CN110176574A - 一种锂离子电池负极极片的预锂方法 - Google Patents

一种锂离子电池负极极片的预锂方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种锂离子电池负极极片的预锂方法，包括以下步骤，选取涂胶隔膜和高分子薄膜，分别放置于放卷机上，同时对涂胶隔膜和高分子薄膜进行放卷、且涂胶隔膜的涂胶面与高分子薄膜的附锂膜面相对设置，涂胶隔膜和高分子薄膜通过预压对辊机进行展平，展平后的涂胶隔膜的涂胶面和高分子薄膜的附锂膜面通过履带式热压机进行贴合，对涂胶隔膜和高分子薄膜进行展平，最后对涂胶隔膜和高分子薄膜进行剥离使附锂膜面贴附于涂胶隔膜上，将涂胶隔膜上贴附的附锂膜面与负极极片相贴合并同步进行电芯制作，在电芯制作过程中完成负极极片的预锂。本发明使用涂胶隔膜完成覆膜工艺，负极极片不参与覆膜过程，从而避免负极极片变形和表面涂层脱落的现象。

Description

一种锂离子电池负极极片的预锂方法
技术领域
本发明属于锂离子电池制造技术领域，具体涉及一种锂离子电池负极极片的预锂方法。
背景技术
锂离子电池生产过程中，通过在负极极片表面补锂，能够有效提高电池的首效并改善循环性能，压延覆膜补锂技术作为负极极片表面补锂的一种手段，因其工艺简单、效率高等特点已逐渐成为学者关注的热点；从电池设计方面考虑，负极极片补锂所需要的锂量较小，其对应的锂膜的厚度也就较小，通常都在10微米以下，而如此薄的锂膜很难做到连续成卷的生产；所述压延覆膜补锂技术分为压延工艺和覆膜工艺，其中压延工艺中引入高分子薄膜作为载体，将一定厚度的锂带通过对辊直接压到高分子薄膜上，形成厚度较小的锂膜，覆膜工艺将附有锂膜的高分子薄膜与负极极片贴合并通过对辊辊压，将高分子薄膜上的锂膜转移到负极极片上，最后将高分子薄膜与负极极片进行剥离，在此过程中，高分子薄膜和负极极片因受到对辊辊压，负极极片易发生变形，而且高分子薄膜与负极极片辊压不彻底，在发生剥离时，高分子薄膜表面易残留锂膜，且残留的锂膜容易将负极极片表面的涂层带走，使涂层发生脱落。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池负极极片的预锂方法,以克服上述技术问题。
本发明的技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种锂离子电池负极极片的预锂方法，包括以下步骤，选取涂胶隔膜和高分子薄膜，并分别放置于放卷机上，同时对涂胶隔膜和高分子薄膜进行放卷、且涂胶隔膜的涂胶面与高分子薄膜的附锂膜面相对设置，放卷的涂胶隔膜和高分子薄膜通过预压对辊机进行展平，展平后的涂胶隔膜的涂胶面和高分子薄膜的附锂膜面通过履带式热压机进行贴合，贴合完成后通过展平对辊机对贴合的涂胶隔膜和高分子薄膜进行展平，展平完成后对涂胶隔膜和高分子薄膜进行收卷以使涂胶隔膜和高分子薄膜进行剥离，剥离后附锂膜面贴附于涂胶隔膜上，将涂胶隔膜上贴附的附锂膜面与负极极片相贴合并同步进行电芯制作，在电芯制作过程中完成负极极片的预锂。
本发明进一步的技术方案为，所述预压对辊机中对辊之间的间隙宽度为涂胶隔膜和高分子薄膜的总厚度的90～99％。
本发明进一步的技术方案为，所述预压对辊机的辊面上涂有高硬度铬层或氧化物陶瓷层。
本发明进一步的技术方案为，所述履带式热压机的同步履带之间的间隙宽度为涂胶隔膜和高分子薄膜的总厚度的70-90％。
本发明进一步的技术方案为，所述履带式热压机的压力为300～800kg，温度为40～70℃。
本发明进一步的技术方案为，所述履带式热压机的同步履带的材质为橡胶、硅胶及碳纤维中的一种。
