CN107394209A - 一种锂离子电池正极片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种锂离子电池正极片及其制造方法,包括多孔集流体铝箔和正极材料层,多孔集流体铝箔上分布有贯通孔和非贯通孔,多孔集流体铝箔的两侧涂覆有正极材料层;一种锂离子电池正极片的制造方法,包括以下步骤,①取厚度为10‑50μm的集流体铝箔,在集流体铝箔表面采用直流蚀刻工序;②将经过①处理的集流体铝箔用氧化性酸进行化学蚀刻工序,随后可得多孔集流体铝箔;③在多孔集流体铝箔的两侧面涂覆正极材料层,然后进行烘干;④进行碾压制得锂离子电池的正极片。一种锂离子电池正极片采用多孔集流体铝箔有效提高集流体与活性物质颗粒之间的粘附力,降低接触电阻,提高活性物质涂覆量,降低集流体空间占比,改善锂离子电池的使用性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域,尤其涉及到使用多孔铝箔作为集流体的一种锂离子电池正极片及其制造方法。
背景技术
随着社会的发展,人们对能源存储和绿色环保的要求大大提高,锂离子电池作为一种高能量密度、绿色环保的能源存储方式越来越多的应用在人们的工作和生活中。极片制造作为锂离子电池最重要的工序之一,在传统的制造方法中存在着集流体与活性物质颗粒之间粘附力差、接触电阻大,集流体占用较大空间等缺点,在很大程度上限制了锂离子电池的使用性能。
国内的众多学者在锂离子电池以及其制造方法方面做出了众多研究,中国专利CN102769122A《一种锂离子电池电极极片的制备方法》公布了将集流体铝箔进行氧化性酸刻蚀出0.1-1μm的凹槽,在凹槽表面涂覆一层1-5μm厚的纳米碳涂层,然后在纳米碳涂层上涂覆活性物质,制备得到电极极片。该方法工艺复杂,成本高,且活性物质颗粒与集流体铝箔并不直接接触,导电面积小,对电极导电性的改善非常有限;中国专利CN101807683A《一种锂离子电容电池的正负极片及其两种极片的制作方法》公布了使用活性炭层作为集流体和活性物质之间的夹层,该方法活性炭层与铝箔集流体接触面积小,对电子传导的改善较为有限,且无法解决集流体占用空间大的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池正极片及其制造方法,旨在有效提高集流体与活性物质颗粒之间的粘附力,降低接触电阻,提高活性物质涂覆量,降低集流体空间占比,改善锂离子电池的使用性能。
本发明采用的技术方案如下:
一种锂离子电池正极片,包括多孔集流体铝箔和正极材料层,所述多孔集流体铝箔上分布有贯通孔和非贯通孔,所述多孔集流体铝箔的两侧涂覆有正极材料层。
优选的,所述多孔集流体铝箔的厚度为10-50μm,多孔集流体铝箔的孔隙率5%~40%,多孔集流体铝箔上的贯穿孔的比例为2%~35%。
优选的,所述贯通孔和非贯通孔的当量直径为0.5~5μm。
一种锂离子电池正极片的制造方法,其特征在于:包括以下步骤,①取厚度为10-50μm的集流体铝箔,在集流体铝箔表面采用直流蚀刻工序;②将实施了直流蚀刻的集流体铝箔用氧化性酸进行化学蚀刻工序,用氧化性酸进行化学蚀刻后制得多孔集流体铝箔;③在多孔集流体铝箔的两侧面涂覆正极材料层,然后对涂覆过正极材料层的多孔集流体铝箔进行烘干;④对烘干后的多孔集流体铝箔进行碾压,碾压后制得锂离子电池的正极片。
优选的,所述步骤①的直流蚀刻电流为0.2~2.0A,通电时间为0.1~5.0s,通电次数至少为1次。
优选的,所述步骤②的氧化性酸为硝酸、硫酸、盐酸中的一种或任意两种或三种的组合。
优选的,所述步骤③的正极材料层为钴酸锂或锰酸锂或镍钴锰酸锂或磷酸铁锂。
本发明的优点在于:
1、一种锂离子电池正极片采用多孔集流体铝箔,较传统方法增大了正极材料层与集流体的接触面积,降低了接触电阻,改善了正极片的导电性;同时增强了正极材料层与集流体的粘结性,降低了粘结剂用量,提高了正极材料使用比例。
2、一种锂离子电池正极片采用多孔集流体铝箔,较传统方法增加了电解液存储空间,提高了极片保液性能。
3、一种锂离子电池正极片采用多孔集流体铝箔,在同等极片厚度的前提下较传统方法减少了集流体体积占比,增加了正极材料层的涂覆量,提高了电池的能量密度。
