CN108336297A - 一种锂离子电池极片制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池极片制备方法，所述电池极片包括集流体、电极活性物质、导电剂和粘结剂，所述电极活性物质分别与粘结剂、导电剂混合后形成电极浆料，所述电极浆料涂覆到集流体并辊压即得电池极片，所述电池极片设置有极片长度区间，对每一设定的极片长度区间分段采用不同的辊压压力连续进行辊压。本发明通过分段压实得到压实密度逐渐递增的电池极片，提高电池极片韧性，防止出现断片，且提高电池循环性能，延长电池寿命，提高电池体积比容量，改善电池的倍率性能。

Description

一种锂离子电池极片制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，具体是指一种锂离子电池极片制备方法。
背景技术
锂离子电池具有电压高、重量轻、比能量大、自放电少、循环寿命长、无记忆效应、环境污染少等优点，近年来随着技术水平的不断提高，锂离子电池逐步取代Ni-Nd、Ni-MH、铅酸等二次可充电电池，成为生活中不可缺少的移动电源。特别是现阶段，随着世界能源危机的加剧和国家对发展电动交通工具的进一步政策导向，市场需求的扩大将会进一步推动锂离子电池制造产业链的发展，研究开发具有较高的能量密度，较大的倍率性能，能大电流放电，良好的循环寿命，可靠的安全性和低廉的价格等有点的动力电池将是今后研究的方向。
锂离子电池通常有两种外形：圆柱形和方向，圆柱型电池内部采用卷绕结构电芯，方形电池内部采用卷绕结构电芯或叠片结构电芯，聚合物锂离子电池多采用叠片结构，不论何种外形其极片均需要经过一定的压制以提高面密度。
锂离子电池的制造工艺流程较复杂，包括：制浆、涂布、辊压、制片、卷绕、装配、注液、静置、预充分容、高温老化等工序。其中辊压工序是制片过程的重要环节，一般安排在涂布工序之后，裁片工序之前，由双辊压实机实现。工作时将涂布工序完成的已经附着有活性物质的箔带或箔片卷放卷，以一定的速度和张力持续平稳通过双辊，辊压工序旨在于增加活性物质与箔材表面间的结合力，增加极片的压实密度和调节极片厚度，使得厚度均匀一致。
目前采用的辊压工序一般是根据极片设计需要以一个固定的辊压压力和辊速一次连续辊压完成或多次重复连续辊压完成，这样得到的极片只具备单一的压实密度，单一的极片压实密度一定程度上限制了我们提升极片品质和电池电性能的出路，不能充分利用极片在适中压实密度和合适高压实密度所具备的特有性质，即不可同时兼顾容量特性和高倍率特性对极片压实密度的不同设计要求，且当为获得高压实密度对极片整体采用高压力辊压后，极片在制备和卷绕时，特别是在开始卷绕阶段，容易出现断片现象，大大降低锂离子电池的产品质量和使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池极片制备方法，其目的在于通过采用分段辊压，且辊压压力逐步递增，得到不同压实程度的电极片，并从低压实密度端向高压实密度端卷绕而得到的电池极片，通过将与此工艺结合相应的卷绕方式提高电池的体积比容量、增大电池的体积比能量，提升电池的循环性能、延长寿命，放置极片出现断片等。
本发明可以通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种锂离子电池极片制备方法，所述电池极片包括集流体、电极活性物质、导电剂和粘结剂，所述电极活性物质分别与粘结剂、导电剂混合后形成电极浆料，所述电极浆料涂覆到集流体并辊压即得电池极片，所述电池极片包括负极极片和正极极片，所述电池极片设置有极片长度区间，对每一设定的极片长度区间分段采用不同的辊压压力连续进行辊压。常规辊压方式只能得到一张极片一个压实密度，制备得到的极片在卷绕时极片头容易断片脆片，影响电池安全性及容量发挥，而分段采用不同的辊压压力连续进行辊压可在一张极片上得到多个压实密度的极片，降低极片卷绕时极片头出现断片脆片的问题，由此电池极片制备得到的电极卷芯不容易出现断片，延长电池使用寿命。