本发明进一步的技术方案为，所述展平对辊机中对辊之间的间隙宽度为涂胶隔膜和高分子薄膜的总厚度的100％。
本发明进一步的技术方案为，所述涂胶隔膜和高分子隔膜在展平对辊机发生剥离时的角度为30-100°。
本发明进一步的技术方案为，所述涂胶隔膜为单侧涂胶，所述涂胶采用胶体为PVDF，所述涂胶隔膜的隔膜厚度为7～20μm，所述涂胶形成的涂胶层厚度为1～4μm。
有益效果：本发明使用涂胶隔膜完成覆膜工艺，负极极片不参与覆膜过程，从而避免了负极极片变形和表面涂层脱落的现象；在本发明方法所述履带式热压机的温度范围内，涂胶隔膜上的涂胶和锂膜本身之间结合得更加紧密，使得锂膜更易从高分子薄膜上剥离下来。
附图说明
图1是实现本发明的步骤示意图。
图2是采用叠片方式制作电芯的结构示意图。
图3是采用卷绕方式制作电芯的结构示意图。
其中：1、高分子薄膜；2、涂胶隔膜；3、预压对辊机；4、履带式热压机；41、同步履带；5、展平对辊机；6、负极极片；7、正极极片；8、锂膜。
具体实施方式
在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”“下”“左”“右”“前”“后”等指示的方位或位置关系仅是为了描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或结构必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，本发明所述的一种锂离子电池负极极片的预锂方法，包括以下步骤，S1、选取涂胶隔膜2和高分子薄膜1，所述涂胶隔膜为单侧涂胶，所述涂胶采用的胶体为PVDF，所述涂胶隔膜的隔膜厚度为7～20μm，所述涂胶形成的涂胶层厚度为1～4μm，将涂胶隔膜和高分子薄膜分别放置于放卷机上，同时对涂胶隔膜和高分子薄膜进行放卷、且涂胶隔膜的涂胶面与高分子薄膜的附锂膜面相对设置，放卷的涂胶隔膜和高分子薄膜通过预压对辊机3进行展平，在此过程中需控制预压对辊之间的间隙宽度，所述间隙宽度为涂胶隔膜与高分子薄膜的总厚度的90-99％，在受到预压对辊的压力后，高分子薄膜的附锂膜面和涂胶隔膜的涂胶面会初步贴合在一起，为了确保预压对辊的表面在长期运行后仍具有一定的光洁度，在预压对辊的表面涂有高硬度铬层或氧化物陶瓷层；S2、展平后的涂胶隔膜的涂胶面和高分子薄膜的附锂膜面通过履带式热压机4进行贴合，设置履带式热压机的压力为300～800kg，控制履带式热压机的同步履带41的温度为40-70℃，同时保证同步履带之间的间隙宽度为涂胶隔膜和高分子薄膜的总厚度的70-90％，由此将高分子薄膜的的附锂膜面与涂胶隔膜上的涂胶面紧密贴合在一起，为防止同步履带对涂胶隔膜的表面产生划痕，同时保证同步履带在长时间高温下运行的稳定性，同步履带的材质选择为橡胶、硅胶或碳纤维中的一种；S3、贴合完成后通过展平对辊机5对贴合的涂胶隔膜和高分子薄膜进行展平，设置的展平对辊之间的间隙宽度为涂胶隔膜和高分子薄膜的总厚度的100％，展平完成后对涂胶隔膜和高分子薄膜进行收卷以使涂胶隔膜和高分子薄膜进行剥离，剥离角度α为30～100°，锂膜8完全贴附于涂胶隔膜上，并随着涂胶隔膜完成收卷过程，此时高分子薄膜也完成收卷过程、且可以回收进行重复利用，最后将涂胶隔膜上贴附的附锂膜面与负极极片相贴合并同步进行电芯制作，在电芯制作过程中完成负极极片的预锂。
如图2和图3所示，在电芯制作过程中，将涂胶隔膜中带有附锂膜面的一侧与负极极片6相贴合，将涂胶隔膜的另一侧与正极极片7相贴合，采用图2和图3中的叠片和卷绕方式进行电芯的制作，电芯制作完成后，使用夹具加紧使得涂胶隔膜与正、负极极片贴合地更加紧密，保持夹具夹紧状态静置24～48h，完成电芯制作，由此可实现在电芯制作过程中完成对负极极片的预锂，无需单独进行负极极片的预锂。