4、一种锂离子电池正极片制造方法,较传统的方法简化了工艺流程,降低了成本。
附图说明
图1为本发明一种锂离子电池正极片的示意图。
图2为实施例2以及对比例2的锂离子电池正极片的粘附力和面电阻测试折线图。
图3为实施例2以及对比例2的锂离子电池的倍率放电曲线图。
图4为实施例4以及对比例4的电池正极片的粘附力和面电阻测试折线图。
图5为实施例4以及对比例4的锂离子电池的倍率放电曲线图。
图中:1、多孔集流体铝箔,2、正极材料层。
具体实施方式
下面对本发明一种锂离子电池正极片及其制造方法作进一步详细描述。
实施例1
本实施例提供一种锂离子电池正极片,包括多孔集流体铝箔(1)和正极材料层(2),所述多孔集流体铝箔(1)上分布有贯通孔和非贯通孔,所述多孔集流体铝箔(1)的两侧涂覆有正极材料层(2)。
优选的,所述多孔集流体铝箔(1)的厚度为10-50μm,多孔集流体铝箔(1)的孔隙率5%~40%,多孔集流体铝箔(1)上的贯穿孔的比例为2%~35%。
优选的,所述贯通孔和非贯通孔的当量直径为0.5~5μm。
实施例2
本实施例的一种锂离子电池的正极片及其制造方法,包括以下步骤:
①取厚度为20μm的铝箔,以通电电流0.7A,通电时间0.5s的参数对铝箔进行直流蚀刻;
②通过浓硫酸对直流蚀刻后的铝箔进行化学蚀刻,蚀刻后铝箔表面孔的当量直径为2.7μm,孔隙率31%,通孔比例22%;
③将正极磷酸铁锂浆料通过涂布机在本实施例的多孔集流体铝箔(1)上进行双面涂覆,烘干后得到正极片,之后通过碾压机、分切机、卷绕机制备出电芯长为110mm,宽为60mm,厚度为6mm的5Ah铝壳方形电芯,其中用1.2mol/L LiPF6 /EC+DMC+EMC(VEC:VDMC:VEMC=1:1:1)作电解液,日本UBE宇部 20μm PP/PE/PP三层隔膜纸作隔膜。
测试:锂离子电池正极片(指正极材料层(2)与多孔集流体铝箔(1))的粘附力和面电阻测试见图2,粘附力剥离强度为0.64N,面电阻26mΩ,倍率性能优异,见图3,放电容量5C/0.5C为99.0%。
作为对比例,使用20μm普通铝箔作为正极片集流体,正极浆料和极片制备方法、结构设计与本实施例相同,电解液,隔膜与本实施例相同,制备出5Ah铝壳方形电芯。测试得到正极片(指正极材料层与集流体铝箔)粘附力剥离强度为0.21N,面电阻为53mΩ,电池的倍率性能5C/0.5C为72.3%。
实施例3
本实施例的一种锂离子电池的正极片及其制造方法,包括以下步骤:
①取厚度为20μm的集流体铝箔,以通电电流1A,通电时间0.5s的参数对集流体铝箔进行直流蚀刻;
②通过浓硫酸对直流蚀刻后的铝箔进行化学蚀刻,蚀刻后铝箔表面孔的当量直径为3μm,孔隙率30%,通孔比例23%;
③将正极磷酸铁锂浆料通过涂布机在本实施例制得的多孔集流体铝箔(1)上进行双面涂覆,烘干后得到正极片,之后通过碾压机、分切机、卷绕机制备出电芯,电芯长为110mm,宽为60mm,厚度为6mm的5Ah铝壳方形电芯,其中用1.2mol/L LiPF6 /EC+DMC+EMC(VEC:VDMC:VEMC=1:1:1)作电解液,日本UBE 20μm PP/PE/PP三层隔膜纸作隔膜。
测试:锂离子电池正极片(指正极材料层(2)与多孔集流体铝箔(1))的粘附力和面电阻测试,粘附力剥离强度为0.62N,面电阻24mΩ,倍率性能优异,放电容量5C/0.5C为99.0%。
作为对比例,使用普通铝箔作为正极片集流体,正极浆料和极片制备方法、结构设计与本实施例相同,电解液,隔膜与本实施例相同,制备出5Ah铝壳方形电芯。测试得到正极片(指正极材料层与集流体铝箔)粘附力剥离强度为0.21N,面电阻为53mΩ,电池的倍率性能5C/0.5C为72.3%。
实施例4
本实施例的一种锂离子电池的正极片及其制造方法,包括以下步骤:
①取厚度为30μm的铝箔,以通电电流1.2A,通电时间1.0s的参数对铝箔进行直流蚀刻;
②通过浓硝酸:浓硫酸=1:1的溶液对直流蚀刻后的铝箔进行化学蚀刻,蚀刻后铝箔表面孔的当量直径为2.3μm,孔隙率27%,通孔比例20%;
