CN109686587A - 一种采用锂箔带制造的锂离子负电极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用锂箔带制造的锂离子负电极及其制备方法，所述锂离子负电极从下到上依次设置有下锂箔带、负电极带、上锂箔带，所述下锂箔带设置有若干条平行的平铺在负电极带的下端面，所述上锂箔带设置有若干条平行的平铺在负电极带的上端面。所述锂离子负电极是一种可用于锂离子电容器的复合锂负电极。本发明的制造工艺采用锂箔带，不需要任何粉末或喷雾的步骤，大大降低了电极制造过程的时间和成本，不需要粘合剂的干燥时间，不需要加热的复合层压辊，便于制造过程的质量控制，可获得了具有高密度、高性能复合锂负电极带卷，适用于锂电容负电极等，可广泛推广于新能源汽车、风力发电、备用电源、电动工具等领域，市场潜力巨大。

Description

一种采用锂箔带制造的锂离子负电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电极的制造，特别是涉及一种采用锂箔带制造的锂离子负电极及其制备方法
技术背景
锂离子电极的制造涉及到一个相对柔韧的层附着到一个相对刚性的层，负极电极是用这种方法制造的一类电极。电极广泛用于存储电能的许多设备，包括初级(非充电)电池、二次电池、燃料电池和电容器。由于设计电极时需要考虑各种相互矛盾的性能标准，许多电极使用两种甚至更多种材料构建。一种常用的复合电极应用实例是双电层电容器结构，也称为电化学电容器或超级电容器。双层电容器采用作为能量存储元件的电极，它被浸入电解质溶液(电解质)中。通常，浸渍电解质的多孔隔板确保电极彼此不接触。在固体电极和电解质之间的每个界面上形成一层电荷。双层电容器的这些层具有不同描述。与传统电容器相比，双层电容器的电容量与体积和重量有关。造成这种体积和重量效率的原因主要有两个。首先，电荷分离层的宽度很小，按纳米量级排列。第二，电极可以由多孔材料制成，每单位体积有非常大的有效面积，即非常大的归一化有效面积。由于电容量与电极面积成正比，与电荷分离层的宽度成反比，窄电荷分离层和大表面积的综合效应导致其电容量比传统电容器电容量高很多。高电容量使双层电容器能够接收、储存和释放大量的电能。电容器的另一个重要性能参数是它的内阻，也称为等效串联电阻(ESR)。电容器的频率响应取决于电容器的特征时间常数，而电容器的特性时间常数是电容和内阻的乘积，或RC。换言之，内部电阻限制电容器的充放电率，因为电阻限制了流入或流出电容器的电流。在许多应用中，最大化充放电速率是很重要的。例如，在混合动力汽车应用中，作为汽车发动机能量储存元件的电容器必须能够在加速过程中提供高瞬时功率，并接收再生制动所产生的功率。高内阻可在充放电周期内产生热量。热引起机械应力，加速各种化学反应，从而加速电容器老化。此外，转换成热能的能量也会丢失，从而降低电容器的效率。因此，降低电容器内阻是可取的。用于构成电极的活性材料，例如活性炭，通常具有相当有限的比电导。因此，可以要求大的接触面积以将电极与其端子之间的接触电阻降到最小。活性材料也可能过于脆或不适合直接连接到端子。此外，该材料可能具有相对较低的抗拉强度，在某些应用中需要机械支撑。由于这些原因，电极通常包含电流收集器。电流收集器通常是一层导电材料，在该电极上沉积活性电极材料。铝箔通常用作电极的电流收集材料。在一种电极制造过程中，制备溶剂基电极膜，然后用湿溶剂粘合剂或粘合剂层把它贴到薄铝箔上。为提高电极活性材料薄膜与集流体之间的界面粘结质量，薄膜与集流器的结合是采用压力复膜机完成的。例如，碾压辊或夹送辊。压力复膜增加了薄膜与集电器之间的结合力，降低了等效串联电阻。在溶剂基电极膜、湿粘合剂和集流体经层压之复合，随后被干燥处理以除去任何液体溶剂、润滑剂或杂质。正如已经提到的，双层电容器的高电容在很大程度上是由于电极层较高的有效比面积引起的。活性电极层的孔隙率对提高有效表面积起着重要作用。一般情况下，当活性电极膜压实致密时小尺度范围的孔隙度是不变的。例如，通过碾压辊或高压夹送辊处理。由于压实作用在保持孔隙表面相对不变的同时降低了膜的体积，使有效比表面积增大。此外，压实往往会降低等效串联电阻，也可能改善薄膜的结构完整性。由于这些原因，目前的溶剂型活性电极膜在粘贴到电流收集器之前通常是经压实的。典型的活性电极膜的材料是可压缩的和可延展的。当电极膜经辊子单独地碾压，或电极膜与湿粘合剂层一起碾压，这不但会使通过施压方向压实，而且也会变形、伸长和平面横向宽展。这会有问题的，有两个原因。首先，致密化减少，可能需要多次压实/致密的步骤。第二，电极膜可能需要修剪，因为延展，即伸长和宽展。例如，当电极膜扩散到集电极表面时，或者电极膜扩散到需要连接其它组件的集电极的区域，例如端子或其它电极时，就需要进行微调。额外的压实和修整步骤增加了加工成本和时间，并且最好减少或完全避免。这些问题不一定局限于电极的制备，也与其它可压缩材料的压实和复合过程相关。
发明概述
本电极制造过程的主要优点是使用纯锂箔带。
