CN110034298A - 一种电池浆料、动力电池及其处理方法 - Google Patents

一种电池浆料、动力电池及其处理方法 Download PDF

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简政重
吴小燕
刘梅
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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，具体公开了一种电池浆料、动力电池及其处理方法，该方案是通过在锂离子动力电池匀浆搅拌工序中加入温度冲击、超声波震荡、电磁波加热等工序，一方面可以加速匀浆搅拌的过程，使得浆料更加均匀，缩短匀浆的时间，提高了生产效率，另一方面同时提高了电池的性能，降低了电池的内阻，改善了电池的循环，该法操作简单易懂，方便快捷，适用于大规模生产过程。

Description

一种电池浆料、动力电池及其处理方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种电池浆料、动力电池及其处理方法。
背景技术
锂离子电池由于具有比能量高、循环使用次数多、存储时间长等优点，其不仅在便携式电子设备上如移动电话、数码摄像机和手提电脑得到广泛应用，而且也广泛应用于电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备。
随着锂电行业的发展，人们对电动车行业的兴趣逐渐升温，随之而来的是人们对锂离子电池性能、规模化生产的关注。而匀浆过程作为锂离子动力电池的重要工序，也越来越受到人们的关注，匀浆过程的好坏将直接影响着锂离子电池的性能。而现有锂离子动力电池的匀浆过程一般持续8-20h，同时在匀浆过程中浆料中的活性材料有可能发生团聚，从而影响电池的最终性能。所以，怎样缩短匀浆工序的时长，提高生产效率，提高电池性能，是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例为了有效解决现有技术中存在的问题，创造性地提供一种电池浆料、动力电池及其处理方法。
本发明实施例提供一种电池浆料处理方法，包括：在电池浆料匀浆过程中加入温度冲击、超声振荡、电磁加热中的两种或者两种以上的工序。
优选的，所述温度冲击处理的温度为30℃-100℃，时间为10-350min。
优选的，所述超声振荡处理的频率为20KHz-100KHz，时间为10-350min。
优选的，所述电磁加热处理的频率为1-10KHz，时间为5-350min。
本发明另外提供一种电池浆料，包括：正极或负极活性物质材料、导电剂、粘合剂；正极活性物质材料、导电剂、粘合剂的质量配比为(94-96)：(1-3)：(2-4)；负极活性物质材料、导电剂、粘合剂的质量配比为(92-96)：(1-5)：(2-4)。
优选的，所述导电剂为N-甲基吡咯烷酮和离子水的其中一种或多种。
优选的，所述粘合剂为聚偏氟乙烯、丁苯橡胶的其中一种或多种。
优选的，所述正极活性物质材料为锂离子化合物的其中一种或多种。
优选的，所述负极活性物质材料为碳单质的其中一种或多种。
本发明实施例另一方面提供一种锂离子动力电池，包括电池浆料。
本发明实施例提供了一种电池浆料、动力电池及其处理方法，通过在电池匀浆过程中加入温度冲击、超声振荡、电磁加热中的两种或者三种工艺，能加快匀浆效率的同时又能提高电池的性能。
需要理解的是，本发明的教导并不需要实现上面所述的全部有益效果，而是特定的技术方案可以实现特定的技术效果，并且本发明的其他实施方式还能够实现上面未提到的有益效果。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：
图1为本发明实施例提供的锂离子动力电池的制作步骤；
图2为本发明实施例提供的浆料匀浆的步骤。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为锂离子动力电池的制作步骤，包括：
第一步，制作匀浆、涂布101：将正极或者负极活性物质材料与粘合剂、导电剂按比例混合，再按一定速率进行搅拌，利用温度冲击、超声振荡以及电磁波加热的其中两种或者两种以上的工艺对其进行处理。匀浆制作完成后，进行涂布处理，采用自动上料系统，采用自动调刀系统，在线测厚系统，将正负极片涂覆均匀。
