CN109768223A - 一种卷绕式锂离子电池负极极片的制备方法 - Google Patents

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杨梢
张天赐
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Abstract

本发明专利属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种卷绕式锂离子电池负极极片的制备方法，所述卷绕式锂离子电池负极极片由活性材料浆料涂覆于负极集流体上后经干燥、辊压、分切制备而成，涂覆于负极集流体上的活性材料浆料干燥后形成活性材料层，所述活性材料浆料按重量百分比，包括硅碳复合材料96.5％、炭黑1％、碳纤维混合导电剂0.5％、丁苯橡胶1％和羧甲基纤维素钠1％；所述活性材料层的表面开设有负极极片宽度方向的凹槽。本发明通过在卷绕式锂离子电池负极极片上设置凹槽，具有易于成型、为电解液浸润提供了更多的空间与通道，延长锂离子电池的使用寿命的优点。

Description

一种卷绕式锂离子电池负极极片的制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种卷绕式锂离子电池负极极片的制备方法。
背景技术
锂离子电池因能量密度高、平均开路电压高、无记忆效应、自放电小和循环寿命长等优点已广泛应用于移动电源、便携式电器以及汽车领域。卷绕式锂离子电池，以其自动化程度高、工艺成熟，稳定而长期被应用，但采用卷绕方式制成的电芯，内部存在应力，难以释放，使得电芯容易变形，卷绕裸电芯良品率低。此外，锂离子电池在长期的充放电过程，伴随着锂离子的嵌入和脱出，导致电池内部应力集中而加剧变形，使电池内部材料接触界面不良，从而降低锂离子电池的使用寿命，严重情况下，还会产生析锂等安全隐患。
石墨材料是目前应用最为广泛的负极材料之一，其理论比容量约为372m·Ah/g，其制备成的电池在充放电过程中会存在至少30％的体积膨胀。随着锂离子电池朝向更高容量、更长的循环稳定的发展，更高比能量的硅碳负极材料被开发、应用。硅负极具有低放电电位、高充电容量(理论4200m·Ah/g)，有望成为下一代高能量密度锂离子电池负极材料。然而，不管是现在广泛使用的石墨负极还是比容量更高的硅基负电极(锂离子嵌入/脱出过程的体积膨胀300％以上，材料颗粒的破碎、粉化以及活性物质与导电剂接触差引起电化学性能失效)，在多次充放电过程中普遍存在膨胀问题，而加剧卷绕电池极片变形，导致极片接触界面不均匀，而使电池循环寿命大大衰减。
发明内容
为了解决以上问题，本发明的目的在于提供一种卷绕式锂离子电池负极极片的制备方法，该方法制备得到的负极能够改善锂离子电池卷的形变引起的界面接触不良与提高电池注液量、浸润性的问题，提升电池循环使用寿命。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：卷绕式锂离子电池负极极片的制备方法，卷绕式锂离子电池负极极片由活性材料浆料涂覆于负极集流体后经干燥、辊压、分切制备而成，涂覆于负极集流体上的活性材料浆料干燥后形成活性材料层，所述活性材料浆料按重量百分比，包括硅碳复合材料96.5％、炭黑1％、碳纤维混合导电剂0.5％、丁苯橡胶1％和羧甲基纤维素钠1％；所述活性材料层的表面开设有沿负极极片宽度方向的凹槽。
本发明较好的技术方案为：所述凹槽包括直线状凹槽和弯曲状凹槽，位于所述卷绕式锂离子电池负极极片弯曲部位的活性材料层的凹槽为直线状凹槽，位于所述卷绕式锂离子电池负极极片非弯曲部位的活性材料层的凹槽为弯曲状凹槽。凹槽为电芯的电解液浸润提供了更多的空间与通道，能够提高电池性能。
本发明更好的技术方案为：所述的凹槽的长度为负极极片宽度的80％～100％且位于负极极片宽度方向的居中位置，且所述凹槽的宽度为0.1mm～5mm，且所述凹槽的深度为活性材料层厚度的50％～85％。
本发明所涉及一种卷绕式锂离子电池负极极片的制备方法，具有以下优点：
(1)本发明利用在负极极片活性材料层表面构筑凹槽，以释放卷绕过程中的应力，提升卷绕电芯电极材料之间的贴合度，改善锂离子电池循环过程中界面接触不良问题，降低析锂风险。
(2)利用脉冲激光蚀刻技术能够高效、精确控制负极极片活性涂层表面凹槽的长度、宽度、深度，可根据卷绕电芯的尺寸进行灵活调整，以保证裸电芯层之间的最佳贴合度。
(3)负极极片的活性材料层表面开设直线状凹槽与弯曲状凹槽，尽可能地为电解液浸润提供的空间与通道，且不影响锂离子电池的容量发挥，还能够提升电池的循环性能。
附图说明
图1为本发明卷绕式锂离子电池负极极片的示意图；
图2为图1中I部分的剖面放大图；
图3为图1中II部分的剖面放大图；
图4a为对比例1得到的负极极片的界面图；
图4b为实施例1得到的负极极片的界面图；
图中：1直线状凹槽，2弯曲状凹槽，3活性材料层，4负极集流体，5弯曲部位，6非弯曲部位。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。采用三元高镍Li[Ni0.75Co0.1Mn0.15]O2正极、硅碳复合负极组成的全电池体系。
实施例：
按重量百分比，配制活性材料浆料，硅碳复合材料96.5％、炭黑(SP)1％和碳纤维(VGCF)0.5％作为导电剂、丁苯橡胶(SBR)1％作为粘接剂、羧甲基纤维素钠(CMC)1％作为增稠剂；将上述材料溶于溶剂中后低速搅拌形成活性材料浆料，将活性材料浆料涂覆于负极集流体4的上表面和下表面上，涂覆于负极集流体4上的活性材料浆料干燥后形成活性材料层3，然后经辊压、分切工序后制成负极极片，最后通过激光蚀刻技术在活性材料层3的表面开设凹槽，结合图1、图2、图3和图4b所示，在负极极片的弯曲部位5开设直线状凹槽1，在负极极片的非弯曲部位6开设弯曲状凹槽2，活性材料层3的厚度为61μm，开设的直线状凹槽1和弯曲状凹槽2的深度为36μm，宽度为0.15mm，长度为45mm，长度位于负极极片宽度居中位置。最后将本实施例得到的负极极片与陶瓷隔离膜、三元高镍正极极片经过卷绕、装配、注液、化成等工序组装成软包电池。
对比例：与上述实施例不同之处是，不做凹槽处理。其余按照实施例步骤执行。
实施例与对比例制成电池，以0.2C进行充放电，经过800循环后对比电池极片外观：结合图4a和4b所示，无凹槽结构的电池，拆解后负极嵌锂极片褶皱、电极之间界面接触变差，而有凹槽结构的电池，拆解后负极嵌锂极片表面微凹槽结构变得不清晰，同时极片表面平整，界面贴合良好。

