CN108011108A - 一种含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：将铜箔经激光冲孔，得到多孔铜箔，然后经涂布、辊压分切、激光切得到负极片，再与正极片一起卷绕得到电池卷芯，再经组装、烘烤、注液、化成、分容，得到含多孔铜箔的成品锂离子电池。本发明提出的一种含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法，通过优化制备工艺，以多孔铜箔为负极集流体，有效改善了电池负极片导电性能，在内阻、倍率、循环等方面显著提高锂离子电池性能。

Description

一种含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法。
背景技术
随着电动汽车领域对续航里程不断提高的要求，需要进一步提高锂离子动力电池的能量密度。在传统材料体系暂未有显著突破的情况下，可从电池设计上进行改善以适当提高锂离子电池的能量密度。锂离子电池设计传统的改善方式主要包括提高活性物质的比例，降低导电碳和粘结剂的含量，提高涂布重量，增加压实等等，但是电极的导电性能和粘结性能限制了导电碳和粘结剂的用量。
对此多孔箔材的研究受到了广泛的关注，多孔箔材和传统的箔材相比，在箔材表面制备出大量微米级的通孔。大量存在的微孔提高了箔材表面的粗糙度，同时可以使正、负极材料嵌入孔内形成“锚固作用”，可以有效的改善电极材料的粘接性，降低胶的含量，同时微孔可以达到20％以上的孔隙率，可以提供更多的电极体积。电解液也可以通过微孔在基材两面充分渗透，改善电解液在厚电极中的浸润，降低电芯极化。本发明以多孔铜箔作为负极集流体，在现有以石墨为负极活性物质的前提下，改善了电池负极片导电性能，在内阻、倍率、循环等方面可以明显的提升电池性能。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法，通过优化制备工艺，以多孔铜箔为负极集流体，有效改善了电池负极片导电性能，在内阻、倍率、循环等方面显著提高锂离子电池性能。
本发明提出的一种含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：将铜箔经激光冲孔，得到多孔铜箔，然后经涂布、辊压分切、激光切得到负极片，再与正极片一起卷绕得到电池卷芯，再经组装、烘烤、注液、化成、分容，得到含多孔铜箔的成品锂离子电池。
优选地，多孔铜箔简称为铜网。
优选地，激光冲孔采用一次成孔，得到的多孔铜箔无毛刺。
优选地，多孔铜箔中，孔径大小为300-400μm，孔与孔之间的间距为400-600μm，且多孔铜箔的密度为70-75g/m2。
优选地，多孔铜箔中留有以便于制片时做极耳用的未冲孔区域。
优选地，多孔铜箔的厚度为8-15μm，抗拉强度为400-600MPa。
优选地，烘烤时间为48-55h。
优选地，涂布工艺具体步骤如下：
S1、按重量份称取石墨、超导炭黑、粘结剂；
S2、取以粘结剂总重量为基准40-60％的粘结剂、超导炭黑混合搅拌，然后加入以石墨总重量为基准40-60％的石墨，搅拌，再加入剩余粘结剂和剩余石墨，搅拌，得到负极粉料；
S3、将负极粉料经过流量计，然后预热，得到预处理负极粉料，再将粘结剂软化，经喷枪将预处理负极粉料喷到多孔铜箔表面。
优选地，涂布工艺具体步骤如下：
S1、按重量份称取92-98份石墨、1.5-2份超导炭黑、4-6份粘结剂；
S2、取以粘结剂总重量为基准40-60％的粘结剂、超导炭黑混合搅拌1-2h，然后加入以石墨总重量为基准40-60％的石墨，高速搅拌1.5-2.5h，再加入剩余粘结剂和剩余石墨，高速搅拌2-3h，得到负极粉料；
S3、将负极粉料经过流量计，然后预热，得到预处理负极粉料，再将粘结剂软化，最后经喷枪将预处理负极粉料喷到多孔铜箔表面。
优选地，正极片按以下工艺进行制备：
S1、按重量份称取磷酸铁锂、超导炭黑、石墨粉、聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮；