进一步地，所述极片长度区间的长度为1个卷芯极片长度，所述极片长度区间分为2段或2段以上。通过设置2段或2段以上的极片长度区间并通过不同辊压压力压实，使不同区段具有不同压实密度，改善传统制备工艺制备得到的单一压实密度极片出现的韧性差，容易出现断片的问题。
再进一步地，所述辊压采用对辊方式辊压。采用对辊方式辊压可以保证极片两面电极浆料均匀地压覆在集流片上，压实密度均一。
再进一步地，所述辊压的压力从极片头部向极片尾部逐段递增，所述负极极片压实密度为1.35～1.75g/cm3，正极极片压实密度为2.00～4.20g/cm3，所述极片尾部压实密度比极片头部压实密度提升5%～8%。 辊压的压力越大，压实密度越大，而压实密度的大小与比容量、内阻、倍率性能、库伦效率及循环性能有密切关系，压实密度过大或过小都会影响锂离子的嵌入和嵌出。以负极为例，压实密度小于1.35g/ cm3制得的电池极片制备得到的电池倍率好但降低了电池的体积比容量，压实密度大于1.75 g/ cm3制得的电池极片制备得到的电池倍率差，且极片变硬柔软性差，边缘卷曲表面不平乃至断片脆片等现象。正极极片的压实密度根据所添加的电极活性物质选择更佳的压实密度范围，例如正极极片的电极活性物质为磷酸铁锂，则压实密度为2.00～2.40g/cm3，若正极极片的电极活性物质为锰酸锂，则压实密度为2.40～3.60g/cm3，若正极极片采用的电极活性物质为钴酸锂，则压实密度为3.60～4.20g/cm3。
再进一步地，所述电池极片经裁片后由低压实密度极片区段向高压实密度极片区段卷绕。将低压实密度极片区段向高压实密度极片区段卷绕，使低压实密度极片区段处于卷芯的内圈，相对于高压实密度极片区段处于卷芯的外圈，可有效防止内圈断片。
本发明一种成型超厚电路板返工夹具的制作及应用，具有如下的有益效果：
第一、提高电池极片韧性，防止出现断片。传统制备得到的电池极片只有单一压实密度，卷绕时电池极片头部容易出现断片脆片的现象，影响电池实用安全性和容量的发挥。本发明通过对电池极片设置多个极片长度区间，每段极片长度区间的压实密度逐渐递增，得到电池极片头部为低压实密度，提高电池极片韧性，解决电池极片头部高压实密度导致断片脆片的问题。
第二、提升电池循环性能，延长电池寿命。锂离子电池在进行充电时，锂离子从正极脱出，经过电解液和隔膜嵌入到负极，同时电子由外电路从正极流向负极，当对电池进行放电时，锂离子从负极脱出，经过电解液和隔膜又运动回正极，同时电子由外电路从负极流向正极。本发明采用不同辊压压力对电池极片进行对辊辊压，增加活性物质与集流体表面间的结合力，增加极片的压实密度和调节极片厚度，使得厚度均匀一致，且压实密度的大小与比容量、内阻、倍率性能、库伦效率及循环性能有密切关系，本发明通过对电池极片施加不同的辊压压力，让电池极片获得不同的压实密度，并通过将低压实密度极片段向高压实密度极片段卷绕得到的电池卷芯有效提升电池的循环性能，延长寿命。
第三、提高电池体积比容量，改善电池的倍率性能。电池极片表面高压实密度可提升电池体积比容量，但降低了电池的倍率性能，而过低压实密度尽管电池倍率性能好，但降低了电池的体积比容量，本发明采用不同辊压压力压实得到不一样压实密度，通过将低压实密度段向高压实密度段卷绕，可提高电池体积比容量，改善电池的倍率性能。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明产品作进一步详细的说明。
实施例1
原技术工艺：正极片涂布面密度1.5 g/100cm2，克容量140mAh/g,压实密度2.25 g/cm3，负极片涂布面密度0.8 g/100cm2，负极片压实密度1.5 g/cm3，设计容量3050mAh；
本发明工艺：正极采用分段辊压，负极正常一次辊压。
正极分段辊压：所述正极片设置2个极片长度区间，正极涂布面密度1.5 g/100cm2，极片压实密度前段2.25 g/cm3，后段2.35 g/cm3，负极片涂布面密度0.8 g/100cm2；负极片整体压实密度1.5 g/cm3，设计容量3156 mAh。
原技术工艺和本发明工艺制备得到的正负极片分别用于制备电池，所得测试结果见表1。
表1：
测试项目 内阻 容量 1C循环300次容量保持率 60度高温容量保持率 60度高温容量恢复率 45度低压自放电 备注