第二步，电池卷绕、叠片102：采用全自动卷绕机，将正负极片和隔膜一起卷绕成一定形状，再将正负极片、隔膜装配到一起，完成贴胶后，形成极芯。
第三步，电池烘干、注液103：将极芯经过高真空高温烘烤，把少量水分烘干，将指定量的电解液注入软包电芯内部。
第四步，电池搁置104：将电池搁置，为了消除离子的浓度极化。
第五步，电池排气、化成105：将电池内部的其他排除，然后将成品电池放置测试柜进行充放电测试，筛选出合格的成品电池。
第六步，电池老化106：老化一般就是指电池装配注液完成后第一次充电化成后的放置，可以有常温老化也可有高温老化，两者作用都是使初次充电化成后形成的SEI膜性质和组成更加稳定，保证电池电化学性能的稳定性。
第七步，分容107：电池在制造过程中，因工艺原因使得电池的实际容量不可能完全一致，通过一定的充放电制度检测，并将电池按容量分类。
第八步，入库108：将电池存入库中，存放。
图2为本发明实施例提供的浆料匀浆的步骤。
本发明实施例一方面提供一种电池浆料处理方法，包括：在电池浆料匀浆过程中加入温度冲击、超声振荡、电磁加热中的两种或者两种以上的工序。
在电池浆料配制过程中，加入温度冲击、超声振荡、电磁加热中的两种或者两种以上的工序，且工序不分先后，通过其中两种或多种工艺，能提高锂离子电池的性能，同时又提高了生产效率。
其中温度冲击处理的温度为30℃-100℃，时间为10-350min，超声振荡处理的频率为20KHz-100KHz，时间为10-350min，电磁加热处理的频率为1-10KHz，时间为5-350min。
以下为正极活性材料浆料的改进方案后与现有技术中的数据对比。
在不对其实施温度冲击处理、超声振荡处理以及电磁加热处理，按照正常工艺，总匀浆时间为480min。
实施例1：
在匀浆过程中，对浆料进行温度冲击、超声振荡以及电磁加热三种工艺处理，三种工艺中的任意两个或三个可同时进行。
对比1：在匀浆过程中，对电池浆料温度冲击的温度设为30℃、50℃，总冲击时间为10min，其中30℃冲击5min，50℃冲击5min，超声波频率为20KHz，超声处理时间为10min，电磁波发生频率为1KHz，电磁波处理时间为5min；总的匀浆时间为460min。
对比2：在匀浆过程中，对电池浆料温度冲击的温度设为50℃、60℃、70℃，持续时间为120min，其中50℃冲击时间为30min，50℃冲击时间为60min，70℃冲击时间为30min，超声振荡的频率设为50KHz，持续时间为60min，电磁加热的频率设为5KHz，持续时间为60min，最后匀浆完成总时长420min。
对比3：在匀浆过程中，对电池浆料温度冲击的温度设为100℃，持续时间为350min，超声振荡的频率设为100KHz，持续时间为350min，电磁加热的频率设为10KHz，持续时间为350min，最后匀浆完成总时长350min。
实施例2：
在匀浆过程中，对浆料进行温度冲击、超声振荡两种工艺处理。
对比1：在匀浆过程中，对电池浆料温度冲击的温度设为30℃，60℃，持续时间为10min，其中在30℃下，冲击5min，在60℃下冲击5min，超声振荡的频率设为20KHz，持续时间为10min，最后匀浆完成总时长475min。
对比2：在匀浆过程中，对电池浆料温度冲击的温度设为40℃、50℃、70℃，持续时间为120min，其中40℃下冲击30min，50℃下冲击60min，60℃下冲击1h，超声振荡的频率设为70KHz，持续时间为60min，最后匀浆完成总时长440min。
对比3：在匀浆过程中，对电池浆料温度冲击的温度设为100℃，持续时间为350min，超声振荡的频率设为100KHz，持续时间为350min，电磁加热的频率设为10KHz，持续时间为350min，最后匀浆完成总时长380min。
实施例3：
在匀浆过程中，对浆料进行超声振荡、电磁加热两种工艺处理。
对比1：在匀浆过程中，进行超声振荡处理，超声波频率为20KHz，超声处理时间为10min，电磁波频率为1KHz，电磁波处理时间为5min；总的匀浆时间为470min。
