CN109718999B - 一种锂离子电池极片的制备方法及锂离子电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子电池极片的制备方法及锂离子电池的制备方法。该锂离子电池极片的制备方法包括：根据极片的设计参数，确定涂布时涂布头垫片的理论开口尺寸和理论倒角尺寸，双面涂布时，第一涂布头垫片的开口尺寸与所述理论开口尺寸一致，倒角尺寸与所述理论倒角尺寸一致，第二涂布头垫片的开口尺寸小于所述理论开口尺寸。本发明提供的锂离子电池极片的制备方法，通过对第二涂布头的开口尺寸进行调整，对第二面涂布时的不均衡涂布条件进行补偿，有效改善第二面涂布时的边缘削薄效果，进而避免辊压时涂覆区的边缘区域过压掉料；该方法可提高削薄区N/P比，提高极片的一致性，提高产品质量并降低生产成本。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池的制备领域，具体涉及一种锂离子电池极片的制备方法及锂离子电池的制备方法。
背景技术
锂离子电池因具有工作电压高、能量密度高、体积小、容量大、循环寿命长、无记忆效应等优点，被广泛应用于消费电子、动力电池等领域。极片的涂布是锂离子电池生产的重要工序，极片涂布质量也将直接决定极片及电池的性能表现。
目前，电池极片的制备多采用双面涂布法，如公告号为CN201108882Y的中国专利公开了一种电池极片双面涂布机，这种双面涂布机有上下两层烘干箱，从开卷机上伸展出的基材先经第一涂布头涂布一面，然后经下层烘干机烘干，再经第二涂布头涂布基材另一面，之后经上层烘干机烘干，最后缠绕到收卷机上，完成极片基材的双面涂布。
涂布头的典型结构可参见公布号为CN106216171A的中国专利申请涉及的相关内容，其包括上模头、下模头和模头垫片，一般通过控制模头垫片上分流口尺寸和倒角尺寸来控制涂宽尺寸和改变浆料流动方向，进而使沿涂布方向延伸的涂布带形成厚度均匀的中部涂布区和位于中部涂布区两侧的厚度削薄的削薄区。削薄区的设置可避免边缘涂覆区过厚而导致的后续辊压时，在涂宽方向上的压实不一致，进而有利于提高极片质量。
利用现有的双面涂布方法，经常会出现涂布时一面辊压合格，另一面辊压时存在边缘区域过压掉料现象。极片过压位置的活性物质颗粒易出现破碎，活性物质颗粒间接触紧密，在电芯充放电过程中，电子导电性增强，但是离子移动通道减小或堵塞，不利于容量发挥，放电过程中极化增大，电压下降，容量减少。同时，过压后影响电解液的浸润效果，对电芯的性能和电池一致性也有很大的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池极片的制备方法，以解决现有涂布方法经常出现的一面辊压合格，另一面辊压时容易出现边缘区域过压掉料的问题。
本发明的第二个目的在于提供一种锂离子电池的制备方法，以解决现有方法制备的电池容易出现边缘过压的问题。
为实现上述目的，本发明的锂离子电池极片的制备方法的技术方案是：
一种锂离子电池极片的制备方法，包括以下步骤：
配制电极材料浆液，利用第一涂布头对集流体的第一面进行涂布，涂布后干燥，干燥后在集流体的第一面上形成第一涂布带，涂布有第一涂布带的集流体穿过第二涂布头和背辊之间的间隙，集流体上的第一涂布带与背辊接触并绕过背辊向收卷方向行进，由第二涂布头对集流体的第二面进行涂布，涂布后干燥，干燥后在集流体的第二面上形成第二涂布带，完成双面涂布；
根据极片的设计参数，确定涂布时涂布头垫片的理论开口尺寸和理论倒角尺寸，双面涂布时，第一涂布头垫片的开口尺寸与所述理论开口尺寸一致，倒角尺寸与所述理论倒角尺寸一致，第二涂布头垫片的开口尺寸小于所述理论开口尺寸。
