CN110034337B - 一种锂离子电池极片与隔膜的复合方法及其在电池制备中的应用 - Google Patents
一种锂离子电池极片与隔膜的复合方法及其在电池制备中的应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池极片与隔膜的复合方法及其在电池制备中的应用,包括以下步骤:a.正极/负极辊压:正极片或负极片在辊压机上进行辊压;b.热压复合:正极片或负极片辊压后不收卷,直接牵引至热压辊,同时将隔膜牵引至热压辊;将正极片或负极片和隔膜对齐后经过热压辊,制备得到正极片与隔膜的复合材料或负极片与隔膜的复合材料;c.卷绕:将正极片与隔膜的复合材料和负极片与隔膜的复合材料直接牵引至卷绕机构,进行卷绕。此复合方法将分切等工序提前至辊压之前完成,隔膜与辊压后的极片在第一时间进行热压复合,隔膜平衡了极片的张力以及避免后续加工过程中张力不均,极大地降低了极片在后续加工过程中出现断带的概率。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域,具体涉及一种锂离子电池极片与隔膜的复合方法及其在电池制备中的应用。
背景技术
锂离子电池广泛用于3C数码类及电动汽车等领域。锂离子电池主要由正极片、负极片、隔膜、电解液、外部壳体和正负极柱组成。隔膜在电池中起到隔离正负极片的作用,防止内部短路,并在电解液的协同作用下,提供离子快速通道,完成电化学充放电过程中锂离子的脱出和嵌入。
目前卷绕式锂离子电池的制备过程通常分为:正极片的合浆、涂布、辊压、分切和极耳制作;负极片的合浆、涂布、辊压、分切和极耳制作;正负极片与隔膜的卷绕;卷芯装配及入壳;注液、化成及分容;电池检测合格及出库。可以看出,在上述电池的制备方法中,正极片和负极片需要经过多道工序才能到卷绕工序完成卷芯的制作,极片辊压后还有分切及极耳制作和卷绕等多道加工工序。辊压后的极片脆性增加韧性不足,后面的几道工序反复倒卷,极片极易在此过程中断裂,降低制作效率及直通率。特别是,目前为了追求更高能量密度的大环境,正负极集流体趋向于使用越来越薄的箔材,加工过程中的断带现象会更频繁,甚至涂布的极片会在辊压后无法进行后续的加工制作。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题,本发明的目的是提供一种锂离子电池极片与隔膜的复合方法,以解决现有技术中电池极片辊压后加工性能差的问题,改变现有技术中辊压后才进行极片分切及极耳制作的工序步骤,本方法将分切等工序提前至辊压工序之前完成。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种锂离子电池极片与隔膜的复合方法,其特征在于:包括以下步骤:
a.正极/负极辊压:正极片或负极片在辊压机上进行辊压;
b.热压复合:正极片或负极片辊压后不收卷,直接牵引至热压辊,同时将隔膜牵引至热压辊;将正极片或负极片和隔膜对齐后经过热压辊,通过热压方式粘合在一起,制备得到正极片与隔膜的复合材料或负极片与隔膜的复合材料;
c.卷绕:将正极片与隔膜的复合材料和负极片与隔膜的复合材料直接牵引至卷绕机构,进行卷绕。
进一步方案,所述热压辊的热压温度为70℃~100℃。
本发明还提供了通过上述方法制备得到的正极片与隔膜的复合材料或负极片与隔膜的复合材料。
本发明的另一个目的是提供上述复合方法在电池制备中的应用,所述电池制备的步骤如下:
(1)正极/负极合浆;按比例称取原料后在溶剂中溶解分散,制备正极浆料或负极浆料;
(2)正极/负极涂布;将正极浆料或负极浆料涂布在铝箔或铜箔上,得到正极片或负极片;
(3)正极/负极分切;对正极片或负极片进行分切;
(4)正极/负极辊压:正极片或负极片在辊压机上进行辊压;
(5)热压复合:正极片或负极片辊压后不收卷,直接牵引至热压辊,同时将隔膜牵引至热压辊;将正极片或负极片和隔膜对齐后经过热压辊,通过热压方式粘合在一起,制备得到正极片与隔膜的复合材料或负极片与隔膜的复合材料;
(6)卷绕:将正极片与隔膜的复合材料和负极片与隔膜的复合材料直接牵引至卷绕机构,进行卷绕;