实施例1
本发明所述的一种锂离子电池负极极片的预锂方法，包括以下步骤，S1、选取涂胶隔膜和高分子薄膜，所述涂胶隔膜为单侧涂胶，所述涂胶采用的胶体为PVDF，所述涂胶隔膜的隔膜厚度为7μm，所述涂胶形成的涂胶层厚度为1μm，将涂胶隔膜和高分子薄膜分别放置于放卷机上，同时对涂胶隔膜和高分子薄膜进行放卷、且涂胶隔膜的涂胶面与高分子薄膜的附锂膜面相对设置，放卷的涂胶隔膜和高分子薄膜通过预压对辊机进行展平，预压对辊之间的间隙宽度为涂胶隔膜与高分子薄膜的总厚度的90％，在受到预压对辊的压力后，高分子薄膜的附锂膜面和涂胶隔膜的涂胶面初步贴合在一起；S2、展平后的涂胶隔膜的涂胶面和高分子薄膜的附锂膜面通过履带式热压机进行贴合，设置履带式热压机的压力为800kg，控制履带式热压机同步履带的温度为50℃，同时保证同步履带之间的间隙宽度为涂胶隔膜和高分子薄膜的总厚度的90％，由此将高分子薄膜的的附锂膜面与涂胶隔膜上的涂胶面紧密贴合在一起；S3、贴合完成后通过展平对辊机对贴合的涂胶隔膜和高分子薄膜进行展平，设置的展平对辊之间的间隙宽度为涂胶隔膜和高分子薄膜的总厚度的100％，展平完成后对涂胶隔膜和高分子薄膜进行收卷以使涂胶隔膜和高分子薄膜进行剥离，剥离角度α为30°，锂膜完全贴附于涂胶隔膜上，并随着涂胶隔膜完成收卷过程，此时高分子薄膜也完成收卷过程，最后将将涂胶隔膜上贴附的附锂膜面与负极极片相贴合并同步进行电芯制作，在电芯制作过程中完成负极极片的预锂。
定义锂膜残留率为单位长度高分子薄膜上的锂膜残留量与锂膜初始总量的比值，剥离和收卷完成后，对高分子薄膜上的锂膜残留率进行检测测量，具体检测方法如下：裁取多条长度为一米的无锂膜的高分子薄膜，测得其平均质量为m0，裁取多条同样长度剥离前的附锂膜高分子薄膜，测得其平均值为m1，裁取多条同样长度剥离后的附锂膜高分子薄膜，测得其平均值为m2，可以得到锂膜残留率＝(m2–m0)/(m1–m0)*100％，检测完成后本实施例1的锂膜残留率为1.03％。
实施例2-实施例10
采用实施例1相同的步骤，改变剥离的角度，实施例2-实施例10的剥离角度分别对应10°、20°、40°、50°、60°、80°、100°、110°、120°。完成后，以实施例1相同的方法检测锂膜残留率，具体数据如下表1。
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
锂膜残留率 1.03％ 10.77％ 6.38％ 0.64％ 0.32％
实施例6 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10
锂膜残留率 0.59％ 0.24％ 0.78％ 3.62％ 5.81％
由此可知，在热压机温度相同的情况，采用相同的步骤，其剥离角度的不同，将对锂膜残留率有较大影响。
实施例11
本发明所述的一种锂离子电池负极极片的预锂方法，包括以下步骤，S1、选取涂胶隔膜和高分子薄膜，所述涂胶隔膜为单侧涂胶，所述涂胶采用的胶体为PVDF，所述涂胶隔膜的隔膜厚度为20μm，所述涂胶形成的涂胶层厚度为4μm，将涂胶隔膜和高分子薄膜分别放置于放卷机上，同时对涂胶隔膜和高分子薄膜进行放卷、且涂胶隔膜的涂胶面与高分子薄膜的附锂膜面相对设置，放卷的涂胶隔膜和高分子薄膜通过预压对辊机进行展平，预压对辊之间的间隙宽度为涂胶隔膜与高分子薄膜的总厚度的99％，在受到预压对辊的压力后，高分子薄膜的附锂膜面和涂胶隔膜的涂胶面初步贴合在一起；S2、展平后的涂胶隔膜的涂胶面和高分子薄膜的附锂膜面通过履带式热压机进行贴合，设置履带式热压机的压力为300kg，控制履带式热压机同步履带的温度为70℃，同时保证同步履带之间的间隙宽