池，广泛应用于智能卡、超薄信用卡、RFID电子标签、银行卡等超薄产品以及近来兴起的穿戴式电子产品领域。
要将电池做得薄，很重要的一点，就是每个零件要做得薄。要做成超薄型的电池，正、负极只涂单面，在后续的辊压工序加工时，极片会出现打卷，影响电池的组装效率。针对上述极片打卷问题，现有的工艺的解决方式为：在极片的双面涂上相同配方，相同重量，相同厚度的材料，在辊压时，两边的延展的产生的应力相互抵消，不会发生打卷现象。但是这种方法带来缺点是浪费另一面的活性材料，增加成本。
发明内容
本发明针对上述问题，提出了电池极片以及防止电池极片卷曲的方法。解决了正、负极极片单面涂布引起的极片打卷问题。
本发明采取的技术方案如下：
一种电池极片，包括金属集流体，金属集流体的一面设置有活性材料层，另一面设置有高分子材料层。
通过在金属集流体不需要设置活性材料层的一面设置高分子材料层，能够抵消或部分抵消在辊压后因活性材料延展引起的应力，从而能够解决极片单面涂布辊压后引起的极片打卷问题。
通过解决极片打卷问题，提高了后续电池装配的生产效率，且选用高分子材料层，节省了成本，便于实现自动化生产，同时，减少了极片掉料，增强极片的强度，防止极片的撕裂和破损。
可选的，所述金属集流体为正极集流体或负极集流体，当金属集流体为正极集流体时，所述活性材料层为正极活性材料层，当金属集流体为负极集流体时，所述活性材料层为负极活性材料层。
正极集流体可以采用铝箔等现有的正极集流体，正极活性材料层为现有的正极活性材料；负极集流体可以采用铜箔等现有的负极集流体，负极活性材料层为现有的负极活性材料。
可选的，所述高分子材料层的厚度为20～100μm。
通过多次试验发现，厚度小于20μm，起不了作用，极片还是会打卷，而如果厚度太大，则对于超薄的铝塑软包装锂电池没有意义。通过无数次试验，发现各类高分子材料厚度在20～100μm时能够较好的抵消或部分抵消在辊压后因活性材料延展引起的应力。
可选的，所述高分子材料层的材料为聚烯烃、聚酯或聚酰亚胺的一种或多种组合，如PE、PP、PET和PI材料等。
可选的，所述高分子材料层为高分子膜，高分子膜通过粘结剂粘贴在金属集流体上。
高分子材料层为高分子膜，这样设置通过粘结剂能够快速方便的形成高分子材料层。
可选的，所述高分子材料层通过将熔融状态的高分子涂布在金属集流体上得到。
本申请还公开了一种防止电池极片卷曲的方法，在完成金属集流体一面的活性材料层的涂布后，再在金属集流体的另一面复合高分子材料层，所述高分子材料层用于抵消或部分抵消在辊压后因活性材料延展引起的应力。
可选的，所述高分子材料层的厚度为20～100μm，所述高分子材料层在辊压前或辊压后复合在金属集流体上。
可选的，所述高分子材料层通过将熔融状态的高分子涂布在金属集流体上得到。
可选的，所述高分子材料层为高分子膜，高分子膜通过粘结剂粘贴在金属集流体上。
本发明的有益效果是：通过在金属集流体不需要设置活性材料层的一面设置高分子材料层，能够抵消或部分抵消在辊压后因活性材料延展引起的应力，从而能够解决极片单面涂布辊压后引起的极片打卷问题。通过解决极片打卷问题，提高了后续电池装配的生产效率，且选用高分子材料层，节省了成本，便于实现自动化生产，同时，减少了极片掉料，增强极片的强度，防止极片的撕裂和破损。
附图说明：
图1是本申请电池极片的剖视图
图2是实施例3正极极片的示意图；
图3是实施例3负极极片的示意图；
图4是实施例4负极极片的示意图；
图5是实施例4正极极片的示意图。
各附图标记为：
1、金属集流体；2、活性材料层；3、高分子材料层；4、正极极片；5、负极极片；6、负极极片；7、正极极片。
具体实施方式：
下面结合各附图，对本发明做详细描述。
实施例1
如图1所示，一种电池极片，包括金属集流体1，金属集流体的一面设置有活性材料层2，另一面设置有高分子材料层3。
通过在金属集流体不需要设置活性材料层的一面设置高分子材料层，能够抵消或部分抵消在辊压后因活性材料延展引起的应力，从而能够解决极片单面涂布辊压后引起的极片打卷问题。通过解决极片打卷问题，提高了后续电池装配的生产效率，且选用高分子材料层，节省了成本，便于实现自动化生产，同时，减少了极片掉料，增强极片的强度，防止极片的撕裂和破损。