原技术工艺 8以下 3050mAh 97%以上 95%以上 98%以上 2.8V以上 正极整张极片压实密度2.25 g/cm3；负极片压实密度1.5 g/cm3
本发明工艺 8以下 3156mAh 97%以上 95%以上 98%以上 2.8V以上 极片压实密度前段2.25 g/cm3，后段2.35 g/cm3；负极片压实密度1.5 g/cm3
本发明通过对正极极片两段辊压，从而达到整体的最大压实密度，提高容量的目的，数据显示本发明明显好于原技术。
实施例2
原技术工艺：正极片涂布面密度1.5 g/100cm2，克容量140mAh/g,压实密度2.25 g/cm3；负极片涂布面密度0.63g/100cm2，克容量340mAh/g,压实1.5 g/cm3；设计容量3050mAh。
本发明工艺：正极片采用两段辊压，负极片采用两段辊压。
正极片分段辊压：所述正极片设置2个极片长度区间，正极材料面密度1.5 g/100cm2，极片压实密度前段2.25 g/cm3，后段2.35 g/cm3，正极极片整体压实密度为2.30 g/cm3；
负极片分段辊压：所述负极片设置2个极片长度区间，负极材料面密度0.75 g/100cm2，负极片压实密度前段1.5 g/cm3，后段1.65 g/ cm3，负极整体压实1.575 g/cm3；设计容量3246 mAh。
原技术工艺和本发明工艺制备得到的正负极片分别用于制备电池，所得测试结果见表2。
表2：
本发明通过对正、负极极片两段辊压，从而达到整体的最大压实密度，提高容量的目的，数据显示本发明明显好于原技术。
实施例3
原技术工艺：正极片涂布面密度1.5 g/100cm2，克容量140mAh/g,压实密度2.25 g/cm3；负极片涂布面密度0.63g/100cm2，克容量340mAh/g,压实密度1.5 g/cm3；设计容量3050mAh。
本发明工艺：所述正极片设置3个极片长度区间，正极材料面密度1.5 g/100cm2，极片压实密度前段2.25 g/cm3，中段2.35 g/cm3，后段2.45g/cm3，正极片整体压实密度2.35g/cm3；所述负极片设置3个极片长度区间，负极片压实密度前段1.5g/cm3，中段1.65 g/cm3，后段1.80g/cm3，负极片整体压实密度1.65 g/cm3；设计容量3360 mAh。
原技术工艺和本发明工艺制备得到的正负极片分别用于制备电池，所得测试结果见表3。
表3：
本发明通过对正极和负极极片三段辊压，从而达到整体的最大压实密度，提高容量的目的，数据显示本发明明显好于原技术。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种锂离子电池极片制备方法，所述电池极片包括集流体、电极活性物质、导电剂和粘结剂，所述电极活性物质分别与粘结剂、导电剂混合后形成电极浆料，所述电极浆料涂覆到集流体并辊压即得电池极片，所述电池极片包括负极极片和正极极片，其特征在于：所述电池极片设置有极片长度区间，对每一设定的极片长度区间分段采用不同的辊压压力连续进行辊压。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池极片制备方法，其特征在于：所述极片长度区间的长度为1个卷芯极片长度，所述极片长度区间分为2段或2段以上。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池极片制备方法，其特征在于：所述辊压采用对辊方式辊压。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池极片制备方法，其特征在于：所述辊压的压力从极片头部向极片尾部逐段递增，所述负极极片压实密度为1.35～1.75g/cm3，正极极片压实密度为2.00～4.20g/cm3，所述极片尾部压实密度比极片头部压实密度提升5%～8%。
5.根据权利要求1至权利要求4任一项权利要求所述锂离子电池极片制备方法，其特征在于：所述电池极片经裁片后由低压实密度极片区段向高压实密度极片区段卷绕。
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