对比2：在匀浆过程中，进行超声振荡处理，超声波频率为70KHz，超声处理时间为40min，电磁波频率为5KHz，电磁波处理时间为30min；总的匀浆时间为420min。
对比3：在匀浆过程中，进行超声振荡处理，超声波频率为80KHz，超声处理时间为350min，电磁波频率为10KHz，电磁波处理时间为350min；总的匀浆时间为380min。
实施例4：
在匀浆过程中，对浆料进行温度冲击、电磁加热两种工艺处理。
对比1：在匀浆过程中，对电池浆料温度冲击的温度设为30℃、50℃，总冲击时间为10min，其中30℃下冲击5min，50℃下冲击5min，然后进行超声波处理，超声波频率为20KHz，超声处理时间为10min，然后用电磁波处理，电磁波发生频率为1KHz，电磁波处理时间为5min；总的匀浆时间为472min。
对比2：在匀浆过程中，对电池浆料温度冲击的温度设为40℃、50℃、75℃，持续时间为90min，其中40℃冲击时间为30min，50℃冲击时间为30min，75℃冲击时间为30min，电磁加热的频率设为5KHz，持续时间为100min，最后匀浆完成总时长430min。
对比3：在匀浆过程中，对电池浆料温度冲击的温度设为100℃，持续时间为300min，电磁加热的频率设为10KHz，持续时间为300min，最后匀浆完成总时长340min。
以下为负极活性物质材料浆料的改进方案后与现有技术中的数据对比。
现有技术中，不对其实施温度冲击处理、超声振荡处理以及电磁加热处理，按照正常工艺，总时间为360min。
实施例5：
在匀浆过程中，对浆料进行温度冲击、超声振荡以及电磁加热三种工艺处理，三种工艺的任意两种或者三种可同时进行。
对比1：在匀浆过程中，对电池浆料温度冲击的温度设为30℃、40℃，总冲击时间为10min，其中30℃冲击5min，50℃冲击5min，超声波频率为20KHz，超声处理时间为10min，电磁波发生频率为1KHz，电磁波处理时间为5min；总的匀浆时间为340min。
对比2：在匀浆过程中，对电池浆料温度冲击的温度设为40℃、50℃、60℃，持续时间为120min，其中40℃冲击时间为30min，50℃冲击时间为60min，70℃冲击时间为30min，超声振荡的频率设为50KHz，持续时间为60min，电磁加热的频率设为5KHz，持续时间为100min，最后匀浆完成总时长300min。
对比3：在匀浆过程中，对电池浆料温度冲击的温度设为100℃，持续时间为200min，超声振荡的频率设为100KHz，持续时间为200min，电磁加热的频率设为10KHz，持续时间为200min，最后匀浆完成总时长220min。
实施例6：
在匀浆过程中，对电池浆料进行温度冲击、超声振荡两种工艺处理。
对比1：在匀浆过程中，对电池浆料温度冲击的温度设为30℃，70℃，持续时间为10min，其中30℃下，冲击5min，70℃下冲击5min，超声振荡的频率设为20KHz，持续时间为10min，最后匀浆完成总时长350min。
对比2：在匀浆过程中，对电池浆料温度冲击的温度设为40℃、60℃、80℃，持续时间为180min，其中40℃下冲击60min，60℃下冲击60min，80℃下冲击60min，超声振荡的频率设为65KHz，持续时间为60min，最后匀浆完成总时长290min。
对比3：在匀浆过程中，对电池浆料温度冲击的温度设为100℃，持续时间为180min，超声振荡的频率设为100KHz，持续时间为180min，电磁加热的频率设为10KHz，持续时间为180min，最后匀浆完成总时长200min。
实施例7：
在匀浆过程中，对浆料进行超声振荡、电磁加热两种工艺处理。
对比1：在匀浆过程中，进行超声振荡处理，超声波频率为20KHz，超声处理时间为10min，电磁波频率为1KHz，电磁波处理时间为5min；总的匀浆时间为349min。
对比2：在匀浆过程中，进行超声振荡处理，超声波频率为60KHz，超声处理时间为120min，电磁波频率为5KHz，电磁波处理时间为150min；总的匀浆时间为310min。
对比3：在匀浆过程中，进行超声振荡处理，超声波频率为100KHz，超声处理时间为100min，电磁波频率为10KHz，电磁波处理时间为100min；总的匀浆时间为260min。
实施例8：
在匀浆过程中，对电池浆料进行温度冲击、电磁加热两种工艺处理。