双面涂布时，由于第一面涂布的边缘削薄效果，进行第二面涂布时，第一涂布带与背辊紧密接触，造成第二涂布头与集流体的第二面在涂宽方向上的间隙不均等，即中部区域间隙正常、两侧边缘区域间隙偏大，传统双面涂布的第一涂布头、第二涂布头采用相同规格的垫片，在上述间隙不均等条件下，涂布时经常出现第二面涂布的涂覆区的边缘位置过厚，进而导致过压掉料现象。在生产实践中，这种过压掉料现象在负极片制备时非常突出，正极片制备时，虽因浆料流动性等因素有所减少，但仍存在一定程度的过压掉料现象。
本发明提供的锂离子电池极片的制备方法，通过对第二涂布头的开口尺寸进行调整，对第二面涂布时的不均衡涂布条件进行补偿，有效改善第二面涂布时的边缘削薄效果，进而避免辊压时涂覆区的边缘区域过压掉料；该方法可提高极片的一致性，提高产品质量并降低生产成本。
为进一步提高对第二面的边缘削薄效果，优选的，第二涂布头垫片的倒角角度小于第一涂布头垫片的倒角角度。
本发明的锂离子电池的制备方法的技术方案是：
一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
1)配制负极材料浆液，利用第一涂布头对集流体的第一面进行涂布，涂布后干燥，干燥后在集流体的第一面上形成第一涂布带，涂布有第一涂布带的集流体穿过第二涂布头和背辊之间的间隙，集流体上的第一涂布带与背辊接触并绕过背辊向收卷方向行进，由第二涂布头对集流体的第二面进行涂布，涂布后干燥，干燥后在集流体的第二面上形成第二涂布带，完成双面涂布，得到负极极带，对负极极带进行裁切，得到负极片；
根据负极片的设计参数，确定涂布时涂布头垫片的理论开口尺寸和理论倒角尺寸，双面涂布时，第一涂布头垫片的开口尺寸与所述理论开口尺寸一致，倒角尺寸与所述理论倒角尺寸一致，第二涂布头垫片的开口尺寸小于所述理论开口尺寸；
2)利用步骤1)所得负极片和正极片制备锂离子电池。
本发明提供的锂离子电池的制备方法，通过调整负极片制备时，第二涂布头垫片与第一涂布头垫片不一致，有效避免极片的边缘过压现象，制备一致性程度高的负极片；利用该负极片和正极片制备的锂离子电池的一致性好，有利于提高锂离子电池的产品质量。
为进一步提高对第二面的边缘削薄效果，优选的，步骤1)中，第二涂布头垫片的倒角角度小于第一涂布头垫片的倒角角度。
传统双面涂布方法所得电池极片的削薄区N/P比(负极与正极容量比)较差，不利于电池克容量的发挥，为进一步提高削薄区N/P比，优选的，步骤2)中，采用双面涂布法制备所述正极片，正极片制备时，根据正极片的设计参数，确定涂布时涂布头垫片的理论开口尺寸和理论倒角尺寸，双面涂布时，控制第一涂布头垫片的开口尺寸小于所述理论开口尺寸，倒角尺寸与所述理论倒角尺寸一致；第二涂布头垫片的开口尺寸小于第一涂布头垫片的开口尺寸，倒角角度小于第一涂布头垫片的倒角角度。提高削薄区N/P比可以提高电池容量和容量保持率以及电池安全性能，避免边缘析锂导致的电池短路。
本发明提供的锂离子电池的制备方法，通过调整极片制备时的涂布头垫片开口尺寸和倒角尺寸，在有效避免极片边缘过压掉料现象的同时，可进一步提高削薄区N/P比，从而可以进一步优化锂离子电池的克容量发挥，提高产品质量。
附图说明
图1为本发明的锂离子电池的制备方法实施例中涂布头垫片的结构示意图；
图2为本发明的锂离子电池的制备方法实施例中涂布头垫片上倒角结构的放大图；
图中，1-尾部垫片，2-左侧部垫片，20-第一倒角，3-右侧部垫片，30-第四倒角，4-分流垫片，40-第二倒角，41-第三倒角。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。以下实施例中，双面涂布可利用现有电池极片双面涂布机实现，例如可采用公告号为CN201108882Y的中国专利所记载的电池极片双面涂布机。涂布头及其所用垫片的现有技术可参考公布号为CN106216171A的中国专利申请所涉及的内容。