S2、将聚偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮混合，打胶，再加入超导炭黑和石墨粉，搅拌，然后加入磷酸铁锂，分散，得到正极浆料，经涂布、辊压、点焊制得正极片。
优选地，正极片按以下工艺进行制备：
S1、按重量份称取90-95份磷酸铁锂、4.5-5.5份超导炭黑、0.5-1份石墨粉、3.5-4.5份聚偏氟乙烯、140-160份N-甲基吡咯烷酮；
S2、将聚偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮混合，打胶3-4h，再加入超导炭黑和石墨粉，高速搅拌1-1.5h，然后加入磷酸铁锂，高速分散4-5h，得到正极浆料，经涂布、辊压、点焊制得正极片。
本发明锂离子电池负极集流体采用多孔铜箔提高了铜箔表面粗糙度，改善了电极材料的粘结性，增加了电极与箔材之间的接触，改善极片导电性能。同时本发明提供的以多孔铜箔作为锂离子电池的负极集流体，提高了负极材料与集流体的粘结性，还可有效改善电解液在极片中的浸润，降低电芯极化，在内阻、倍率、循环等方面也明显提升锂离子电池性能，延长锂离子电池使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例3提出的锂离子电池倍率性能曲线；
图2为本发明实施例4提出的锂离子电池循环性能曲线。
具体实施方式
如图1所示，图1为本发明实施例3提出的锂离子电池倍率性能曲线；图2为本发明实施例4提出的锂离子电池倍率性能曲线。
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：将铜箔经激光冲孔，得到多孔铜箔，然后经涂布、辊压分切、激光切得到负极片，再与正极片一起卷绕得到电池卷芯，再经组装、烘烤、注液、化成、分容，得到含多孔铜箔的成品锂离子电池。
实施例2
本发明提出的一种含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：将铜箔经激光冲孔，得到多孔铜箔，然后经涂布、辊压分切、激光切得到负极片，再与正极片一起卷绕得到电池卷芯，再经组装、烘烤55h、注液、化成、分容，得到含多孔铜箔的成品锂离子电池。
其中，多孔铜箔中，孔径大小为300μm，孔与孔之间的间距为400μm，且多孔铜箔的密度为70g/m2；多孔铜箔中留有以便于制片时做极耳用的未冲孔区域；多孔铜箔的厚度为8μm，抗拉强度为400MPa；
涂布工艺具体步骤如下：
S1、按重量份称取石墨、超导炭黑、粘结剂；
S2、取以粘结剂总重量为基准40％的粘结剂、超导炭黑混合搅拌，然后加入以石墨总重量为基准60％的石墨，搅拌，再加入剩余粘结剂和剩余石墨，搅拌，得到负极粉料；
S3、将负极粉料经过流量计，然后预热，得到预处理负极粉料，再将粘结剂软化，经喷枪将预处理负极粉料喷到多孔铜箔表面。
实施例3
本发明提出的一种含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：将铜箔经激光冲孔，得到多孔铜箔，然后经涂布、辊压分切、激光切得到负极片，再与正极片一起卷绕得到电池卷芯，再经组装、烘烤48h、注液、化成、分容，得到含多孔铜箔的成品锂离子电池。
其中，激光冲孔采用一次成孔，得到的多孔铜箔无毛刺；多孔铜箔中，孔径大小为350μm，孔与孔之间的间距为500μm，且多孔铜箔的密度为72g/m2；多孔铜箔中留有以便于制片时做极耳用的未冲孔区域；多孔铜箔的厚度为12μm，抗拉强度为480MPa；
涂布工艺具体步骤如下：
S1、按重量份称取95份石墨、1.8份超导炭黑、5份粘结剂；
S2、取以粘结剂总重量为基准50％的粘结剂、超导炭黑混合搅拌1.5h，然后加入以石墨总重量为基准50％的石墨，高速搅拌2h，再加入剩余粘结剂和剩余石墨，高速搅拌2h，得到负极粉料；
S3、将负极粉料经过流量计，然后预热，得到预处理负极粉料，再将粘结剂软化，经喷枪将预处理负极粉料喷到多孔铜箔表面。
正极片按以下工艺进行制备：
