CN108574082B - 电池极片及其制备方法和电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池极片及其制备方法和电池，其中电池极片用于大容量电池，包括集流体以及涂布于集流体表面的涂层，集流体上设有沿长度方向延伸的非涂布区域，非涂布区域设置若干用于干燥时加速水分蒸发以加快干燥速度的通孔。该电池极片使大容量电池内部的水分通过上述通孔经外壳内壁或者注液用中空通道传递至电池正极的注液口，并从注液口蒸发至外界，形成了更近距离的水分干燥所需通道，使干燥时间缩短至未经打孔的电池干燥时间的50％以下，彻底解决了大容量电池内部水分干燥困难的问题，从而延长了大容量电池的循环寿命，提高了电池的有效容量和稳定性，抑制了大容量电池的自放电。同时，电池极片的集流体上非涂布区域的设置能够防止涂布时浆料通过通孔而污染涂布机。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别地，涉及一种电池极片及其制备方法。此外，本发明还涉及一种包括上述电池极片的电池。
背景技术
大容量电池的特点是比能量高、体积明显较大，比如电动巴士、卡车或贮能所使用的电池，电池的直径和长度均比较大。在实际生产过程中，电池(尤其是电芯长度超过200mm的电池)长度的增加带来了以下负面影响：1、增加了电解液的注液难度，往往需要多次注液才能完成；2、电池内部水分的干燥变得极为困难，比如常用的大圆柱电池的干燥通道是水分通过电池极片的涂层向正负极传递，传递至负极的水分再通过注液用的中空通道传递至正极，水分要通过如此狭长的通道，阻力非常大，经长时间干燥后，大容量电池的中部水分一般仍高达1000ppm以上，如图1所示为现有大容量电池水分蒸发路径示意图。由上述可见，提高单体电池的容量虽然对降低生产成本、提高能量密度具有明显的优势，但伴随而来的问题是电池水分干燥不彻底，因此也严重影响了电池的循环寿命。尤其是大容量电池中部的水分极难蒸发，因此其往往比电池两端的水分含量高约2～3倍，这严重影响了电池的容量、放电时长、稳定性能和循环寿命；同时过高的水分含量也导致电池的自放电显著加大。
发明内容
本发明提供了一种电池极片及其制备方法和电池，以解决现有技术中大容量电池中部的水分难以干燥而严重影响电池循环寿命的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种电池极片，用于大容量电池，包括集流体以及涂布于所述集流体表面的涂层，所述集流体上设有沿长度方向延伸的非涂布区域，所述非涂布区域设置若干用于干燥时加速水分蒸发以加快干燥速度以及用于注液时加速电解液渗透浸润的通孔。
进一步地，所述非涂布区域设置于所述集流体的中部且延伸至所述集流体的两端。
进一步地，所述通孔的直径为0.3mm～1.5mm。
进一步地，所述非涂布区域宽度为2mm～5mm。
进一步地，相邻所述通孔之间的孔间距为0.6mm～5mm。
进一步地，所述涂层的厚度为50μm～150μm。
根据本发明的另一方面，还公开了一种电池极片的制备方法，包括以下步骤：在集流体上划分涂布区域以及非涂布区域；在非涂布区域打若干通孔，所述通孔用于干燥时加速水分蒸发以加快干燥速度以及用于注液时加速电解液渗透浸润；；在集流体上的涂布区域分别涂布浆料，干燥后形成涂层。
进一步地，在所述非涂布区域打若干通孔的步骤中，采用激光打孔的方式得到所述通孔。
进一步地，激光打孔的方式为紫外线激光打孔。
进一步地，所述激光打孔的功率为5W～500W。
进一步地，所述激光打孔的速度为100个/s～500个/s。
进一步地，在所述非涂布区域打若干通孔的步骤中，采用机械打孔的方式得到所述通孔。
根据本发明的另一方面，还公开了一种电池，所述电池包括上述电池极片或者上述制备方法制备得到的电池极片。
进一步地，所述电池为锂离子电池。
本发明具有以下有益效果：