具体地，涂布头所用垫片的结构示意图如图1所示，包括沿左右方向延伸的尾部垫片1和分别与尾部垫片1两端连接的左侧部垫片2、右侧部垫片3，左、右侧部垫片包括沿前后方向延伸的竖边和设置于竖边前端朝相对方向内翻的横边，左侧部垫片2、右侧部垫片3之间设有一个沿前后方向延伸的分流垫片4，分流垫片4的后端设置于尾部垫片1上，分流垫片4的两侧面分别与对应侧部垫片的对应侧面之间形成垫片分流口，左侧部垫片2的前端设有第一倒角20，分流垫片4朝向左侧部垫片的端部、朝向右侧部垫片3的端部分别设有第二倒角40、第三倒角41，右侧部垫片3的前端设有第四倒角30。
图1中，左侧部垫片的右侧面与分流垫片的左侧面之间的尺寸为垫片的左开口尺寸a，右侧部垫片的左侧面与分流垫片的右侧面之间的尺寸为垫片的右开口尺寸为c，分流垫片的宽度为b。
图2中，第一倒角的规格为H*V，其中H为涂宽方向上的长度，V为涂布方向上的长度。
现有的双面涂布方法，通过第一涂布头、第二涂布头分别完成集流体上第一面、第二面的涂布，第一涂布头垫片、第二涂布头垫片的开口尺寸、倒角尺寸均与设计数值保持一致。本发明主要是通过调整第一涂布头垫片、第二涂布头垫片的相对尺寸关系，来有效避免极片辊压时容易出现的边缘过压掉料现象，并提高削薄区N/P比。
本发明的锂离子电池极片的制备方法的实施例1，以负极片的制备为例，采用以下步骤：
1)将石墨、导电剂SP、增稠剂CMC、粘合剂SBR按质量比95.7:1:1.3:2.0加入去离子水中，于匀浆机中进行匀制，得到性质均一的负极浆料。
2)利用第一涂布头对集流体的第一面进行涂布，涂布后干燥，干燥后在集流体的第一面上形成第一涂布带，之后涂布有第一涂布带的集流体穿过第二涂布头和背辊之间的间隙，集流体上的第一涂布带与背辊接触并绕过背辊向收卷方向行进，由第二涂布头对集流体的第二面进行涂布，涂布后干燥，干燥后在集流体的第二面上形成第二涂布带，完成双面涂布；
根据极片的设计参数，确定涂布时垫片的理论开口尺寸和理论倒角尺寸；则双面涂布时，第一涂布头垫片的开口尺寸和倒角尺寸与理论数值一致，第二涂布头垫片的开口尺寸小于理论数值，其倒角尺寸与理论数值一致。
3)使用精度为0.1mm的菲林尺测量涂布带上位于中部的正常区域和位于正常区域两侧的削薄区域的宽度，使用精度为0.1μm的Mitutoyo日本三丰万分尺测量正常区域和削薄区域的涂布厚度，然后计算正常区域和削薄区域的厚度差值分布以及削薄区N/P比。
本发明的锂离子电池的制备方法的实施例1，采用以下步骤：
1)利用第一涂布头对集流体的第一面进行涂布，涂布后干燥，干燥后在集流体的第一面上形成第一涂布带，之后涂布有第一涂布带的集流体穿过第二涂布头和背辊之间的间隙，集流体上的第一涂布带与背辊接触并绕过背辊向收卷方向行进，由第二涂布头对集流体的第二面进行涂布，涂布后干燥，干燥后在集流体的第二面上形成第二涂布带，完成双面涂布；利用负极浆料进行双面涂布，得到负极极带；利用正极浆料进行双面涂布，得到正极极带；
负极极带制备时，根据负极片的设计参数，确定涂布时负极涂布头垫片的理论开口尺寸和理论倒角尺寸；则双面涂布时，第一涂布头垫片的开口尺寸和倒角尺寸与理论数值一致，第二涂布头垫片的开口尺寸小于理论数值，其倒角尺寸与理论数值一致。
正极极带制备时，根据正极片的设计参数，确定涂布时正极涂布头垫片的理论开口尺寸和理论倒角尺寸；双面涂布时，第一涂布头垫片的开口尺寸和倒角尺寸与理论数值一致，第二涂布头垫片的开口尺寸和倒角尺寸与理论数值一致。
2)对步骤1)所得正极极带、负极极带进行裁切，分别得到正极片、负极片，然后进行锂离子电池的制备。
本发明的锂离子电池的制备方法的实施例2，采用以下步骤：