对比1：在匀浆过程中，对电池浆料温度冲击的温度设为30℃、60℃，总冲击时间为10min，其中30℃下冲击5min，50℃下冲击5min，然后进行超声波处理，超声波频率为20KHz，超声处理时间为10min，然后用电磁波处理，电磁波发生频率为1KHz，电磁波处理时间为5min；总的匀浆时间为350min。
对比2：在匀浆过程中，对电池浆料温度冲击的温度设为40℃、55℃、75℃，持续时间为180min，其中40℃冲击时间为60min，50℃冲击时间为60min，75℃冲击时间为60min，电磁加热的频率设为5KHz，持续时间为150min，最后匀浆完成总时长320min。
对比3：在匀浆过程中，对电池浆料温度冲击的温度设为100℃，持续时间为100min，电磁加热的频率设为10KHz，持续时间为100min，最后匀浆完成总时长230min。
从上述测试表格中可以看出，经过在正常匀浆的同时，对浆料施加温度冲击、超声振荡以及电磁波加热中的任意两种或者三种工艺，可以大大缩短正常的匀浆时间，显著改善电池的性能，同时还减小了电池内阻。
基于上文的一种电池浆料处理办法，本发明另一方面提供了一种电池浆料，包括：
正极或负极活性物质材料、导电剂、粘合剂；
正极活性物质材料、导电剂、粘合剂的质量配比为(94-96)：(1-3)：(2-4)；
负极活性物质材料、导电剂、粘合剂的质量配比为(92-96)：(1-5)：(2-4)。
电池浆料制作的方式有两种，第一种是先将正极或负极活性物质材料与导电剂进行混合，再加入粘合剂、溶剂配制成的胶液按照一定的搅拌速率搅拌，制成所需电池浆料。第二种是先将粘合剂和溶剂按照一定的质量配比制备好胶液，然后再按照质量配比依次加入导电剂，然后再加入导电剂，最后加入正极或负极活性物质材料按照一定的搅拌速率进行搅拌，调制成所需电池浆料。
其中，导电剂为N-甲基吡咯烷酮和离子水的其中一种或多种按比例配制而成，粘合剂为聚偏氟乙烯、丁苯橡胶的其中一种或多种按比例配制而成，正极活性物质材料为锂离子化合物的其中一种或多种不同比例配制而成，负极活性物质材料为碳单质的其中一种或多种不同比例配制而成，其中锂离子化合物优选为LiFePO4、LiMn2O2、LiNixCoyMnzO2，LiNixCoyAlzO2的一种或者多种；碳单质优选为石墨、中间相炭微球、硬碳、软碳的一种或多种。
基于上文的一种电池浆料，本发明还提供了一种锂离子动力电池，动力电池包括上述应用到的电池浆料。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电池浆料处理方法，其特征在于，包括：
在电池浆料匀浆过程中加入温度冲击、超声振荡、电磁加热中的两种或者两种以上的工序。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述温度冲击处理的温度为30℃-100℃，时间为10-350min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声振荡处理的频率为20KHz-100KHz，时间为10-350min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电磁加热处理的频率为1-10KHz，时间为5-350min。
5.一种电池浆料，其特征在于，包括：
正极或负极活性物质材料、导电剂、粘合剂；
正极活性物质材料、导电剂、粘合剂的质量配比为(94-96)：(1-3)：(2-4)；
负极活性物质材料、导电剂、粘合剂的质量配比为(92-96)：(1-5)：(2-4)。
6.根据权利要求5所述的浆料，其特征在于，所述导电剂为N-甲基吡咯烷酮和离子水的其中一种或多种。
7.根据权利要求5所述的浆料，其特征在于，所述粘合剂为聚偏氟乙烯、丁苯橡胶的其中一种或多种。
8.根据权利要求5所述的浆料，其特征在于，所述正极活性物质材料为锂离子化合物的其中一种或多种。
9.根据权利要求1所述的浆料，其特征在于，所述负极活性物质材料为碳单质的其中一种或多种。
10.一种锂离子动力电池，其特征在于，包括权利要求5～9任一项所述的电池浆料。
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