本发明的电池极片在集流体上设置沿长度方向延伸的非涂布区域，并在上述非涂布区域设置若干通孔，使大容量电池内部的水分通过上述通孔经外壳内壁或者注液用中空通道传递至电池正极的注液口，并从注液口蒸发至外界，形成了更近距离的水分干燥所需通道，使干燥时间缩短至未经打孔的电池干燥时间的50％以下，彻底解决了大容量电池内部水分干燥困难的问题，从而延长了大容量电池的循环寿命，提高了电池的有效容量和稳定性，抑制了大容量电池的自放电。同时，电池极片的集流体上非涂布区域的设置能够防止涂布时浆料通过通孔而污染涂布机。另外，本发明的电池极片的结构设置也加快了注液时电解液的浸润效果和渗透作用。
本发明的电池极片的制备方法，增加了在集流体上的横向延伸的非涂布区域打孔的步骤，上述步骤可以设置在涂布浆料的步骤之前或者之后，都不会对浆料的涂布以及涂层的形成产生影响；并且打孔的位置为集流体上设置的横向延伸的非涂布区域，避免了涂布时浆料通过通孔而污染涂布机；本发明通过在非涂布区域打孔的方法实现了大容量电池内部水分的快速蒸发，方法简单易行，成本低。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是现有大容量电池水分蒸发路径示意图；
图2是本发明优选实施例的电池极片结构示意图；
图3是本发明优选实施例的大容量电池水分蒸发路径示意图。
附图标记说明：
1、正极；2、负极；3、注液口；4、中空通道；5、通孔；6、非涂布区域；7、涂层；8、留白区。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参照图2、图3，本发明的优选实施例提供了一种电池极片，用于大容量电池，包括集流体以及涂布于集流体表面的涂层7，集流体上设有沿长度方向延伸的非涂布区域6，非涂布区域6设置若干用于干燥时加速水分蒸发以加快干燥速度以及用于注液时加速电解液渗透浸润的通孔5。可选地，非涂布区域6的内表面和/或外表面设有加强层。可选地，在非涂布区域6的开孔区域的内表面和/或外表面设加强层。可选地，加强层为基体厚度增加，或者加强层为基体表面覆盖有镀层。方便非涂布区域6部位的通孔5开孔，避免开孔过程中发生基体变形而影响外观以及影响性能。上述集流体是指正极铝箔、负极铜箔。
上述电池极片中，集流体上的非涂布区域6横向延伸，即非涂布区域6沿集流体的长度方向设置。可选地，非涂布区域6沿长度方向延伸的前提下，可以是波浪形，也可以是斜向延伸，可以为其它形状，只要使其上设置的通孔5起到辅助水分干燥的作用即可。在上述非涂布区域6设置若干通孔5，一方面不会影响浆料的涂布，当先在集流体上涂布浆料时，将非涂布区域6留白即可，对后续通孔5的设置不产生影响；当先在集流体上非涂布区域6打通孔5再进行浆料的涂布时，浆料也不会通过通孔5而污染涂布机；另一方面使大容量电池内部的水分通过上述通孔5经外壳内壁或者注液用中空通道4传递至电池正极1的注液口3，并从注液口3蒸发至外界，形成了更近距离的水分干燥所需通道，以便于内部水分的干燥。上述非涂布区域6上通孔5的设置，不会对集流体的拉伸强度成产生影响。
上述电池极片在集流体上设置沿长度方向延伸的非涂布区域6，并在上述非涂布区域6设置若干通孔5，使大容量电池内部的水分通过上述通孔5经外壳内壁或者注液用中空通道4传递至电池正极1的注液口3，并从注液口3蒸发至外界，形成了更近距离的水分干燥所需通道，使干燥时间缩短至未经打孔的电池干燥时间的50％以下，彻底解决了大容量电池内部水分干燥困难的问题，从而延长了大容量电池的循环寿命，提高了电池的有效容量和稳定性，抑制了大容量电池的自放电。同时，电池极片的集流体上非涂布区域6的设置能够防止涂布时浆料通过通孔5而污染涂布机。另外，本发明的电池极片的结构设置也加快了注液时电解液的浸润效果和渗透作用。
优选地，非涂布区域6设置于集流体的中部且延伸至集流体的两端。上述非涂布区域6沿集流体的长度方向横向延伸，为了便于大容量电池内部水分的蒸发，非涂布区域6可以设置于集流体的中部附近，优选设置于集流体的中间部位，同时延伸至集流体的两端，从而最大程度地缩短电池内部水分干燥所需的通道，并且平衡解决大容量电池中部上下两个部位的水分干燥问题，参照图3中大容量电池水分蒸发路径。
优选地，通孔5的直径为0.3mm～1.5mm。上述通孔5的孔径超过1.5mm会产生集流体断裂和电池容量降低的问题，孔径过小于0.3mm会使水分蒸发通道变小，降低极片干燥效率。上述范围内通孔5的直径能够更加快速地使大容量电池内部的水分蒸发，同时大大简化了打孔的工序，提高了生产效率。更优选地，通孔5均匀布设于集流体的非涂布区域6上。根据计算和实验，若每一圈电池极片平均有直径0.6mm的通孔5约100个，通道面积约27mm2，完全可以满足大容量电池中部水分干燥的通道要求。
