CN109473623A - 一种锂离子电池高压实密度极片的制作方法 - Google Patents

一种锂离子电池高压实密度极片的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池高压实密度极片的制作方法，所述极片包括金属集流体和导电混合浆料，将导电混合浆料分两次或多次涂布在金属集流体上，第一次涂布后极片经烘干辊压后，第二次涂布后极片经烘干并再次辊压，依次涂布、烘干、辊压至导电混合浆料涂布完毕。本发明通过两次或多次涂布使导电混合浆料湿涂层厚度比一次涂布工艺更薄，减低干燥负荷，缩短干燥时间，降低单次辊压负荷，在较高辊压压力下不容易出现粘辊，提高涂布均匀度和精度，增大极片的压实密度，使体积比能量增大，降低极片的内阻，减少极化，增大放电容量，增大电池能量密度，降低成本，并且保证极片的柔韧性，不会出现表面卷曲不平乃至断片脆片等现象。

Description

一种锂离子电池高压实密度极片的制作方法
技术领域
本发明设计电池极片制作领域，尤指一种涉及锂离子电池高压实密度极片的制作方法。
背景技术
锂离子电池自1990年由日本索尼公司首先研制成功并将其商品化以来，凭借其具有电压高、重量轻、比能量大、自放电少、循环寿命长、无记忆效应、环境污染少等优势，得到了快速的发展，足部取代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。
而锂离子电池的制造工艺流程较复杂，包括：制浆、涂布、制片、卷绕、装配、注液、静置、预充分容、高温老化等工序。其中的涂布工序是将制浆过程制作好的均一浆状物，采用涂布机按照一定极片密度和厚度 要求均匀地涂覆在金属集流体上，并经过烘烤去除浆料中的有机溶剂或水分。涂层的均匀度对产品的一致性有很大的影响。极片面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，面密度过大或过小影响锂离子的嵌入和嵌出，从而影响到电池的各项电性能，可见最佳的面密度设计对电池的性能很重要。在一定合适范围内，通过改进现有涂布工艺提高极片的面密度，提高极片的压实密度，提高涂层的一致性，对提高产品的性能，提高生产效率和降低生产成本大有益处。
目前最常用的涂布工艺为辊涂，采用辊涂技术路线多是单层涂布，即一次性涂布工艺，包括单面单层涂布和双面单层涂布。采用一次性涂布工艺由于所有浆料均要一次性涂覆到金属集流体上，浆料湿厚度大，需要干燥温度更高或时间更长。同时一次涂布工艺极片在辊压时辊压复合增大，在追求高压实密度时，过高的辊压压力下容易出现粘辊、极片变硬柔性变差、表面卷曲不平乃至断片脆片等现象，影响产品质量。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种锂离子电池高压实密度极片的制作方法，其目的在于通过把一次涂布转换为两次或多次涂布，减少单次涂布湿涂层厚度，降低辊压负荷，提高涂布均匀度和精度，相对更容易增大极片的压实密度，增大电池的体积比能量，降低极片的内阻，减少极化，增大放电容量。
本发明可以通过以下技术方案来实现：
一种锂离子电池高压实密度极片的制作方法，所述极片包括金属集流体和导电混合浆料，将导电混合浆料分两次或多次涂布在金属集流体上，第一次涂布后极片经烘干辊压后，第二次涂布后极片经烘干并再次辊压，依次涂布、烘干、辊压至导电混合浆料涂布完毕。采用常规通用的一次涂布工艺为将所有导电混合浆料一次性涂覆在金属集流体上，导电混合浆料湿涂层厚度相比于二次或多次涂布工艺更厚，干燥负荷增大，干燥温度更高或时间会更长。同时一次涂布工艺极片在辊压时辊压负荷增大，在追求高压实密度时，过高的辊压压力下容易出现粘辊、极片变硬柔软性变差，表面卷曲不平导致断片脆片等现象，影响产品质量，相对难获得更高的压实密度。通过采用两次或多次涂布导电混合浆料，使导电混合浆料湿涂层厚度比一次涂布工艺的导电混合浆料湿涂层厚度更薄，干燥负荷小，需要的干燥温度较低或干燥时间缩短，避免出现粘辊、极片变硬柔软性变差、表面卷曲不平乃至断片脆片等现象，同时二次或多次辊压提高压实密度，增大电池的体积比能量，降低极片的内阻，减少极化，增大放电容量。