于本实施例中，金属集流体1为正极集流体或负极集流体，当金属集流体为正极集流体时，活性材料层为正极活性材料层，当金属集流体为负极集流体时，活性材料层为负极活性材料层。正极集流体可以采用铝箔等现有的正极集流体，正极活性材料层为现有的正极活性材料；负极集流体可以采用铜箔等现有的负极集流体，负极活性材料层为现有的负极活性材料。
于本实施例中，高分子材料层的材料为聚烯烃、聚酯或聚酰亚胺的一种或多种组合，如PE、PP、PET和PI材料等。高分子材料层的厚度影响极片打卷的程度，如表1所示，为不同厚度PET制得正极极片后的打卷程度对比表，该表所对应的正极极片的金属集流体为12μm的铝箔，活性物质为58μm的正极活性物质(与实施例2中的正极活性物质相同)，本申请中，极片打卷的程度，由高到底分别为：高、中高、中、中低、低和不打卷。实际生产过程中，打卷程度小于等于中低程度就基本不影响生产。
表1
根据表1可知，高分子材料层为PET时，高分子材料层厚度为53μm是最优选的方案，在不打卷的同时能够最大程度的降低极片的厚度。
申请人经过对PE、PP、PET和PI材料的无数次试验，发现各类高分子材料层在20～100μm时能够较好的抵消或部分抵消在辊压后因活性材料延展引起的应力。高分子材料层厚度小于20μm，起不了作用，极片还是会打卷且影响生产，而如果厚度太大，则对于超薄的铝塑软包装锂电池没有意义。
于本实施例中，高分子材料层通过湿法或干法复合在金属集流体上，当采用干法复合时，高分子材料层为高分子膜，且高分子膜通过粘结剂粘贴在金属集流体上。当采用湿法复合时，高分子材料层通过将熔融状态的高分子涂布在金属集流体上得到。
本实施例还公开了一种防止电池极片卷曲的方法，具体为：在完成金属集流体一面的活性材料层的涂布后，再在金属集流体的另一面复合高分子材料层，高分子材料层用于抵消或部分抵消在辊压后因活性材料延展引起的应力。本方法中，高分子材料层的厚度，材料类型，以及复合形式均与本实施例电池极片中的高分子材料层相同。
实施例2
本实施例公开了一种制造铝塑软包装锂电池的方法，具体包括以下步骤：
步骤1)制得正极极片：将正极活性物质钴酸锂、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)以及导电剂导电炭黑按质量比(94～98):(1～3):(1～3)与溶剂N-甲基吡咯烷酮混合均匀，经高速搅拌得到分散均匀的正极浆料，而后将正极浆料均匀涂布在10～14μm厚的正极集流体单面铝箔上，再进行鼓风干燥，再将45～55μm厚的聚酯PET膜复合到另一面的铝箔上，之后经冷压，模切得到相应尺寸的正极极片，于本实施例中，正极极片厚度为120μm，宽为21mm，高为25mm，本实施例的正极极片结构与实施例1的电池极片结构相同，因为设置了高分子材料层(本实施例中为聚酯PET膜)，能够抵消或部分抵消在辊压后因活性材料延展引起的应力，因此正极极片表面平整，不打卷；
步骤2)制得负极极片：将负极活性物质石墨、粘结剂丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素钠(CMC)以及导电剂导电炭黑按质量比(94.6～96):(1.8～2.2):(1.5～2):(0.7～1.2)与溶剂去离子水混合均匀，经高速搅拌得到分散均匀的负极浆料，而后将负极浆料均匀涂布在8～10μm厚的负极集流体单面铜箔上，再进行鼓风干燥，再将45～55μm厚的聚酯PET膜复合到另一面的铜箔上，之后经冷压，模切得到相应尺寸的负极极片，于本实施例中，负极极片厚度为130μm，宽为22mm，高为26mm，本实施例的负极极片与实施例1的电池极片结构相同，因为设置了高分子材料层(本实施例中为聚酯PET膜)，能够抵消或部分抵消在辊压后因活性材料延展引起的应力，因此负极极片表面平整，不打卷；
步骤3)制得电解液：将LiPF6与碳酸乙烯酯(EC)和碳酸甲乙酯(EMC)配制成1.0mol/L的LiPF6溶液(其中，EC和EMC质量比为3：7)，得到非水电解液；
步骤4)将制得的一片正极极片，一片负极极片以及一片10～14μm的隔离膜以叠层方式组成电芯，再放入68μm厚度的铝塑复合包装膜内完成组装；
步骤5)注入电解液，并进行封装，化成，分容等常规工序后得到厚度为0.40mm，容量为18mAh的铝塑软包装锂电池。
实施例3
本实施例公开了一种制造铝塑软包装锂电池的方法，包括以下步骤：
制得正极极片：依照实施例2的步骤1)制备正极极片，本实施例中正极极片4的厚度为120μm，宽为42.2mm，高为25mm，如图2所示；