优选地，非涂布区域6宽度为2mm～5mm。上述非涂布区域6的宽度大于5mm会减小涂布区面积，降低电池容量；宽度小于2mm时涂布对位很难，容易将浆料涂布到通孔5上，堵塞通孔5，甚至对涂布机产生污染，降低生产效率。上述非涂布区域6的宽度设置一方面取决于通孔5的直径，另一方面也与涂布机的精度有关，精度较高的涂布机可以相应减小非涂布区域6的宽度。在可行的情况下，应尽量减小上述非涂布区域6的宽度，从而减小对大容量电池性能的影响。
优选地，相邻通孔5之间的孔间距为0.6mm～5mm。上述孔间距超过5mm会使单位面积内通孔5的数量减少，通孔5的总面积减少，使水分蒸发通道变少，导致极片干燥效率降低的问题；上述孔间距小于0.6mm会显著降低孔径，减少水分蒸发和注液通道，降低干燥效率。上述相邻的通孔5之间孔间距的设置一般为孔径的2～2.5倍最佳，但也可以适当地调整。
优选地，涂层7的厚度为50μm～150μm。上述涂层的厚度超过150μm会显著增大电芯的动态内阻，经测试还会显著降低电池的循环寿命；涂层厚度小于50μm，降低电池容量和能量密度，增加电池的成本。上述集流体上非涂布区域6的设置，虽然对大容量电池性能稍有影响，但由于使大容量电池内部水分更加有效地蒸发，电池干燥彻底，即电池中部的水分降至400ppm以下，电池的循环寿命显著提升，弥补了非涂布区域6所带来的电池性能的损失。因此相应涂层7的厚度与现有技术中相同或者只略有增加，即能满足电池性能的要求。另外，也可以通过延长电池极片长度的方式弥补电池性能的微小损失。
优选地，集流体上还设有用于电池极耳的沿集流体长度方向延伸的留白区8，留白区8设置于集流体的上端或者设置于集流体的上端和下端。上述留白区8也是沿集流体的长度方向横向延伸。上述留白区8的宽度为5mm～15mm，上述留白区8的宽度超过15mm会减小涂布区面积，产生降低电池容量、增加电池成本的问题，宽度小于5mm会使激光打孔难以实施。
根据本发明的另一方面，还公开了一种电池极片的制备方法，包括以下步骤：在集流体上划分涂布区域以及非涂布区域6；在非涂布区域6打若干通孔5，通孔5用于干燥时加速水分蒸发以加快干燥速度以及用于注液时加速电解液渗透浸润；在集流体上的涂布区域分别涂布浆料，干燥后形成涂层7。
上述电池极片的制备方法包括两个步骤，即在集流体上设置的沿长度方向延伸的非涂布区域6打若干通孔5的步骤以及在集流体上的涂布区域分别涂布浆料、干燥而形成涂层7的步骤，上述两个步骤不分先后，无论先实施哪个步骤，都不会对浆料的涂布以及涂层7的形成产生影响。当先在集流体上涂布浆料时，将非涂布区域6留白即可，集流体经过烘干设备之后再对集流体进行打孔，对后续通孔5的设置不产生影响；当先在集流体上非涂布区域6打通孔5再进行浆料的涂布时，浆料也不会通过通孔5而污染涂布机。由上述可知，打孔设备可以安装在涂布机头的前面，也可以安装在烘干设备的后面。
上述电池极片的制备方法，增加了在集流体上的横向延伸的非涂布区域6打孔的步骤，上述步骤可以设置在涂布浆料的步骤之前或者之后，都不会对浆料的涂布以及涂层7的形成产生影响；并且打孔的位置为集流体上设置的横向延伸的非涂布区域6，避免了涂布时浆料通过通孔5而污染涂布机；本发明通过在非涂布区域6打孔的方法实现了大容量电池内部水分的快速蒸发，方法简单易行，成本低。
优选地，在非涂布区域6打若干通孔5的步骤中，采用激光打孔的方式得到通孔5。再优选地，激光打孔的方式为紫外线激光打孔。上述在非涂布区域6打孔采用紫外线激光打孔的方式，首先，高速脉冲紫外线激光打孔，效果非常精细，不会产生毛刺，从而避免打孔产生的毛刺易导致电池隔膜被刺穿产生短路的问题。其次，紫外线激光打孔的方式简单方便，可以将打孔装置安装在涂布机头或者机尾即可以实现连续打孔，大大简化了打孔工序，提高了生产效率，并且紫外线激光打孔装置功率小，耗能低。再次，激光打孔的速度完全可以满足大容量电池生产用涂布机每分钟10m～80m的传送速度。最后，激光打孔可以根据不同类型的电池选择不同的孔径、孔间距，这种电池极片非涂布区域6打孔的方法也适用于方型卷绕的大容量电池，同时也适用于三元电池。
