CN109686915A - 锂离子电池正极片及制备方法、锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池正极片及制备方法、锂离子电池。制备锂离子电池正极片的方法包括：提供铝箔以及浆料；在所述铝箔的正反面涂覆所述浆料并烘烤；对所述铝箔未涂覆所述浆料的区域进行微波处理；以及对所述铝箔涂覆所述浆料的区域进行热压处理，以获得所述正极片。本发明所述的方法在使正极片具有较高压实密度的同时，可以避免传统制片方法因边缘压实过大导致的箔材褶皱、压坏问题，使得生产出的正极片兼顾较高的压实密度以及良好的使用性能。

Description

锂离子电池正极片及制备方法、锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池正极片及制备方法、锂离子电池。
背景技术
锂离子动力电池由正极片、负极片、隔膜、电解液、结构件等构成，其中，正极片以及负极片为锂离子电池的核心结构。锂离子电池内的电芯由正负极片及隔膜通过叠片或卷绕组成，隔膜将正负极片隔离，同时正负极片和隔膜微孔用于保持电解液。电芯及电解液都是放入电池壳内，用来保证锂离子电池在密闭的环境下进行充放电。
对锂离子电池的展望：到2020年动力电池单体能量密度要大于300Wh/kg，系统能量密度争取达到260Wh/kg。为了满足动力电池能量密度的要求，可以通过提高正极片的压实密度来提高动力电池的能量密度。然而发明人发现，过高的压实密度容易造成正极片在辊压过程中发生极卷断带以及箔材褶皱等问题，虽然正极片获得较高的压实密度，然而箔材褶皱等问题导致生产出的正极片无法使用，造成无法正常生产。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种制备锂离子电池正极片的方法，该方法在使正极片具有较高压实密度的同时，可以避免传统制片方法因边缘压实过大导致的箔材褶皱、压坏问题，使得生产出的正极片兼顾较高的压实密度以及良好的使用性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种制备锂离子电池正极片的方法，所述方法包括：提供铝箔以及浆料；在所述铝箔的正反面涂覆所述浆料并烘烤；对所述铝箔未涂覆所述浆料的区域进行微波处理；以及对所述铝箔涂覆所述浆料的区域进行热压处理，以获得所述正极片。
进一步地，所述铝箔的厚度为10-20μm。
进一步地，所述微波处理的频率为433-5800MHz。
进一步地，所述微波处理的时间为1-50s。
进一步地，所述热压处理的温度为40-130℃。
进一步地，所述铝箔涂覆所述浆料的区域经所述烘烤后的厚度为30-300μm，所述铝箔涂覆所述浆料的区域经所述热压处理后的厚度为30-250μm。
进一步地，所述浆料包括溶质以及溶剂，所述溶质包括正极活性物质、导电剂以及粘结剂，所述浆料中所述溶质的质量百分比为50-80％。
进一步地，所述正极活性物质包括NCM523、NCM622、NCM811以及NCA的至少之一，所述溶质中所述正极活性物质的质量百分比为90-98％；任选的，所述导电剂包括导电炭黑、导电石墨、科琴黑、碳纳米管以及碳纤维的至少之一，所述溶质中所述导电剂的质量百分比为0.5-5％；任选的，所述粘结剂包括PVDF6020、PVDF6030、PVDF900以及PVDF5130的至少之一，所述溶质中所述粘结剂的质量百分比为0.5-5％。
相对于现有技术，本发明所述的制备锂离子电池正极片的方法具有以下优势：
本发明所述的方法通过微波处理软化铝箔未涂覆浆料的区域，提升铝箔未涂覆浆料区域的延展性，在压实过程中防止未涂覆浆料区域的铝箔因涂覆浆料区域的铝箔延伸而发生褶皱、压坏等问题，并且通过热压处理对浆料中的粘结剂进行软化，提高正极片的柔韧性，使得正极片获得较高的压实密度，使得最终获得的正极片能够兼顾较高的压实密度以及良好的使用性能。
本发明的另一目的在于提出一种锂离子电池正极片，该锂离子电池正极片是通过前面描述的方法制备的，由此，该锂离子电池正极片具有前面描述的方法制备的正极片的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该锂离子电池正极片能够兼顾较高的压实密度以及良好的使用性能。