1)利用第一涂布头对集流体的第一面进行涂布，涂布后干燥，干燥后在集流体的第一面上形成第一涂布带，之后涂布有第一涂布带的集流体穿过第二涂布头和背辊之间的间隙，集流体上的第一涂布带与背辊接触并绕过背辊向收卷方向行进，由第二涂布头对集流体的第二面进行涂布，涂布后干燥，干燥后在集流体的第二面上形成第二涂布带，完成双面涂布；利用负极浆料进行双面涂布，得到负极极带；利用正极浆料进行双面涂布，得到正极极带；
负极极带制备时，根据负极片的设计参数，确定涂布时垫片的理论开口尺寸和理论倒角尺寸；则双面涂布时，第一涂布头垫片的开口尺寸和倒角尺寸与理论数值一致，第二涂布头垫片的开口尺寸小于理论数值，其倒角尺寸与理论数值一致。
正极极带制备时，根据正极片的设计参数，确定涂布时垫片的理论开口尺寸和理论倒角尺寸；则双面涂布时，第一涂布头垫片的开口尺寸小于理论数值，倒角尺寸与理论数值一致；第二涂布头垫片的开口尺寸小于第一涂布头垫片的开口尺寸，倒角尺寸上，涂宽方向上的长度大于理论数值，涂布方向上的长度小于理论数值(即倒角角度小于理论数值)。
2)对步骤1)所得正极极带、负极极带进行裁切，分别得到正极片、负极片，然后进行锂离子电池的制备。
对比例1
对比例的锂离子电池极片的制备方法，与实施例1的双面涂布方法基本相同，针对相同规格的负极片，第一涂布头、第二涂布头垫片的开口尺寸、倒角尺寸均与理论数值保持一致。
对比例2
对比例的锂离子电池的制备方法，与实施例1的锂离子电池制备方法基本相同，负极片、正极片制备时，第一涂布头、第二涂布头垫片的开口尺寸、倒角尺寸均与理论数值保持一致。
实施例1、对比例1的电池极片的制备方法涉及的垫片尺寸如表1所示。
表1实施例1、对比例1的电池极片的制备方法涉及的垫片尺寸
实施例1、对比例1的电池极片的制备方法得到的极片涂覆区正常区域和削薄区域厚度差值及极片辊压状况如表2和表3所示。
表2对比例1的双面涂布方法的削薄区域厚度分布及辊压掉料情况
表3实施例1的双面涂布方法的削薄区域厚度分布及辊压掉料情况
由于第一涂布带在涂宽方向上的厚度有差异，第一涂布带绕过背辊后，第二涂布头的涂布口与集流体的第二面之间的间隙不均，由表2和表3的结果可知，实施例采用减小第二涂布头开口尺寸的方式，对不均间隙进行补偿，避免了负极片第二面边缘辊压存在的过压掉料现象。
对比例2和实施例的锂离子电池制备方法中，垫片尺寸统计如表4所示。
表4对比例2和实施例的锂离子电池制备方法涉及的垫片尺寸
对比例2的锂离子电池制备方法、实施例的锂离子电池制备方法的削薄区域厚度分布及N/P比情况，如表5-表10所示。其中N/P比＝单位面积负极容量/单位面积正极容量＝(负极面密度*负极活性物质比例*负极活性物质克容量)/(正极面密度*正极活性物质比例*正极活性物质克容量)。
表5对比例2实测涂覆区第一面正常区域和削薄区域厚度差值及N/P比
表6对比例2实测涂覆区第二面正常区域和削薄区域厚度差值及N/P比
表7实施例1实测涂覆区第一面正常区域和削薄区域厚度差值及N/P比
表8实施例1实测涂覆区第二面正常区域和削薄区域厚度差值及N/P比
表9实施例2实测涂覆区第一面正常区域和削薄区域厚度差值及N/P比
表10实施例2实测涂覆区第二面正常区域和削薄区域厚度差值及N/P比
由表5-表10的试验结果可知，制备负极片时，控制第二涂布头垫片的开口尺寸小于理论值，可避免辊压时边缘过压掉料，提高极片成品率；进一步的，制备正极片时，控制第一涂布头垫片的开口尺寸小于理论值，第二涂布头垫片的开口尺寸小于第一涂布头垫片的开口尺寸，减小第二涂布头垫片的倒角角度，可提高削薄区N/P比，进而有利于锂离子电池克容量性能的发挥。
Claims (5)
1.一种锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