③将正极磷酸铁锂浆料通过涂布机在本实施例的多孔集流体铝箔(1)上进行双面涂覆,烘干后得到正极片,之后通过碾压机、分切机、卷绕机制备出电芯,电芯长为110mm,宽为60mm,厚度为6mm的5Ah铝壳方形电芯,其中用1.2mol/L LiPF6 /EC+DMC+EMC(VEC:VDMC:VEMC=1:1:1)作电解液,日本UBE 20μm PP/PE/PP三层隔膜纸作隔膜。
测试:锂离子电池正极片(指正极材料层(2)与多孔集流体铝箔(1))的粘附力和面电阻测试见图4,粘附力剥离强度为0.53N,面电阻29mΩ,倍率性能优异,见图5,放电容量5C/0.5C为97.1%。
作为对比例,使用普通铝箔作为正极片集流体,正极浆料和极片制备方法、结构设计与本实施例相同,电解液,隔膜与本实施例相同,制备出5Ah铝壳方形电芯。测试得到正极片(指正极材料层与集流体铝箔)粘附力剥离强度为0.25N,面电阻为48mΩ,电池的倍率性能5C/0.5C为88.5%。
实施例5
本实施例的一种锂离子电池的正极片及其制造方法,包括以下步骤:
①取厚度为30μm的铝箔,以通电电流1.8A,通电时间4.0s的参数对铝箔进行直流蚀刻;
②通过浓硝酸:浓硫酸=1:1的溶液对直流蚀刻后的铝箔进行化学蚀刻,蚀刻后铝箔表面孔的当量直径为3.3μm,孔隙率35%,通孔比例20%;
③将正极磷酸铁锂浆料通过涂布机在本实施例的多孔集流体铝箔(1)上进行双面涂覆,烘干后得到正极片,之后通过碾压机、分切机、卷绕机制备出电芯,电芯长为110mm,宽为60mm,厚度为6mm的5Ah铝壳方形电芯,其中用1.2mol/L LiPF6 /EC+DMC+EMC(VEC:VDMC:VEMC=1:1:1)作电解液,日本UBE 20μm PP/PE/PP三层隔膜纸作隔膜。
测试:锂离子电池正极片(指正极材料层(2)与多孔集流体铝箔(1))的粘附力和面电阻测试,粘附力剥离强度为0.51N,面电阻33mΩ,倍率性能优异,放电容量5C/0.5C为97.1%。
作为对比例,使用普通铝箔作为正极片集流体,正极浆料和极片制备方法、结构设计与本实施例相同,电解液,隔膜与本实施例相同,制备出5Ah铝壳方形电芯。测试得到正极片(指正极材料层与集流体铝箔)粘附力剥离强度为0.25N,面电阻为48mΩ,电池的倍率性能5C/0.5C为88.5%。
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、等同替换和改进等,均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种锂离子电池正极片,包括多孔集流体铝箔和正极材料层,其特征在于:所述多孔集流体铝箔上分布有贯通孔和非贯通孔,所述多孔集流体铝箔的两侧涂覆有正极材料层。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极片,其特征在于:所述多孔集流体铝箔的厚度为10-50μm,多孔集流体铝箔的孔隙率5%~40%,多孔集流体铝箔上的贯穿孔的比例为2%~35%。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极片,其特征在于:所述贯通孔和非贯通孔的当量直径为0.5~5μm。
4.一种锂离子电池正极片的制造方法,其特征在于:包括以下步骤,①取厚度为10-50μm的集流体铝箔,在集流体铝箔表面采用直流蚀刻工序;②将实施了直流蚀刻的集流体铝箔用氧化性酸进行化学蚀刻工序,用氧化性酸进行化学蚀刻后制得多孔集流体铝箔;③在多孔集流体铝箔的两侧面涂覆正极材料层,然后对涂覆过正极材料层的多孔集流体铝箔进行烘干;④对烘干后的多孔集流体铝箔进行碾压,碾压后制得锂离子电池的正极片。
5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池正极片的制造方法,其特征在于:所述步骤①的直流蚀刻电流为0.2~2.0A,通电时间为0.1~5.0s,通电次数至少为1次。
6.根据权利要求4所述的一种锂离子电池正极片的制造方法,其特征在于:所述步骤②的氧化性酸为硝酸、硫酸、盐酸中的一种或任意两种或三种的组合。
7.根据权利要求4所述的一种锂离子电池正极片的制造方法,其特征在于:所述步骤③的正极材料层为钴酸锂或锰酸锂或镍钴锰酸锂或磷酸铁锂。
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