本发明的另一目的在于提出一种锂离子电池，该锂离子电池包括前面描述的正极片，由此，该锂离子电池具有前面描述的正极片的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该锂离子电池具有较高的能量密度以及良好的使用性能。
附图说明
构成本发明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为本发明实施例所述的制备锂离子电池正极片方法的流程示意图；
图2为实施例1制备的正极片照片；以及
图3为对比例1制备的正极片照片。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明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。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备锂离子电池正极片的方法。如前所述，目前可以通过提高正极片的压实密度，来提高锂离子电池的能量密度，然而过高的压实密度容易导致正极片箔材发生褶皱、压坏等问题，造成正极片无法使用，影响正极片压实密度的提高。
根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：
S100：提供铝箔以及浆料
根据本发明的实施例，在该步骤中，提供铝箔以及浆料。根据本发明的实施例，铝箔的厚度可以为10-20μm。厚度较薄的铝箔在压实过程中更易发生褶皱，利用该方法可以有效避免较薄铝箔的褶皱问题，使得最终获得的正极片兼顾较高的压实密度以及良好的使用性能。
根据本发明的实施例，浆料包括溶质以及溶剂，溶质可以包括正极活性物质、导电剂以及粘结剂，浆料可以是通过以下步骤得到的：
首先，将溶剂与粘结剂进行混合并搅拌，搅拌形成澄清溶液。随后，将导电剂加入上述澄清溶液中进行分散，获得分散均匀的溶液。随后，将正极活性物质加入上述溶液中并搅拌。最后，利用溶剂调节粘度，以获得浆料。
根据本发明的实施例，粘结剂可以包括聚偏四氟乙烯(PVDF)，进一步地，粘结剂可以包括PVDF6020、PVDF6030、PVDF900以及PVDF5130的至少之一。上述粘结剂的柔软性较好，由此，有利于获得压实密度较高的正极片。根据本发明的实施例，溶质中粘结剂的质量百分比可以为0.5-5％。由此，可以保证有足够的粘结剂粘结正极活性物质，并保证后续步骤涂覆在铝箔上的浆料能够很好的粘结在铝箔上。
根据本发明的实施例，正极活性物质可以为三元正极材料，具体的为镍钴锰酸锂，包括NCM523、NCM622、NCM811以及NCA的至少之一。上述正极活性物质具有较高的克容量，由此，可以使得应用该正极片的锂离子电池具有较高的容量，从而使得该锂离子电池具有较高的能量密度。根据本发明的实施例，溶质中正极活性物质的质量百分比可以为90-98％。由此，可以使得应用该正极片的锂离子电池具有较高的能量密度。
根据本发明的实施例，正极活性物质使用的量较大，在制备浆料的过程中，可以分多次将正极活性物质加入到分散有导电剂的溶液中，以提高溶液的分散性。
根据本发明的实施例，导电剂可以包括导电炭黑(SP)、导电石墨(KS-6)、科琴黑(ECP)、碳纳米管(CNT)以及碳纤维(VGCF)的至少之一。由此，利用上述导电剂可以使得浆料具有良好的导电性，进而使得最终获得的正极片具有良好的导电性。根据本发明的实施例，溶质中导电剂的质量百分比可以为0.5-5％。由此，可以使得最终获得的正极片具有良好的导电性。
关于溶剂的具体种类不受特别限制，只要能够溶解粘结剂，并分散导电剂以及正极活性物质，获得满足上述条件的浆料即可，本领域技术人员可以根据具体情况进行选择。例如，根据本发明的实施例，溶剂可以为N-甲基吡咯烷酮溶剂(NMP)。根据本发明的实施例，在制备浆料的过程中，可以利用溶剂调节粘度，获得具有合适粘度的浆料，其中，浆料的粘度可以为3000-20000mPa·S，由此，可以获得具有合适粘度的浆料，便于后续步骤将上述浆料涂覆到铝箔上。
根据本发明的实施例，浆料中溶质的质量百分比可以为50-80％。由此，便于将浆料涂覆在铝箔上，且可以使最终获得的正极片具有良好的性能。
S200：在铝箔的正反面涂覆浆料并烘烤
根据本发明的实施例，在该步骤中，在铝箔的正反面涂覆浆料并烘烤。根据本发明的实施例，铝箔上涂覆浆料的区域为极片区域，未涂覆浆料的区域为极耳区域，其中，极片区域可以位于极耳区域的中间，也即是说，极片区域的两侧是极耳区域。由此，可以实现正极片的使用。
