CN107665965A - 一种锂电池负极极片及隔膜一体化结构及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种锂电池负极极片及隔膜一体化结构，包括负极极片及涂布于负极极片两相背表面的烃基聚合物隔膜层。其制作方法包括(1)称料：(2)制负极极片：(3)配聚烯烃浆料：(4)制负极极片及隔膜一体化结构这四个步骤，在本发明中引入价格更低廉，工艺效果更优秀的聚烯烃材料，使制备的锂电池隔膜稳定性更佳、机械抗压力更强，制备的锂电池安全系数也更高。因此更加值得被推广。

Description

一种锂电池负极极片及隔膜一体化结构及其制作方法
【技术领域】
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂电池负极极片及隔膜一体化结构及其制作方法。
【背景技术】
锂离子电池由正极、负极和隔膜组成。其中隔膜起到阻隔正负极之间电子导通，允许离子传输的作用；正极、负极、隔膜由于是相互独立的，因此其配合程度不高，且隔膜本身强度偏低，极易被制作过程中极片出现的毛刺，循环负极生成的锂枝晶等破损，导致电池内部短路，产生安全事故。
目前，锂离子电池隔膜主要有织造膜，非织造膜(无纺布)，微孔膜，复合膜，隔膜纸，碾压膜等。这些隔膜由于稳定性较差，在充满电解液的腐蚀和温度变化较大的情况下，容易破损，不利于电池的长期稳定的使用。
聚乙烯目前产量最大，约占世界塑料总产量的30％，其中分子量达150万以上的超高分子量聚乙烯具有优异的物理力学性能，拥有其他工程塑料无法比拟的耐磨、耐冲击、自润滑、耐腐蚀、吸收冲击能、耐低温不易粘附、低密度等特点。但因其黏度大等原因，且加工性能不佳尚不能独立应用于锂电池隔膜上。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提高隔膜的稳定性和机械强度，从而保障电池的安全性能，延长实用寿命。
为了实现上述目的，本发明提供了一种锂电池负极极片及隔膜一体化结构，包括负极极片及涂布于负极极片两相背表面的烃基聚合物隔膜层，所述烃基聚合物隔膜层为超高分子量聚乙烯与普通分子量聚乙烯共混，溶剂使用十氢萘、煤油、石蜡油中的一种或多种。
本发明还提供了一种锂电池负极极片及隔膜一体化结构制作方法,包括以下步骤：
(1)称料：首先将去离子水加入容器，开始搅拌；然后依次加入增稠剂、导电剂、活性物质、粘接剂，搅拌后得到负极浆料；
(2)制负极极片：在金属汇流片上下表面涂覆负极浆料得到负极极片；
(3)配聚烯烃浆料：将超高分子量聚乙烯与普通分子量聚乙烯共混，溶剂使用十氢萘、煤油、石蜡油中的一种或多种；在容器中加入上述超高分子量聚乙烯与普通分子量聚乙烯混合物与溶剂，在90～120℃下使用搅拌或超声方式加快融化过程，使其形成可涂覆烃基聚合物浆料。
(4)制负极极片及隔膜一体化结构：将上述得到的负极极片上下表面涂覆聚烯烃浆料，经过干燥热处理后在所述负极极片的上面表面形成隔膜层，得到锂电池负极极片及隔膜一体化结构。
与现有技术相比，本发明采用一体化结构将负极材料和隔膜制作成一个整体，将来源更广泛，价格更低廉，性能更优质的聚乙烯材料引入锂电池行业。由此可见，本发明所制备的锂电池成本更低廉，性能更稳定，安全系数更高，更值得被推广。
【附图说明】
图1为本发明提供的一种锂电池负极极片及隔膜一体化结构的结构示意图。
【具体实施方式】
本发明采用超高分子的聚乙烯材料隔膜，通过与负极材料一体化结合，提升了隔膜的稳定性和机械强度，进一步保障了电池单体的安全性能，延长实用寿命。
如图1所示，本发明提供的一种锂电池负极极片及隔膜一体化结构100，包括负极极片10及涂布于负极极片10两相背表面的烃基聚合物隔膜层20。其中负极极片10被上下两侧层烃基聚合物20包裹在中间，烃基聚合物20的厚度为9～36μm。
负极极片10包括金属汇流片及涂布于金属汇流片表层的负极浆料,所述负极浆料包括增稠剂、导电剂、活性物质以及粘接剂。
所述增稠剂占所述负极浆料的重量百分比为0.1～2.0％。
所述导电剂为导电炭黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的至少一种。所述导电剂占所述负极浆料重量百分比为3.0％～5.0％。
所述活性物质为石墨、钛酸锂等。所述活性物质占重量百分比约为40～50％。
所述粘接剂为丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、偏氟乙烯－六氟丙烯聚合物、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠、丁二烯－丙烯腈聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸－苯乙烯聚合物、聚合物单体的共聚物和聚合物的共聚物中的至少一种。所述粘结剂占所述负极浆料的重量百分比为1.5％～5.0％。
所述烃基聚合物20为分子量350万超高分子量聚乙烯与分子量60万的普通聚乙烯以4:1的比例共混，溶剂使用十氢萘、煤油、石蜡油中的一种或多种。在制取烃基聚合物20时，在容器中加入上述比例混合物与溶剂，在90～120℃温度范围内使用搅拌或超声等方式加快融化过程，使其形成可涂覆烃基聚合物浆料。所述超高分子量聚乙烯占比重：70％～90％，其分子量大于150万；常规聚乙烯占比重：10％～30％，其分量小于100万。
本发明还提供的一种锂电池负极极片及隔膜一体化结构制作方法，包括以下步骤：
(1)称料：首先将一定量去离子水加入容器，开始搅拌；然后依次加入增稠剂、导电剂、活性物质，粘接剂，搅拌后得到负极浆料；所述负极浆料的固含量40～58wt％，粘度为500～5000mpa.s。
(2)制负极极片：在金属汇流片上下表面涂覆负极浆料得到负极极片；所述金属汇流片为铜箔，涂覆负极浆料的处理工艺可以为浸涂、凹版印刷、喷涂、刮刀涂布或挤压涂布中的任意一种。
(3)配聚烯烃浆料：采用350万超高分子量聚乙烯与分子量为60万的普通分子量聚乙烯以4:1的比例共混，溶剂使用十氢萘、煤油、石蜡油中的一种或多种。在90～120℃温度范围内使用搅拌或超声等方式加快融化过程，使其形成可涂覆烃基聚合物浆料。所述超高分子量聚乙烯占比重：70％～90％，其分子量大于150万；常规聚乙烯占比重：10％～30％，其分量小于100万。
(4)制作负极极片及隔膜一体化结构：将上述得到的负极极片上下表面涂覆聚烯烃浆料经过干燥热处理在所述负极极片的上面表面形成隔膜层，得到锂电池负极极片及隔膜一体化结构。
制作的负极极片及隔膜一体化结构如图1所示，在该结构中，负极极片被上下两侧层隔膜包裹在中间，隔膜的厚度为9～36μm。
实施案例一
(1)称料：首先将40％去离子水加入容器，开始搅拌；然后依次加入2％的增稠剂、5％的导电剂、48％的活性物质，最后加入5％的粘接剂，得到负极浆料；其中负极浆料的固含量54wt％，粘度为4000mpa.s。
(2)制负极极片：在金属汇流片上下表面涂覆负极浆料得负极极片；
(3)配聚烯烃浆料：将350万超高分子量聚乙烯与30万普通高分子量聚乙烯4:1共混，加入溶剂中，在100℃温度下使用搅拌或超声等方式加快融化过程，使其形成可涂覆烃基聚合物浆料。
(4)制作负极极片及隔膜一体化结构：将上述得到的负极极片上下表面涂覆聚烯烃浆料经过干燥热处理得到负极隔膜一体化结构。
制作的负极极片及隔膜一体化结构如图1所示，在该结构中，负极极片被上下两侧层隔膜包裹在中间，隔膜的厚度为25μm。其具体结构如上述描述一致，故在此不再一一赘述。
本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (10)