S1、按重量份称取92.5份磷酸铁锂、4.8份超导炭黑、0.8份石墨粉、4份聚偏氟乙烯、150份N-甲基吡咯烷酮；
S2、将聚偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮混合，打胶4h，再加入超导炭黑和石墨粉，高速搅拌1h，然后加入磷酸铁锂，高速分散5h，得到正极浆料，经涂布、辊压、点焊制得正极片。
实施例4
本发明提出的一种含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：将铜箔经激光冲孔，得到多孔铜箔，然后经涂布、辊压分切、激光切得到负极片，再与正极片一起卷绕得到电池卷芯，再经组装、烘烤52h、注液、化成、分容，得到含多孔铜箔的成品锂离子电池。
其中，激光冲孔采用一次成孔，得到的多孔铜箔无毛刺；多孔铜箔中，孔径大小为400μm，孔与孔之间的间距为600μm，且多孔铜箔的密度为75g/m2；多孔铜箔中留有以便于制片时做极耳用的未冲孔区域；多孔铜箔的厚度为15μm，抗拉强度为600MPa；
涂布工艺具体步骤如下：
S1、按重量份称取92份石墨、1.5份超导炭黑、4份粘结剂；
S2、取以粘结剂总重量为基准60％的粘结剂、超导炭黑混合搅拌2h，然后加入以石墨总重量为基准40％的石墨，高速搅拌1.5h，再加入剩余粘结剂和剩余石墨，高速搅拌2h，得到负极粉料；
S3、将负极粉料经过流量计，然后预热，得到预处理负极粉料，再将粘结剂软化，经喷枪将预处理负极粉料喷到多孔铜箔表面。
正极片按以下工艺进行制备：
S1、按重量份称取95份磷酸铁锂、5.5份超导炭黑、1份石墨粉、4.5份聚偏氟乙烯、160份N-甲基吡咯烷酮；
S2、将聚偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮混合，打胶3h，再加入超导炭黑和石墨粉，高速搅拌1.5h，然后加入磷酸铁锂，高速分散4h，得到正极浆料，经涂布、辊压、点焊制得正极片。
实施例5
本发明提出的一种含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：将铜箔经激光冲孔，得到多孔铜箔，然后经涂布、辊压分切、激光切得到负极片，再与正极片一起卷绕得到电池卷芯，再经组装、烘烤50h、注液、化成、分容，得到含多孔铜箔的成品锂离子电池。
其中，多孔铜箔中，孔径大小为360μm，孔与孔之间的间距为560μm，且多孔铜箔的密度为72g/m2；多孔铜箔中留有以便于制片时做极耳用的未冲孔区域；多孔铜箔的厚度为12μm，抗拉强度为525MPa；
涂布工艺具体步骤如下：
S1、按重量份称取96份石墨、1.8份超导炭黑、5.2份粘结剂；
S2、取以粘结剂总重量为基准55％的粘结剂、超导炭黑混合搅拌1.6h，然后加入以石墨总重量为基准45％的石墨，高速搅拌2.2h，再加入剩余粘结剂和剩余石墨，高速搅拌2.6h，得到负极粉料；
S3、将负极粉料经过流量计，然后预热，得到预处理负极粉料，再将粘结剂软化，经喷枪将预处理负极粉料喷到多孔铜箔表面。
正极片按以下工艺进行制备：
S1、按重量份称取92.5份磷酸铁锂、5.2份超导炭黑、0.8份石墨粉、4.2份聚偏氟乙烯、148份N-甲基吡咯烷酮；
S2、将聚偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮混合，打胶3.6h，再加入超导炭黑和石墨粉，高速搅拌1.2h，然后加入磷酸铁锂，高速分散4.8h，得到正极浆料，经涂布、辊压、点焊制得正极片。
为检测本发明制备的含多孔铜箔的锂离子电池的电化学性能，以实施例3制备得到的含多孔铜箔的锂离子电池以及实施例4制备得到的含多孔铜箔的锂离子电池为对象进行分析，得到图1和图2，从图1图2可看出，与普通铜箔相比，采用多孔铜箔的锂离子电池在倍率及循环性能上的得到提升，表现出更加优异的性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将铜箔经激光冲孔，得到多孔铜箔，然后经涂布、辊压分切、激光切得到负极片，再与正极片一起卷绕得到电池卷芯，再经组装、烘烤、注液、化成、分容，得到含多孔铜箔的成品锂离子电池。