根据本发明的实施例，在铝箔的正反面涂覆浆料后，对浆料进行烘烤，以去除浆料中的溶剂，获得柔韧性较好的极卷。根据本发明的实施例，烘烤的温度可以为60-130℃。由此，便于将浆料中的溶剂去除掉。根据本发明的实施例，烘烤后铝箔极片区域的厚度可以为30-300μm。由此，铝箔极片区域具有足够的浆料，以保证最终获得的正极片的使用功能。
S300：对铝箔未涂覆浆料的区域进行微波处理
根据本发明的实施例，在该步骤中，对铝箔未涂覆浆料的区域进行微波处理。根据本发明的实施例，对铝箔的极耳区域进行微波处理，以使极耳区域的铝箔软化，提高极耳区域铝箔的延展性。本领域技术人员能够理解的是，现有技术在对极片区域进行高压实密度的辊压时，被浆料覆盖的铝箔在压力的作用下会向四周延伸，极耳区域的铝箔在受到极片区域铝箔延伸的推力后，由于极耳区域铝箔的延展性较差，从而会发生极耳褶皱、压坏等问题。根据本发明的实施例，极耳区域的铝箔经微波处理后具有良好的延展性，从而在后续步骤中对极片区域进行热压处理时，极耳区域的铝箔在极片区域铝箔延伸的推力下也会向四周延伸，从而可以避免压实密度过高导致的极耳褶皱、压坏等问题。
根据本发明的实施例，微波处理的频率可以为433-5800MHz。由此，可以实现对极耳区域铝箔的软化。具体的，微波处理的频率可以为800MHz、1000MHz、1500MHz、2000MHz、3000MHz、4000MHz。根据本发明的实施例，微波处理的时间可以为1-50s。由此，可以保证极耳区域的铝箔经微波处理后具有良好的软化效果，使极耳区域的铝箔具有良好的延展性。根据本发明的实施例，微波处理的时间与铝箔的厚度相关，当铝箔的厚度较厚时，可以加长微波处理的时间，当铝箔的厚度较薄时，可以缩短微波处理的时间，保证极耳区域的铝箔经微波处理后具有良好的延展性。
S400：对铝箔涂覆浆料的区域进行热压处理，以获得正极片
根据本发明的实施例，在该步骤中，对铝箔涂覆浆料的区域进行热压处理，以获得正极片。根据本发明的实施例，对极片区域进行热压处理，利用热压处理软化浆料中的粘结剂，提高正极片的柔韧性，经压实后可以获得具有较高压实密度的正极片。
根据本发明的实施例，热压处理的温度可以为40-130℃。由此，可以将浆料中的粘结剂软化，使得正极片具有良好的柔韧性，获得较高的压实密度。根据本发明的实施例，烘烤后铝箔极片区域的厚度为30-300μm，极片区域在经热压处理后的厚度为30-250μm，实现对极片区域的压实。根据本发明的实施例，极片区域经热压处理后的压实密度可以达到3.7-3.9g/cm3。由此，利用该方法获得的正极片具有较高的压实密度。
综上，该方法首先将正极活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂通过搅拌配成浆料，随后将浆料均匀的涂覆在铝箔上，随后利用微波处理对极耳区域进行软化，随后利用热压处理压实极片区域，以获得正极片。利用微波处理对极耳区域的铝箔进行软化，可以避免在热压过程中极耳区域的铝箔发生褶皱、压坏等问题，利用热压处理对极片区域的粘结剂进行软化，可以获得具有高压实密度的正极片，也即是说，利用该方法获得的正极片可以兼顾较高的压实密度以及良好的使用性能。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种锂离子电池正极片。根据本发明的实施例，该锂离子电池正极片是利用前面描述的方法制备的，由此，该锂离子电池正极片具有前面描述的方法制备的正极片的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该锂离子电池正极片能够兼顾较高的压实密度以及良好的使用性能。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种锂离子电池。根据本发明的实施例，该锂离子电池包括前面描述的正极片，由此，该锂离子电池具有前面描述的正极片的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该锂离子电池具有较高的能量密度以及良好的使用性能。
下面通过具体的实施例对本发明的方案进行说明，需要说明的是，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