制得负极极片：依照实施例2的步骤2)制备负极浆料，然后将负极浆料双面涂布在9μm铜箔上，之后经冷压，模切得到厚度为148μm，宽为22mm，高为26mm的负极极片5，如图3所示；
制得电解液，与实施例2的步骤3)一样制得电解液；
将制得的一片正极极片4，包住一片负极极片5，且正极极片与负极极片之间设置隔离膜，以正极极片-隔离膜-负极极片-隔离膜-正极极片的方式组成电芯，放入68μm厚度的铝塑复合包装膜内完成组装，然后按实施例2的步骤5)完成电池的制作，得到厚度为0.55mm，容量为34mAh的铝塑软包装锂电池。
于本实施例中，隔离膜为中部弯折的一片，实际运用时隔离膜可以为相互独立的2片，且2片隔离膜分别设置在负极极片的两侧。
于本实施例中，为了工艺简单方便，制备的正极极片较大，从而弯折后可以形成两个与负极极片对应侧配合的区域，于其他实施例中，可以制备正常尺寸的正极极片，此时两个正极极片与一个负极极片配合，且两个正极极片分别设置在负极极片5的两侧。
实施例4
本实施例公开了一种铝塑软包装锂电池的方法，包括以下步骤：
制得正极极片：依照实施例2的步骤1)制备正极浆料，然后双面涂布在12μm正极集流体铝箔上，之后经冷压，模切得到厚度为122μm，宽为21mm，高为25mm的正极极片7，如图5所示；
制得负极极片：依照实施例2的步骤2)制备负极极片，本实施例中，如图4所示，负极极片6的厚度为129μm，宽为44.2mm，高为26mm；
制得电解液，与实施例2步骤3)一样制得电解液；
将制得的一片负极极片6包住一片正极极片7，且正极极片与负极极片之间设置隔离膜，以负极极片-隔离膜-正极极片-隔离膜-负极极片的方式组成电芯，放入68μm厚度的铝塑复合包装膜内完成组装，然后按实施例2的步骤5)完成电池的制作，得到厚度为0.54mm，容量为34mAh的铝塑软包装锂电池。
于本实施例中，隔离膜为中部弯折的一片，实际运用时隔离膜可以为相互独立的2片，且2片隔离膜分别设置在正极极片的两侧。
于本实施例中，为了工艺简单方便，制备的负极极片较大，从而弯折后可以形成两个与正极极片对应侧配合的区域，于其他实施例中，可以制备正常尺寸的负极极片，此时两个负极极片与一个正极极片配合，且两个负极极片分别设置在正极极片7的两侧。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种电池极片，包括金属集流体，其特征在于，金属集流体的一面设置有活性材料层，另一面设置有高分子材料层，所述高分子材料层的材料为聚烯烃、聚酯或聚酰亚胺的一种或多种组合，所述高分子材料层用于抵消或部分抵消在辊压后因活性材料延展引起的应力；
所述金属集流体为正极集流体或负极集流体，当金属集流体为正极集流体时，电池极片厚度为120μm，金属集流体为10～14μm厚的单面铝箔，所述活性材料层为正极活性材料层，高分子材料层的厚度为45～55μm，正极活性材料层的制作流程为：将正极活性物质钴酸锂、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)以及导电剂导电炭黑按质量比(94～98):(1～3):(1～3)与溶剂N-甲基吡咯烷酮混合均匀，经高速搅拌得到分散均匀的正极浆料，而后将正极浆料均匀涂布在单面铝箔上，再进行鼓风干燥；
当金属集流体为负极集流体时，电池极片厚度为130μm，金属集流体为8～10μm厚的单面铜箔，所述活性材料层为负极活性材料层，高分子材料层的厚度为45～55μm；负极活性材料层的制作流程为：将负极活性物质石墨、粘结剂丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素钠(CMC)以及导电剂导电炭黑按质量比(94.6～96):(1.8～2.2):(1.5～2):(0.7～1.2)与溶剂去离子水混合均匀，经高速搅拌得到分散均匀的负极浆料，而后将负极浆料均匀涂布在单面铜箔上，再进行鼓风干燥。
2.如权利要求1所述的电池极片，其特征在于，所述高分子材料层为高分子膜，高分子膜通过粘结剂粘贴在金属集流体上。
3.如权利要求1所述的电池极片，其特征在于，所述高分子材料层通过将熔融状态的高分子涂布在金属集流体上得到。
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