(7)组装;将卷绕完成的卷芯,两两并联,置入电池外壳中;
(8)按照现有常规工序进行注液、化成及分容。
进一步方案,所述步骤(3)分切后根据设计需求可增加极耳制作工序。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
(1)锂离子电池极片与隔膜的复合方法中,将分切等工序提前至辊压工序之前完成,隔膜与辊压后的极片在第一时间进行热压复合,隔膜平衡了极片的张力以及避免后续加工过程中张力不均,极大地降低了极片在后续加工过程中出现断带的概率。现有技术极片辊压完成后,还需单独进行极片分切至卷绕加工过程,在此过程中由于没有保护,容易出现加工断带问题。
(2)将锂离子电池极片与隔膜的复合方法应用在电池制备中,和传统制备方法不同之处在于,将极片分切及可能要进行的极耳制作工序提至辊压工序之前进行;这主要是考虑到涂布极片相比辊压极片有更好的机械加工性能,上述制备方法可以避免极片在辊压后还需经历过多的加工工序,进一步降低了辊压后极片在后续加工发生断带问题。
附图说明
图1为本发明一种锂离子电池极片与隔膜复合方法应用在锂离子电池制备中的工艺流程。
具体实施方式
实施例1
本实施例以卷绕式的方形铝壳20100140型号电池的制备方法及步骤为例,阐述本发明所述的锂离子电池极片与隔膜的复合方法在电池制备中的应用。锂离子电池制备工艺流程图如图1所示。
(1)正极/负极合浆:
正极合浆:将磷酸铁锂(10kg)、SP、复合导电剂和PVDF按照96:0.5:1:2.5的比例溶解分散在一定量的NMP中,得到固含量在55%左右,粘度在4000mpa.s的正极浆料;负极合浆:将人造石墨(8kg)、SP、CMC和SBR按照96:0.8:1.2:2的比例溶解分散在一定量的水中,得到固含量在45-50%左右,粘度在2000-3000mpa.s的负极浆料;
(2)正极/负极涂布:
正极涂布:涂布用集流体为12微米的铝箔,总宽度为296mm。设定极片涂布宽度为246mm,两边留白各25mm,涂布单面面密度为180g/mm2,涂布走速为20m/min,待集流体双面均完成涂布后,将极片大卷放入100℃烘箱烘烤12h。负极涂布:涂布用集流体为6微米的铜箔,总宽度为302mm。设定极片涂布宽度为252mm,两边留白各25mm,涂布单面面密度为85g/mm2,涂布走速为15m/min,待集流体双面均完成涂布后,将极片大卷放入100℃烘箱烘烤12h。
(3)正极/负极分切:
正极分切:待烘烤后的正极极片大卷冷却后,将极片沿宽度方向一分为二,得到正极敷料宽度为123mm的极卷。负极分切:将负极极片大卷冷却后,将极片沿宽度方向一分为二,得到负极敷料宽度为126mm的极卷。
(4)正极/负极极耳制作:
正极极耳制作:采用激光切除的方式将已分切好的正极片多余的留白切除,只留下12个宽度为28mm、高度为22mm的长方形留白作为极耳,12个留白间的间距需满足卷绕工艺的要求,保证卷绕后12个极耳在卷芯的位置重叠。负极极耳制作:以同样的方式在已分切的极片上激光切除12个对应的极耳。
(5)正极/负极辊压:
正极辊压:将制作好极耳的正极极片按照2.3g/cm3的压实密度在辊压机上进行辊压。负极辊压:将制作好极耳的负极极片按照1.7g/cm3的压实密度在辊压机上进行辊压。
(6)热压复合:
正极极片与隔膜复合材料制作:经过辊压棍子辊压出来的极片不进行收卷,直接牵引至热压棍子,与隔膜进行热压复合。隔膜宽度为130微米,型号为14+1+1,表示基膜厚度为14微米,基膜两面各涂覆1微米的PVDF胶。热压过程时,将极片与隔膜沿宽度中心线对齐,热压温度为80℃。负极极片与隔膜复合材料制作:采用和正极极片相同的方式与隔膜进行热压复合。
(7)卷绕:
将正极极片与隔膜的复合材料和负极极片与隔膜的复合材料按照负极包正极的方式进行卷绕,卷绕卷针直径和卷绕圈数根据工艺参数确定。
(8)组装:
将卷绕完成的卷芯,两两并联,置入型号为20100140的方形铝壳中。
(9)按照现有常规工序进行注液、化成及分容。
实施例2