度为涂胶隔膜和高分子薄膜的总厚度的70％，由此将高分子薄膜的的附锂膜面与涂胶隔膜上的涂胶面紧密贴合在一起；S3、贴合完成后通过展平对辊机对贴合的涂胶隔膜和高分子薄膜进行展平，设置的展平对辊之间的间隙宽度为涂胶隔膜和高分子薄膜的总厚度的100％，展平完成后对涂胶隔膜和高分子薄膜进行收卷以使涂胶隔膜和高分子薄膜进行剥离，剥离角度α为50°，锂膜完全贴附于涂胶隔膜上，并随着涂胶隔膜完成收卷过程，此时高分子薄膜也完成收卷过程，最后将将涂胶隔膜上贴附的附锂膜面与负极极片相贴合并同步进行电芯制作，在电芯制作过程中完成负极极片的预锂。
实施例12-实施例15
采用实施例11相同的步骤，改变热压机的温度，实施例12-实施例15的热压机温度分别对应30℃、40℃、60℃、80℃。完成后，以实施例1相同的方法检测锂膜残留率，具体数据如下表2。
由此可知，在剥离角度相同的情况，改变热压机的温度，将锂膜残留率有较大影响，从实施例11-15以及实施例5的数据可知，较高温度下，锂膜残留率保持在较低的水平，而在温度高于80℃后，过高的温度会影响隔膜和PET膜的性质，且会影响锂膜的稳定性，存在锂金属受热燃烧的风险。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加简洁明了，本发明用以上具体实施例进行说明，仅仅用于描述本发明，不能理解为对本发明的范围的限制。应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种锂离子电池负极极片的预锂方法，其特征在于，包括以下步骤，
选取涂胶隔膜和高分子薄膜，并分别放置于放卷机上，同时对涂胶隔膜和高分子薄膜进行放卷、且涂胶隔膜的涂胶面与高分子薄膜的附锂膜面相对设置，放卷的涂胶隔膜和高分子薄膜通过预压对辊机进行展平，展平后的涂胶隔膜的涂胶面和高分子薄膜的附锂膜面通过履带式热压机进行贴合，贴合完成后通过展平对辊机对贴合的涂胶隔膜和高分子薄膜进行展平，展平完成后对涂胶隔膜和高分子薄膜进行收卷以使涂胶隔膜和高分子薄膜进行剥离，剥离后附锂膜面贴附于涂胶隔膜上，将涂胶隔膜上贴附的附锂膜面与负极极片相贴合并同步进行电芯制作，在电芯制作过程中完成负极极片的预锂。
2.如权利要求1所述的锂离子电池负极极片的预锂方法，其特征在于，所述预压对辊机中对辊之间的间隙宽度为涂胶隔膜和高分子薄膜的总厚度的90~99%。
3.如权利要求1或2所述的锂离子电池负极极片的预锂方法，其特征在于，所述预压对辊机的辊面上涂有高硬度铬层或氧化物陶瓷层。
4.如权利要求1所述的锂离子电池负极极片的预锂方法，其特征在于，所述履带式热压机的同步履带之间的间隙宽度为涂胶隔膜和高分子薄膜的总厚度的70-90%。
5.如权利要求1或4所述的锂离子电池负极极片的预锂方法，其特征在于，所述履带式热压机的压力为300~800kg，温度为40~70℃。
6.如权利要求1或4所述的锂离子电池负极极片的预锂方法，其特征在于，所述履带式热压机的同步履带的材质为橡胶、硅胶及碳纤维中的一种。
7.如权利要求1所述的锂离子电池负极极片的预锂方法，其特征在于，所述展平对辊机中对辊之间的间隙宽度为涂胶隔膜和高分子薄膜的总厚度的100%。
8.如权利要求1所述的锂离子电池负极极片的预锂方法，其特征在于，所述涂胶隔膜和高分子隔膜在展平对辊机发生剥离时的角度为30-100°。
9.如权利要求1所述的锂离子电池负极极片的预锂方法，其特征在于，所述涂胶隔膜为单侧涂胶，所述涂胶采用胶体为PVDF，所述涂胶隔膜的隔膜厚度为7~20μm，所述涂胶形成的涂胶层厚度为1~4μm。
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