本发明的目的针对现有技术中的缺陷，为此提供一种采用锂箔带制造的锂离子负电极及其制备方法，该锂离子负电极能解决目前电极制造过程的时间长和成本高等缺陷。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种采用锂箔带制造的锂离子负电极，其特征在于，所述锂离子负电极从下到上依次设置有下锂箔带、负电极带、上锂箔带，所述下锂箔带设置有若干条平行的平铺在负电极带的下端面，所述上锂箔带设置有若干条平行的平铺在负电极带的上端面。
3、进一步地，所述上锂箔带的厚度为5-150μm，所述下锂箔带的宽度为1-50mm，所述上下锂箔带之间的间隙在10-300μm的公差范围。
进一步地，一种卷到卷工艺过程中采用锂箔带制造的锂离子负电的制备方法，包括以下步骤：
1)将下锂箔带经过第一进料辊送入到第一张力辊区域，然后进入到层压对辊中；
2)将负电极带经过第二进料辊送入到第二张力辊区域，然后进入到层压对辊中；
3)将上锂箔带经过第三进料辊送入到若干个第三张力辊区域，然后进入到层压对辊中；
4)完成步骤1)、2)、3)，即三者的带材头部都穿过层压对辊后，形成复合负电极带，并通过第四张力辊区域，进入到收卷筒中收卷，即可得到成品。
进一步地，所述制造过程中必须在温度和湿度控制的洁净干燥室进行。
有益效果：本锂离子负电极制造过程的优点是不需要粘合剂的干燥时间，不需要加热的复合层压辊，大大降低了电极制造过程的时间和成本，制成的负极电极在性能方面显著提高；另一个优点是密度最大化，因为锂箔是纯元素金属，其密度最高，且制造过程的质量控制大大简化，涉及到辊子的张力控制，以及检测和消除不符合制造标准部分的电极，同时锂箔的使用不需要任何粉末或喷雾的步骤，粉末或喷雾增加了制造电极时间和费用，本电极制造过程没有安全问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
一种采用锂箔带制造的锂离子负电极是基于卷到卷工艺过程中进行加工的，所述锂离子负电极从下到上依次设置有下锂箔带、负电极带、上锂箔带，所述下锂箔带设置有若干条平行的平铺在负电极带的下端面，所述上锂箔带设置有若干条平行的平铺在负电极带的上端面。
在一个实施例中，上锂箔带的优选厚度为20-50μm，下锂箔带的宽度为1-50mm，上下锂箔带之间的间隙在10-300μm的公差范围。
一种采用锂箔带制造的锂离子负电的制备方法，包括以下步骤：
1)将下锂箔带经过第一进料辊送入到第一张力辊区域，然后进入到层压对辊中；
2)将负电极带经过第二进料辊送入到第二张力辊区域，然后进入到层压对辊中；
3)将上锂箔带经过第三进料辊送入到若干个第三张力辊区域，然后进入到层压对辊中；
4)完成步骤1)、2)、3)，即三者的带材头部都穿过层压对辊后，形成复合负电极带，并通过第四张力辊区域，进入到收卷筒中收卷，即可得到成品。
在一个实施例中，为了保证整个过程的顺利进行，制造过程中必须在温度和湿度控制的洁净干燥室进行。
本锂离子负电极制造过程的优点是不需要粘合剂的干燥时间，不需要加热的复合层压辊，大大降低了电极制造过程的时间和成本，制成的负极电极在性能方面显著提高；另一个优点是密度最大化，因为锂箔是纯元素金属，其密度最高，且制造过程的质量控制大大简化，涉及到辊子的张力控制，以及检测和消除不符合制造标准部分的电极，同时锂箔的使用不需要任何粉末或喷雾的步骤，粉末或喷雾增加了制造电极时间和费用，本电极制造过程没有安全问题。
上面所述的实施方案仅仅是对本发明的优选实施方案进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应归入到本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种采用锂箔带制造的锂离子负电极，其特征在于，所述锂离子负电极从下到上依次设置有下锂箔带、负电极带、上锂箔带，所述下锂箔带设置有若干条平行的平铺在负电极带的下端面，所述上锂箔带设置有若干条平行的平铺在负电极带的上端面。
2.如权利要求1所述的采用锂箔带制造的锂离子负电极，其特征在于，所述上锂箔带的厚度为5-150μm，所述下锂箔带的宽度为1-50mm，所述上下锂箔带之间的间隙在10-300μm的公差范围。
3.一种采用锂箔带制造的锂离子负电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将下锂箔带经过第一进料辊送入到第一张力辊区域，然后进入到层压对辊中；
2)将负电极带经过第二进料辊送入到第二张力辊区域，然后进入到层压对辊中；
3)将上锂箔带经过第三进料辊送入到若干个第三张力辊区域，然后进入到层压对辊中；
4)完成步骤1)、2)、3)，即三者的带材头部都穿过层压对辊后，形成复合负电极带，并通过第四张力辊区域，进入到收卷筒中收卷，即可得到成品。
4.如权利要求3所述的卷到卷工艺过程中采用锂箔带制造的锂离子负电极的方法，其特征在于，所述制造过程中必须在温度和湿度控制的洁净干燥室进行。
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