2.根据权利要求1所述含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法，其特征在于，激光冲孔采用一次成孔，得到的多孔铜箔无毛刺。
3.根据权利要求1或2所述含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法，其特征在于，多孔铜箔中，孔径大小为300-400μm，孔与孔之间的间距为400-600μm，且多孔铜箔的密度为70-75g/m2。
4.根据权利要求1-3中任一项所述含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法，其特征在于，多孔铜箔中留有以便于制片时做极耳用的未冲孔区域。
5.根据权利要求1-4中任一项所述含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法，其特征在于，多孔铜箔的厚度为8-15μm，抗拉强度为400-600MPa。
6.根据权利要求1-5中任一项所述含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法，其特征在于，烘烤时间为48-55h。
7.根据权利要求1-6中任一项所述含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法，其特征在于，涂布工艺具体步骤如下：
S1、按重量份称取石墨、超导炭黑、粘结剂；
S2、取以粘结剂总重量为基准40-60％的粘结剂、超导炭黑混合搅拌，然后加入以石墨总重量为基准40-60％的石墨，搅拌，再加入剩余粘结剂和剩余石墨，搅拌，得到负极粉料；
S3、将负极粉料经过流量计，然后预热，得到预处理负极粉料，再将粘结剂软化，经喷枪将预处理负极粉料喷到多孔铜箔表面。
8.根据权利要求1-7中任一项所述含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法，其特征在于，涂布工艺具体步骤如下：
S1、按重量份称取92-98份石墨、1.5-2份超导炭黑、4-6份粘结剂；
S2、取以粘结剂总重量为基准40-60％的粘结剂、超导炭黑混合搅拌1-2h，然后加入以石墨总重量为基准40-60％的石墨，高速搅拌1.5-2.5h，再加入剩余粘结剂和剩余石墨，高速搅拌2-3h，得到负极粉料；
S3、将负极粉料经过流量计，然后预热，得到预处理负极粉料，再将粘结剂软化，经喷枪将预处理负极粉料喷到多孔铜箔表面。
9.根据权利要求1-8中任一项所述含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法，其特征在于，正极片按以下工艺进行制备：
S1、按重量份称取磷酸铁锂、超导炭黑、石墨粉、聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮；
S2、将聚偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮混合，打胶，再加入超导炭黑和石墨粉，搅拌，然后加入磷酸铁锂，分散，得到正极浆料，经涂布、辊压、点焊制得正极片。
10.根据权利要求1-9中任一项所述含多孔铜箔的锂离子电池的制备方法，其特征在于，正极片按以下工艺进行制备：
S1、按重量份称取90-95份磷酸铁锂、4.5-5.5份超导炭黑、0.5-1份石墨粉、3.5-4.5份聚偏氟乙烯、140-160份N-甲基吡咯烷酮；
S2、将聚偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮混合，打胶3-4h，再加入超导炭黑和石墨粉，高速搅拌1-1.5h，然后加入磷酸铁锂，高速分散4-5h，得到正极浆料，经涂布、辊压、点焊制得正极片。
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