CN109638357A - 一种锂离子电池极片/隔膜一体化的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池极片/隔膜一体化的制备方法，属于电池技术领域。为了解决现有正负极极片辊压时极片弯曲、波浪边、极耳褶皱等不良现象,提出一种锂离子电池极片/隔膜一体化的制备方法，包括选取电池的隔膜，将正极浆料涂覆在隔膜的一侧表面，辊压至所需的厚度形成正极面；再将负极浆料涂覆在隔膜的相对的另一侧表面，辊压至所需的厚度形成负极面；在正极面和负极面的表面涂覆或镀设导电金属层分别形成正极集流体和负极集流体，得到相应的一体化锂离子电池极片/隔膜。本发明能够实现极片和隔膜一体化的结构特性，通过减少接触电阻降低电池内阻和提高能量密度的特性，实现较好的电池循环性能。

Description

一种锂离子电池极片/隔膜一体化的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池极片/隔膜一体化的制备方法，属于电池技术领域。
背景技术
随着电动汽车发展需求，对动力电池能量密度要求越来越高。国家要求2020年电池能量密度达到300瓦时/公斤。提高电池的能量密度是未来电池的发展趋势，所以，各大锂离子电池生产厂商致力于高电池能量密度的研究。
商业化的锂离子电池是由正极极片、隔膜、负极极片、电解液组成，其中正负极极片是以铝箔、铜箔为集流体，正负极浆料分别涂覆在相应的集流体上。目前，各大锂电池企业以降低铝箔、铜箔厚度提高锂电池的能量密度，但是厚度的降低意味着对生产设备要求更加苛刻。另一方面，传统正负极极片辊压时因为铝箔、铜箔延展性造成的极片弯曲、波浪边、极耳褶皱等不良现象；也降低了电池循环性能。
发明内容
本发明针对以上现有技术中存在的缺陷，提供一种锂离子电池极片/隔膜一体化的制备方法，解决的问题是如何实现极片和隔膜一体化结构且能提高电池的能量密度而提高循环性能。
本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的，一种锂离子电池极片/隔膜一体化的制备方法，该方法包括以下步骤：
A、选取电池的隔膜，将正极浆料涂覆在隔膜的一侧表面，辊压至所需的厚度形成正极面；再将负极浆料涂覆在隔膜的相对的另一侧表面，辊压至所需的厚度形成负极面；
B、在正极面和负极面的表面涂覆或镀设导电金属层分别形成正极集流体和负极集流体，得到相应的一体化锂离子电池极片/隔膜。
通过直接将正负浆料涂覆在隔膜的两侧形成相应的正极面和负极面，涂覆的方式能够使有效的附着在隔膜的表面，有利于减少它们与隔膜之间的接触电阻；另外，再通过将具有导电性能的金属材料通过涂覆或镀设在正极面和负极面表面，附着一层具有导电特性的涂层或镀层，作为正极集流体和负极集流体，实现了极片与隔膜一体化的结构特性，有利于提高电池的循环性能。同时，由于无需另外设置铜箔或铝箔等集体流，避免了传统的正、负极辊压时因铝箔、铜箔等延展性造成的极片弯曲、波浪边和极耳褶皱等不良现象，也能够使更好的提高电池的性能。
在上述锂离子电池极片/隔膜一体化的制备方法中，作为优选，所述导电金属层含有导电金属。由于是直接将含有导电金属通过涂覆的方式附着的表面，无需经过辊压等过程，避免了对极片/隔膜的影响，使保证具有较好的性能。作为进一步的优选，所述导电金属选自铝、铜、锌、镍、银和金中的一种或几种。具有较好的导电性能，且易于加工，这里可以是导电纳米或微米金属粉末。作为另一种实施方式是在正、负极面的表面镀一层导电金属镀层。
在上述锂离子电池极片/隔膜一体化的制备方法中，作为优选，所述负极面和正极面表面的导电金属涂层厚度为0.1～20μm。使一体化结构的极片/隔膜整体具有较薄的结构特性，且通过辊压使正、负极面的正负极活性材料接触更紧密，极化更小，更好的提升电池的循环性能，还能够有效避免极片辊压造成的外观不良等缺陷。还有利于提高电池的能量密度。
在上述锂离子电池极片/隔膜一体化的制备方法中，作为优选，步骤A中所述涂覆或辊压以PVC片材、PE片材、PET片材、PP片材、POM片材、ABS片材或PC片材为支撑物。具有一定的硬度且平整性好，能够更好的保证涂覆、辊压顺利进行。
在上述一体化锂离子电池极片/隔膜的制备方法中，作为优选，步骤A中所述隔膜选自PP膜、PE膜、PP/PE/PP膜、PP/PP/PP膜、Nafion膜或陶瓷膜。作为进一步的优选，所述隔膜的厚度为5～500μm。通过控制隔膜本身的厚度，能够更有效的保证一体化结构的整体厚度，有利于提高其电池性能和后续的叠片组装要求。