配制电极材料浆液，利用第一涂布头对集流体的第一面进行涂布，涂布后干燥，干燥后在集流体的第一面上形成第一涂布带，涂布有第一涂布带的集流体穿过第二涂布头和背辊之间的间隙，集流体上的第一涂布带与背辊接触并绕过背辊向收卷方向行进，由第二涂布头对集流体的第二面进行涂布，涂布后干燥，干燥后在集流体的第二面上形成第二涂布带，完成双面涂布；
根据极片的设计参数，确定涂布时涂布头垫片的理论开口尺寸和理论倒角尺寸，涂布头垫片的浆液出口两侧边设置有倒角，双面涂布时，第一涂布头垫片的开口尺寸与所述理论开口尺寸一致，第一涂布头垫片的倒角尺寸与所述理论倒角尺寸一致，第二涂布头垫片的开口尺寸小于所述理论开口尺寸。
2.如权利要求1所述的锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，第二涂布头垫片的倒角角度小于第一涂布头垫片的倒角角度。
3.一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)配制负极材料浆液，利用第一涂布头对集流体的第一面进行涂布，涂布后干燥，干燥后在集流体的第一面上形成第一涂布带，涂布有第一涂布带的集流体穿过第二涂布头和背辊之间的间隙，集流体上的第一涂布带与背辊接触并绕过背辊向收卷方向行进，由第二涂布头对集流体的第二面进行涂布，涂布后干燥，干燥后在集流体的第二面上形成第二涂布带，完成双面涂布，得到负极极带，对负极极带进行裁切，得到负极片；
根据负极片的设计参数，确定涂布时涂布头垫片的理论开口尺寸和理论倒角尺寸，涂布头垫片的浆液出口两侧边设置有倒角，双面涂布时，第一涂布头垫片的开口尺寸与所述理论开口尺寸一致，第一涂布头垫片的倒角尺寸与所述理论倒角尺寸一致，第二涂布头垫片的开口尺寸小于所述理论开口尺寸；
2)利用正极片和步骤1)所得负极片制备锂离子电池。
4.如权利要求3所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤1)中，第二涂布头垫片的倒角角度小于第一涂布头垫片的倒角角度。
5.如权利要求3或4所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤2)中，采用双面涂布法制备所述正极片，正极片制备时，根据正极片的设计参数，确定涂布时涂布头垫片的理论开口尺寸和理论倒角尺寸，双面涂布时，控制第一涂布头垫片的开口尺寸小于所述理论开口尺寸，倒角尺寸与所述理论倒角尺寸一致；第二涂布头垫片的开口尺寸小于第一涂布头垫片的开口尺寸，倒角角度小于第一涂布头垫片的倒角角度。
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Effective date of registration: 20220105 Address after: No.1 Jiangdong Avenue, Jintan District, Changzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Zhongchuangxin Aviation Technology Co.,Ltd. Address before: No.66, Binhe North Road, high tech Development Zone, Luoyang City, Henan Province Patentee before: CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY Co.,Ltd. |
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