Claims (7)

1.一种卷绕式锂离子电池负极极片的制备方法，所述卷绕式锂离子电池负极极片由活性材料浆料涂覆于负极集流体(4)后经干燥、辊压、分切制备而成，涂覆于负极集流体(4)上的活性材料浆料干燥后形成活性材料层(3)，其特征在于，所述活性材料浆料按重量百分比，包括硅碳复合材料96.5％、炭黑1％、碳纤维混合导电剂0.5％、丁苯橡胶1％和羧甲基纤维素钠1％；所述活性材料层(3)的表面开设有沿负极极片宽度方向的凹槽。
2.根据权利要求1所述的卷绕式锂离子电池负极极片的制备方法，其特征在于，所述凹槽包括直线状凹槽(1)和弯曲状凹槽(2)。
3.根据权利要求2所述的卷绕式锂离子电池负极极片的制备方法，其特征在于，位于所述卷绕式锂离子电池负极极片弯曲部位(5)活性材料层的凹槽为直线状凹槽(1)，位于所述卷绕式锂离子电池负极极片非弯曲部位(6)活性材料层的凹槽为弯曲状凹槽(2)。
4.根据权利要求2或3所述的卷绕式锂离子电池负极极片的制备方法，其特征在于，所述的凹槽的长度为负极极片宽度的80％～100％且位于负极极片宽度方向的居中位置。
5.根据权利要求2或3所述的卷绕式锂离子电池负极极片的制备方法，其特征在于，所述凹槽的宽度为0.1mm～5mm。
6.根据权利要求2或3所述的卷绕式锂离子电池负极极片的制备方法，其特征在于，所述凹槽的深度为活性材料层(3)厚度的50％～85％。
7.根据权利要求1所述的卷绕式锂离子电池负极极片的制备方法，其特征在于，所述凹槽是通过脉冲激光蚀刻而成。
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