本实施例以卷绕式的圆柱铝壳32131型号电池的制备方法及步骤为例,进一步阐述本发明所述的一种锂离子电池极片与隔膜的复合方法在电池制备中的应用。
(1)正极/负极合浆:
正极合浆:将磷酸铁锂(10kg)、SP、复合导电剂和PVDF按照96:0.8:1:2.2的比例溶解分散在一定量的NMP中,得到固含量在55%左右,粘度在4000mpa.s的正极浆料;负极合浆:将人造石墨(8kg)、SP、CMC和SBR按照95.5:1:1.3:2.2的比例溶解分散在一定量的水中,得到固含量在45-50%左右,粘度在2000-3000mpa.s的负极浆料;
(2)正极/负极涂布:
正极涂布:涂布用集流体为12微米的铝箔,总宽度为242mm。设定极片涂布宽度为226mm,两边留白各8mm,涂布单面面密度为170g/mm2,涂布走速为20m/min,待集流体双面均完成涂布后,将极片大卷放入100℃烘箱烘烤12h。负极涂布:涂布用集流体为7微米的铜箔,总宽度为245mm。设定极片涂布宽度为232mm,两边留白各5mm,涂布单面面密度为80g/mm2,涂布走速为15m/min,待集流体双面均完成涂布后,将极片大卷放入100℃烘箱烘烤12h。
(3)正极/负极分切:
正极分切:待烘烤后的正极极片大卷冷却后,将极片沿宽度方向一分为二,得到正极敷料宽度为113mm的极卷。负极分切:将负极极片大卷冷却后,将极片沿宽度方向一分为二,得到负极敷料宽度为116mm的极卷。
(4)正极/负极辊压:
采用全极耳方式,不需要进行极耳制作。正极辊压:将正极极片按照2.3g/cm3的压实密度在辊压机上进行辊压。负极辊压:将负极极片按照1.7g/cm3的压实密度在辊压机上进行辊压。
(5)热压复合:
正极极片与隔膜复合材料制作:经过辊压棍子辊压出来的极片不进行收卷,直接牵引至热压棍子,与隔膜进行热压复合。隔膜宽度为122微米,型号为9+3+1+1,表示基膜厚度为9微米,基膜一面涂覆3微米厚度陶瓷层后,再在基膜两面各涂覆1微米的PVDF胶。热压过程时,将没有涂覆陶瓷的一面与正极对应,并将极片与隔膜沿宽度中心线对齐,热压温度为80℃。负极极片与隔膜复合材料制作:采用和正极极片相同的方式与隔膜进行热压复合。
(6)卷绕:
将正极极片与隔膜的复合材料和负极极片与隔膜的复合材料按照负极包正极的方式进行卷绕,卷绕卷针直径和卷绕长度根据工艺参数确定。
(7)组装:
将卷绕完成的卷芯,直接置入型号为32131的圆柱铝壳中。
(8)按照现有常规工序进行注液、化成及分容。
以上所述,仅为本发明在特定型号电池中的具体实施方式,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,根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种锂离子电池极片与隔膜的复合方法在电池制备中的应用,其特征在于,所述电池制备的步骤如下:
(1)正极/负极合浆;按比例称取原料后在溶剂中溶解分散,制备正极浆料或负极浆料;
(2)正极/负极涂布;将正极浆料或负极浆料涂布在铝箔或铜箔上,得到正极片或负极片;
(3)正极/负极分切;对正极片或负极片进行分切;
(4)正极/负极辊压:正极片或负极片在辊压机上进行辊压;
(5)热压复合:正极片或负极片辊压后不收卷,直接牵引至热压辊,同时将隔膜牵引至热压辊;将正极片或负极片和隔膜对齐后经过热压辊,通过热压方式粘合在一起,制备得到正极片与隔膜的复合材料或负极片与隔膜的复合材料;
(6)卷绕:将正极片与隔膜的复合材料和负极片与隔膜的复合材料直接牵引至卷绕机构,进行卷绕;
(7)组装;将卷绕完成的卷芯,两两并联,置入电池外壳中;
(8)按照现有常规工序进行注液、化成及分容。
2.根据权利要求1所述的复合方法在电池制备中的应用,其特征在于,所述热压辊的热压温度为70℃~100℃。
3.根据权利要求1所述的复合方法在电池制备中的应用,其特征在于,所述步骤(3)分切后增加极耳制作工序。
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