进一步地，第一次涂布的涂覆量为设计面密度的10%～70%，第二次涂布的涂覆量为设计面密度的90% ～30%。第一次涂布的涂覆量若低于面密度的10%则涂覆量太少，烘干后辊压容易出现断裂，涂覆量若高于面密度的70%则导致第一层厚度过大，容易导致第一层压实不够紧密从而使第二次涂布形成的第二层与第一层贴合紧密度不够，降低电容量，其中面密度为导电混合材料均匀涂覆在单位面积金属集流体上的重量，单位为mg/cm2。更优地，涂布次数为2次，其中第一次涂布的涂覆量为设计面密度的50%，第二次涂覆的涂覆量为设计面密度的50%所得到的涂覆效果最佳。
进一步地，所述涂布包括单双面间歇涂布或单双面连续涂布。可根据产品需求采用连续涂布或间歇涂布，其中间歇涂布所留的间隔为固定间隔，以便焊接正负极极耳。
进一步地，所述极片包括正极片和负极片。本发明适用于正极片和负极片的制作。
进一步地，所述正极片单面涂布面密度为5.0～22mg/cm2，压实密度为2.0～4.2g/cm3，所述正极片双面涂布面密度为5.0～22mg/cm2，压实密度为2.0～4.2g/cm3。正极片单面涂布面密度小于5.0mg/cm2或者大于22 mg/cm2则涂覆导电混合浆料过薄或者压实后容易出现断片、脆片的现象，影响电芯安全性能；若压实密度小于2.0 g/cm3则压实密度过低，降低电池容量，若压实密度大于4.2 g/cm3则已经达到正极的导电混合浆料的压实极限，容易因过度压实导致断片或者脆片，影响电池安全性能。
进一步地，所述负极片单面涂布面密度为3.0～11.0mg/cm2，压实密度为1.0～1.8g/cm3，所述负极片双面涂布面密度为3.0～11.0mg/cm2，压实密度为1.0～1.8g/cm3。负极片单面涂布面密度小于3.0mg/cm2或者大于11.0 mg/cm2则涂覆导电混合浆料过薄或者压实后容易出现断片、脆片的现象，影响电芯安全性能；若压实密度小于1.0 g/cm3则压实密度过低，降低电池容量，若压实密度大于1.8g/cm3则已经达到负极的导电混合浆料的压实极限，容易因过度压实导致断片或者脆片，影响电池安全性能。
本发明一种锂离子电池高压实密度极片的制作方法，具有如下的有益效果：本发明通过两次或多次涂布使导电混合浆料湿涂层厚度比一次涂布工艺更薄，减低干燥负荷，缩短干燥时间，降低单次辊压负荷，在较高辊压压力下不容易出现粘辊，提高涂布均匀度和精度，增大极片的压实密度，使体积比能量增大，降低极片的内阻，减少极化，增大放电容量，增大电池能量密度，降低成本，并且保证极片的柔韧性，不会出现表面卷曲不平乃至断片脆片等现象。
附图说明
图1为本发明一种锂离子电池高压实密度极片的制作方法一次涂布示意图；
图2为本发明一种锂离子电池高压实密度极片的制作方法一次涂布辊压后示意图；
图3为本发明一种锂离子电池高压实密度极片的制作方法二次涂布示意图；
图4为本发明一种锂离子电池高压实密度极片的制作方法二次涂布辊压后示意图。
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，下面结合实施例及附图对发明作进一步详细的说明。
如图1至图4所示，极片包括金属集流体和导电混合浆料，将导电混合浆料的涂覆量按10%～70%面密度要求均匀涂覆在图1中金属集流体2上，并经过烘烤去除浆料中的有机溶剂或水分，即得一次涂布单面11，然后涂布金属集流体2的另外一面，即得图1中一次涂布双面13。对经过一次涂布的金属集流体进行辊压，使导电混合浆料压实至接近最大压实密度，如图2中一次涂布辊压后单面涂料层1和一次涂布辊压后双面涂料层3。
如图3所示，在辊压好的一次涂布极片上进行二次涂布，第二次涂布的涂覆量按90% ～30%面密度要求分别涂覆在一次涂布单面1和一次涂布双面3上，即得二次涂布单面涂料层24和二次涂布双面涂料层25。然后再对二次涂布好的极片进行二次辊压，辊压后极片如图4所示二次涂布辊压后单面涂料层4和二次涂布辊压后双面涂料层5。
本发明不仅仅针对二次涂布，二次以上涂布亦可提高容量从而达到增大压实密度、增大放电容量的目的。
实施例1
原技术：正极一次涂布工艺面密度21mg/cm2，克容量164mAh/g，压实4.10g/cm3，设计容量5542mAh。
本发明：正极二次涂布，第一次涂布正极面密度10.5mg/cm2，为设计面密度的48%，压实密度4.10 g/cm3，第二次涂布正极面密度11.0 mg/cm2，为设计面密度的52%，压实密度4.20 g/cm3，极片整体压实密度4.20 g/cm3，设计容量5647mAh，同比一次涂布工艺提高容量1.9%。
表1 二次涂布对电池性能的影响