优选地，激光打孔的功率为5W～500W。上述激光打孔所需的功率很小，耗能低，降低了生产成本，提高了生产效率。
优选地，激光打孔的速度为100个/s～500个/s。上述激光打孔的速度完全能够满足大容量电池所用涂布机每分钟10m～80m的传送速度。上述激光打孔方式与涂布机的配合，极大地简化了打孔工序，提高了生产效率。
优选地，在非涂布区域打若干通孔的步骤中，采用机械打孔的方式得到通孔。上述在非涂布区域打若干通孔的步骤也可以采取机械打孔的方式实现。
在实际生产过程中，集流体首先经过放卷器，然后穿过激光打孔器，通过激光打孔器扫描振镜扫描非涂布区域6，判断非涂布区域6是否处于激光打孔的位置，再由高精度CCD自动定位通孔5的位置进行打孔。采用固态紫外线激光打孔器，设备具有光束质量好、聚焦光斑小、功率分布均匀、热效应小、切缝宽度小、切割质量高等优点；采用冷加工工艺，有效控制切割边缘，无毛刺，炭化轻微；采用高精度CCD自动定位，振镜自动校正、自动调焦、自动对位，精度高；自动实时监控检查打孔质量，无需人工干预，全程实现自动化，操作简单，实现同类型一键式模式，大大提高了生产效率。
根据本发明的另一方面，还公开了一种电池，电池包括上述电池极片或者上述制备方法制备得到的电池极片。上述包括本发明电池极片的大容量电池，循环寿命延长50％以上，同时电池自放电降低50％以上。
优选地，电池为锂离子电池。
本发明的电池极片在集流体上设置横向延伸的非涂布区域6，并在上述非涂布区域6设置若干通孔5，使大容量电池内部的水分通过上述通孔5经外壳内壁或者注液用中空通道4传递至电池正极1的注液口3，并从注液口3蒸发至外界，形成了更近距离的水分干燥所需通道，使干燥时间缩短至未经打孔的电池干燥时间的50％以下，彻底解决了大容量电池内部水分干燥困难的问题，从而延长了大容量电池的循环寿命，提高了电池的有效容量和稳定性，抑制了大容量电池的自放电。同时，电池极片的集流体上非涂布区域6的设置能够防止涂布时浆料通过通孔5而污染涂布机。另外，本发明的电池极片的结构设置也加快了注液时电解液的浸润效果和渗透作用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种电池极片，用于大容量电池，其特征在于，
包括集流体以及涂布于所述集流体表面的涂层(7)，所述集流体上设有沿长度方向延伸的非涂布区域(6)，所述非涂布区域(6)设置若干用于干燥时加速水分蒸发以加快干燥速度以及用于注液时加速电解液渗透浸润的通孔(5)；
所述非涂布区域(6)设置于所述集流体的中部且延伸至所述集流体的两端；
所述通孔(5)的直径为0.3mm～1.5mm；
所述非涂布区域(6)宽度为2mm～5mm；相邻所述通孔(5)之间的孔间距为0.6mm～5mm；
所述涂层(7)的厚度为50μm～150μm。
2.一种如权利要求1所述的电池极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在集流体上划分涂布区域以及非涂布区域(6)；
在非涂布区域(6)打若干通孔(5)，所述通孔(5)用于干燥时加速水分蒸发以加快干燥速度以及用于注液时加速电解液渗透浸润；
在集流体上的涂布区域分别涂布浆料，干燥后形成涂层(7)；
在所述非涂布区域(6)打若干通孔(5)的步骤中，采用激光打孔的方式得到所述通孔(5)。
3.根据权利要求2所述的电池极片的制备方法，其特征在于，
所述激光打孔的方式为紫外线激光打孔。
4.根据权利要求2所述的电池极片的制备方法，其特征在于，
所述激光打孔的功率为5W～500W；和/或
所述激光打孔的速度为100个/s～500个/s。
5.根据权利要求2所述的电池极片的制备方法，其特征在于，
在所述非涂布区域(6)打若干通孔(5)的步骤中，采用机械打孔的方式得到所述通孔(5)。
6.一种电池，其特征在于，
所述电池包括权利要求1所述的电池极片或者权利要求2至5中任一项所述的制备方法制备得到的电池极片。
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