在上述锂离子电池极片/隔膜一体化的制备方法中，作为优选，所述正极面的面密度为50～500g/m2；所述负极面的面密度为20～250g/m2。
在上述锂离子电池极片/隔膜一体化的制备方法中，其中所述的正极浆料和负极浆料采用一般的正负极活性材料均可，如可以是正/负极活性材料、导电添加剂、粘结剂和溶剂混合形成的浆料。作为优选，正极活性材料采用镍钴锰三元材料等，负极活性材料采用石墨等。作为更进一步的优选，最好使正极浆料采用镍钴锰三元材料：Super-P：碳纳米管：PVDF：NMP的质量比为96:1.5:1:1.5:54；负极浆料采用石墨：Super-P：CMC：SBR：去离子水的质量比为95:2:1:2:72。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
通过采用涂覆导电金属涂层直接附着的正、负极表面形成极片和隔膜一体化的结构特性，避免因采用铜箔或铝箔集流体在辊压时出现的缺陷，减少了接触电阻降低了电池内阻和并且可以通过降低导电金属涂层厚度，降低电池质量和提高能量密度，实现较好的电池循环性能。
附图说明
图1是采用本发明的锂离子电池极片/隔膜一体化作为材料制成相应的电池的循环性能图。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于这些实施例。
实施例1
选取电池的隔膜，本实施例采用的隔膜为PP膜，且厚度为20μm，将正极浆料涂覆在隔膜的一侧表面，辊压至所需的厚度形成正极面，使正极面的涂覆面密度为150g/m2，辊压时以平整的PC片材为支撑物，使形成一定的厚度；这里正极浆料采用现有的电池中常用的正极浆料均可；再将负极浆料涂覆在隔膜的相对的另一侧表面，辊压至所需的厚度形成负极面，使负极面的涂覆面密度为78g/m2，辊压时同样以平整的PC片材为支撑物，使形成一定的厚度；负极浆料采用现有的电池中常用的负极浆料均可，烘干后，再在相应的正极面表面镀一层铝镀层形成正极集流体，铝镀层的厚度为20μm，以及在相应的负极面表面镀一层铜镀层形成的负极集流体，铜镀层的厚度为5μm，使形成正极集流体和负极集流体，烘干后，得到相应的一体化锂离子电池极片/隔膜。
实施例2
选取电池的隔膜，本实施例采用的隔膜为PP膜，且厚度为100μm，将正极浆料涂覆在隔膜的一侧表面，辊压至所需的厚度形成正极面，使正极面的涂覆面密度为300g/m2，辊压时以平整的PVC片材为支撑物，使形成一定的厚度；这里正极浆料采用镍钴锰三元材料：Super-P：碳纳米管：PVDF：NMP的质量比为97:1.2:1:1.2:52；再将负极浆料涂覆在隔膜的相对的另一侧表面，辊压至所需的厚度形成负极面，使负极面的涂覆面密度为168g/m2，辊压时同样以平整的PVC片材为支撑物，使形成一定的厚度；负极浆料采用石墨：Super-P：CMC：SBR：去离子水的质量比为93:2:1:2:70，烘干后，然后，再在相应的正极面和负极面的表面涂覆导电金属涂层分别形成正极集流体和负极集流体，这里正极集流体的导电金属涂层采用的浆料为含有金属铝粉末和粘结剂及相应溶剂搅拌形成等，负极集流体的导电金属涂层采用的浆料为含有金属铜粉末和粘结剂及相应溶剂搅拌形成，使正、负极面表面的导电金属涂层的均为10μm，烘干后，得到相应的一体化锂离子电池极片/隔膜。
实施例3
选取电池的隔膜，本实施例采用的隔膜为PP膜，且厚度为50μm，将正极浆料涂覆在隔膜的一侧表面，辊压至所需的厚度形成正极面，使正极面的涂覆面密度为500g/m2，辊压时以平整的PVC片材为支撑物，使形成一定的厚度；这里正极浆料采用镍钴锰三元材料：Super-P：碳纳米管：PVDF：NMP的质量比为97:1.2:1:1.2:52；再将负极浆料涂覆在隔膜的相对的另一侧表面，辊压至所需的厚度形成负极面，使负极面的涂覆面密度为250g/m2，辊压时同样以平整的PVC片材为支撑物，使形成一定的厚度；负极浆料采用石墨：Super-P：CMC：SBR：去离子水的质量比为93:2:1:2:70，烘干后，然后，再在相应的正极面和负极面的表面涂覆导电金属涂层分别形成正极集流体和负极集流体，这里正极集流体和负极集流体对应的导电金属涂层采用的浆料为含有金属银粉末和粘结剂及相应溶剂搅拌形成，使形成的正、负极面表面的导电金属涂层的均为5μm，烘干后，到相应的一体化锂离子电池极片/隔膜。
实施例4