本发明通过对正极二次涂布，从而达到整体最大压实，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：正极一次涂布工艺面密度21mg/cm2，克容量164mAh/g，压实4.10 g/cm3；负极涂布面密度10.90mg/cm2，克容量345mAh/g，压实1.67 g/cm3，设计容量5542mAh。
本发明：正极二次涂布，一次涂布正极面密度2.15 mg/cm2，为设计面密度的10%，压实密度4.10 g/cm3，二次涂布正极面密度19.35m g/cm2，为设计面密度的90%，压实密度4.20 g/cm3，极片整体压实密度4.20 g/cm3；
负极二次涂布：一次涂布负极双面面密度5.45 mg/cm2，压实密度1.67 g/cm3，二次涂布双面面密度5.95 mg/cm2，压实1.76 g/cm3，极片整体压实密度,1.76 g/cm3；设计容量5780 mAh。同比一次涂布工艺提升容量4.2%
表2 二次涂布对电池性能的影响
本发明通过对正、负极二次涂布，从而达到整体最大压实，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：正极一次涂布工艺面密度21mg/cm2，克容量164mAh/g，压实4.10 g/cm3；负极涂布面密度10.90mg/cm2，克容量345mAh/g，压实1.67 g/cm3；设计容量5542mAh。
本发明：正极多次涂布：一次涂布正极面密度3.23 mg/cm2，为设计面密度的15%，压实密度4.10 g/cm3，二次涂布正极面密度8.6mg/cm2，为设计面密度的40%，压实密度4.20g/cm3，三次涂布正极面密度9.76 mg/cm2，为设计面密度45%，压实密度4.20 g/cm3，极片整体压实密度4.20 g/cm3；
负极多次涂布：一次涂布双面面密度3.99 mg/cm2，为设计面密度35%，压实密度1.67g/cm3，二次涂布双面面密度3.42mg/cm2，为设计面密度30%，压实密度为1.71 g/cm3，三次涂布双面面密度为3.993.99 mg/cm2，为设计面密度的35%，压实密度1.76 g/cm3，极片整体压实密度1.76 g/cm3；设计容量5830 mAh。同比一次涂布工艺提升容量5.2%
表3 多次涂布对电池性能的影响
本发明通过对正、负极多次次涂布，从而达到整体最大压实，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附图所示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 (6)

1.一种锂离子电池高压实密度极片的制作方法，所述极片包括金属集流体和导电混合浆料，其特征在于：将导电混合浆料分两次或多次涂布在金属集流体上，第一次涂布后极片经烘干辊压后，第二次涂布后极片经烘干并再次辊压，依次涂布、烘干、辊压至导电混合浆料涂布完毕。
2. 根据权利要求1所述的一种锂离子电池高压实密度极片的制作方法，其特征在于：第一次涂布的涂覆量为设计面密度的10%～70%，第二次涂布的涂覆量为设计面密度的90%～30%。
3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池高压实密度极片的制作方法，其特征在于：所述涂布包括单双面间竭涂布或单双面连续涂布。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种锂离子电池高压实密度极片的制作方法，其特征在于：所述极片包括正极片和负极片。
5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池高压实密度极片的制作方法，其特征在于：所述正极片单面涂布面密度为5.0～22mg/cm2，压实密度为2.0～4.2g/cm3，所述正极片双面涂布面密度为5.0～22mg/cm2，压实密度为2.0～4.2g/cm3。
6.根据权利要求4所述的一种锂离子电池高压实密度极片的制作方法，其特征在于：所述负极片单面涂布面密度为3.0～11.0mg/cm2，压实密度为1.0～1.8g/cm3，所述负极片双面涂布面密度为3.0～11.0mg/cm2，压实密度为1.0～1.8g/cm3。
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