1.一种锂电池负极极片及隔膜一体化结构，其特征在于：包括负极极片及涂布于负极极片两相背表面的烃基聚合物隔膜层，所述烃基聚合物隔膜层为超高分子量聚乙烯与普通分子量聚乙烯共混，溶剂使用十氢萘、煤油、石蜡油中的一种或多种。
2.如权利要求1所述锂电池负极极片及隔膜一体化结构，其特征在于，所述烃基聚合物隔膜层的厚度为9～36μm。
3.如权利要求1所述锂电池负极极片及隔膜一体化结构，其特征在于，所述负极极片包含金属汇流片以及涂布于金属汇流片上下表层的负极浆料，所述负极浆料包括增稠剂、导电剂、活性物质以及粘接剂。
4.如权利要求1所述锂电池负极极片及隔膜一体化结构，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯占所述聚烃基隔膜层比重为70％～90％，其分子量大于150万；普通分子量聚乙烯占所述聚烃基隔膜层比重：10％～30％，其分量小于100万。
5.如权利要求3所述锂电池负极极片及隔膜一体化结构，其特征在于，所述负极浆料的固含量为40～58wt％，粘度为500～5000mpa·s；所述增稠剂占所述负极浆料的重量百分比为0.1～2.0％；所述活性物质占所述负极浆料的重量百分比约为40～50％。
6.如权利要求3所述锂电池负极极片及隔膜一体化结构，其特征在于，所述导电剂为导电炭黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的至少一种；所述导电剂占所述负极浆料重量百分比为3.0％～5.0％。
7.如权利要求3所述锂电池负极极片及隔膜一体化结构，所述粘接剂为丁苯橡胶、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、偏氟乙烯－六氟丙烯聚合物、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠、丁二烯－丙烯腈聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸－苯乙烯聚合物、聚合物单体的共聚物和聚合物的共聚物中的至少一种；所述粘结剂占所述负极浆料的重量百分比为1.5％～5.0％。
8.一种锂电池负极极片及隔膜一体化结构制作方法，包括以下步骤：
(1)称料：首先将去离子水加入容器，开始搅拌；然后依次加入增稠剂、导电剂、活性物质、粘接剂，搅拌后得到负极浆料；
(2)制负极极片：在金属汇流片上下表面涂覆负极浆料得到负极极片；
(3)配聚烯烃浆料：将超高分子量聚乙烯与普通分子量聚乙烯共混，溶剂使用十氢萘、煤油、石蜡油中的一种或多种；在容器中加入上述超高分子量聚乙烯与普通分子量聚乙烯混合物与溶剂，在90～120℃下使用搅拌或超声方式加快融化过程，使其形成可涂覆烃基聚合物浆料。
(4)制作负极极片及隔膜一体化结构：将上述得到的负极极片上下表面涂覆聚烯烃浆料，经过干燥热处理后在所述负极极片的上面表面形成隔膜层，得到锂电池负极极片及隔膜一体化结构。
9.如权利要求8所述锂电池负极极片及隔膜一体化结构制作方法，其特征在于：所述负极浆料与所述烃基聚合物混合浆料涂层的处理工艺为浸涂、凹版印刷、喷涂、刮刀涂布或挤压涂布中的任意一种。
10.如权利要求8所述锂电池负极极片及隔膜一体化结构制作方法，其特征在于：步骤(3)中在100℃温度下使用搅拌或超声方式加快融化过程。
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