(1)制备浆料。首先，按NCM811:SP:VGCF:PVDF900＝93:1.5:1:4.5，分别称取NCM811、SP、VGCF以及PVDF900。随后，在30L匀浆机中将PVDF900与N-甲基吡咯烷酮溶剂进行混合，并搅拌至PVDF900完全溶解。随后，依次在上述溶液中加入VGCF、SP以及NCM811，并分散均匀。其中，NCM811分两次加入。随后，在分散均匀的溶液中加入N-甲基吡咯烷酮溶剂调节粘度，将粘度调节至7000mPa·S，浆料中溶质的质量百分比为70％。
(2)涂覆浆料并烘烤。首先，利用挤压式涂布机将制备好的浆料涂覆在厚度为20μm的铝箔的正反面上，且浆料位于铝箔的中间区域，即极片区域，铝箔上未涂覆浆料的区域为极耳区域，涂覆的浆料的面密度为20mg/cm2。随后，将涂覆有浆料的铝箔放入烘烤箱中进行烘烤，以去除N-甲基吡咯烷酮溶剂，烘烤的温度为120℃，烘烤后极片区域的厚度为102μm，获得柔韧性较好的极卷。
(3)微波处理以及热压处理。首先，将制备好的极卷放在微波设备中，对极耳区域的铝箔进行微波处理，微波处理的频率为2450MHz，微波处理的时间为10s。随后，利用热压机对极片区域进行热压处理，热压处理的温度为110℃，热压处理后极片区域的厚度为72μm，获得压实密度为3.8g/cm3的正极片，且经热压处理后的极耳区域的铝箔褶皱不明显(如图2所示)。
对比例1
本对比例的制备过程同实施例1，所不同的是未对极耳区域的铝箔进行微波处理，最终获得的正极片的压实密度为3.8g/cm3，极耳区域的铝箔经热压处理后产生大量褶皱(如图3所示)。
通过对比，在热压处理前预先对极耳区域的铝箔进行微波处理，可以有效避免极耳区域在热压处理过程中发生褶皱，由此，可以获得兼顾较高压实密度以及良好使用性能的正极片。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种制备锂离子电池正极片的方法，其特征在于，所述方法包括：
提供铝箔以及浆料；
在所述铝箔的正反面涂覆所述浆料并烘烤；
对所述铝箔未涂覆所述浆料的区域进行微波处理；以及
对所述铝箔涂覆所述浆料的区域进行热压处理，以获得所述正极片。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铝箔的厚度为10-20μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微波处理的频率为433-5800MHz。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微波处理的时间为1-50s。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热压处理的温度为40-130℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铝箔涂覆所述浆料的区域经所述烘烤后的厚度为30-300μm，所述铝箔涂覆所述浆料的区域经所述热压处理后的厚度为30-250μm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浆料包括溶质以及溶剂，所述溶质包括正极活性物质、导电剂以及粘结剂，所述浆料中所述溶质的质量百分比为50-80％。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述正极活性物质包括NCM523、NCM622、NCM811以及NCA的至少之一，所述溶质中所述正极活性物质的质量百分比为90-98％；
任选的，所述导电剂包括导电炭黑、导电石墨、科琴黑、碳纳米管以及碳纤维的至少之一，所述溶质中所述导电剂的质量百分比为0.5-5％；
任选的，所述粘结剂包括PVDF6020、PVDF6030、PVDF900以及PVDF5130的至少之一，所述溶质中所述粘结剂的质量百分比为0.5-5％。
9.一种锂离子电池正极片，其特征在于，是由权利要求1-8任一项所述的方法制备的。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求9所述的正极片。
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