选取电池的隔膜，本实施例采用的隔膜为PE膜，且厚度为150μm，将正极浆料涂覆在隔膜的一侧表面，辊压至所需的厚度形成正极面，使正极面的涂覆面密度为100g/m2，辊压时以平整的PC片材为支撑物，使形成一定的厚度；这里正极浆料采用现有的电池中常用的正极浆料均可；再将负极浆料涂覆在隔膜的相对的另一侧表面，辊压至所需的厚度形成负极面，使负极面的涂覆面密度为56g/m2，辊压时同样以平整的PC片材为支撑物，使形成一定的厚度；负极浆料采用现有的电池中常用的负极浆料均可，烘干后，再在相应的正极面表面镀一层银镀层形成正极集流体，以及在相应的负极面表面也镀一层银镀层形成负极集流体，形成的正、负极面表面的导电金属涂层(银镀层)的均为0.1μm，烘干后，到相应的一体化锂离子电池极片/隔膜。
实施例5
选取电池的隔膜，本实施例采用的隔膜为Nafion膜，且厚度为500μm，将正极浆料涂覆在隔膜的一侧表面，辊压至所需的厚度形成正极面，使正极面的涂覆面密度为50g/m2，辊压时以平整的ABS片材为支撑物，使形成一定的厚度；这里正极浆料采用镍钴锰三元材料：Super-P：碳纳米管：PVDF：NMP的质量比为97:1.2:1:1.2:52；再将负极浆料涂覆在隔膜的相对的另一侧表面，辊压至所需的厚度形成负极面，使负极面的面密度为20g/m2，辊压时同样以平整的ABS片材为支撑物，使形成一定的厚度；负极浆料采用石墨：Super-P：CMC：SBR：去离子水的质量比为93:2:1:2:70，烘干后，然后，再在相应的正极面和负极面的表面涂覆导电金属涂层分别形成正极集流体和负极集流体，这里正极导电金属涂层采用的浆料为含有金属铝粉末和粘结剂及相应溶剂搅拌形成，负极导电金属涂层采用的浆料为含有金属镍粉末和粘结剂及相应溶剂搅拌形成，形成的正、负极面表面的导电金属涂层均为20μm，烘干后，到相应的一体化锂离子电池极片/隔膜。
随机选取上述实施例1得到的相应一体化锂离子电池极片/隔膜进行性能测试。
对上述实施例1制备的一体化结构极片/隔膜进行裁切叠放，添加电解液，最后封装得到CR2032扣式电池；然后，对此电池进行测试，充放电截止电压2.8V～4.2V。在1C充放电下进行循环性能测试，其表现出良好的循环性能，如图1所示，在经过100次循环其容量保持率为99.0％以上，具有高循环性能。
同样，在采用上实施例1-5任意得到的一体化结构极片/隔膜进行上述相对应且相同条件下测试，均能够达到相当的水平，在经过100次循环其容量保持率至少能够达到98.5％以上，具有高循环性能。
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (8)

1.一种锂离子电池极片/隔膜一体化的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
A、选取电池的隔膜，将正极浆料涂覆在隔膜的一侧表面，辊压至所需的厚度形成正极面；再将负极浆料涂覆在隔膜的相对的另一侧表面，辊压至所需的厚度形成负极面；
B、在正极面和负极面的表面涂覆或镀设导电金属涂层分别形成正极集流体和负极集流体，得到相应的一体化的锂离子电池的极片/隔膜。
2.根据权利要求1所述锂离子电池极片/隔膜一体化的制备方法，其特征在于，所述导电金属涂层含有导电金属。
3.根据权利要求2所述锂离子电池极片/隔膜一体化的制备方法，其特征在于，所述导电金属选自铝、铜、锌、镍、银和金中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述锂离子电池极片/隔膜一体化的制备方法，其特征在于，所述负极面和正极面表面的导电金属涂层厚度为0.1～20μm。
5.根据权利要求1-4任意一项所述锂离子电池极片/隔膜一体化的制备方法，其特征在于，步骤A中所述涂覆或辊压以PVC片材、PE片材、PET片材、PP片材、POM片材、ABS片材或PC片材为支撑物。
6.根据权利要求1-4任意一项所述锂离子电池极片/隔膜一体化的制备方法，其特征在于，步骤A中所述隔膜选自PP膜、PE膜、PP/PE/PP膜、PP/PP/PP膜、Nafion膜或陶瓷膜。
7.根据权利要求6所述锂离子电池极片/隔膜一体化的制备方法，其特征在于，所述隔膜的厚度为5～500μm。
8.根据权利要求1-4任意一项所述锂离子电池极片/隔膜一体化的制备方法，其特征在于，步骤A中所述正极面的涂覆面密度为50～500g/m2，所述负极面的涂覆面密度为20～250g/m2。
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