CN110379997B - 一种用于锂离子电池正负极片的涂布工艺 - Google Patents

一种用于锂离子电池正负极片的涂布工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于锂离子电池正负极片的涂布工艺，包括以下步骤：S1：称取巩源、锂源和钛源进行混合，在混合过程中，将混合液搅拌3小时形成透明溶胶，并加入稀释剂保持粘度，混合过程中温度为40‑130℃，放置3h后再进行二次搅拌；S2：将锂离子电池的正极活性材料或者负极活性材料与导电剂、粘结剂按一定比例混合，经过搅拌后得正极浆料或负极浆料；S3：将S1中的溶胶与S2中的溶胶按照一定比例混合搅拌后，进行烘干涂布。本发明与传统工艺相比，新工艺的极片带有更多的溶剂，自身温度也较高，且经过成型和冷却干燥，使浆料可以均匀地贴合在集流体表面，形成固体涂层。

Description

一种用于锂离子电池正负极片的涂布工艺
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种用于锂离子电池正负极片的涂布工艺。
背景技术
目前，锂离子电池电芯主要由正极片、负极片、隔膜、电解液组成。正极通常由活性物质(如钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等)与导电剂(如乙炔黑、导电石墨、炉黑等)以及粘结剂(如聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶)等混合均匀,搅拌成糊状浆料,均匀地涂覆在铝箔的两侧,在氮气流下干燥以除去有机物分散剂,然后用辊压杋压制成型,再按设计要求裁切成规定尺寸的极片。
传统工艺存在一些问题,电极极片容易粉化、剥离,掉落,导致电池内阻大、容量低、循环寿命减少。解决此类问题的常用方法是增加粘结剂的用量,然而粘结剂用量的增加会导致电池的内阻增大,降低活性物质占比,导致电池容量降低,充放电时电池温度增加,影响电池的循环寿命,电池的安全性能也存在一定隐患。
发明内容
本发明为了解决现有技术的上述不足，提出了一种用于锂离子电池正负极片的涂布工艺。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种用于锂离子电池正负极片的涂布工艺，包括以下步骤：
S1称取锂源和钛源进行混合，在混合过程中，将混合液搅拌3小时形成透明溶胶，并加入稀释剂保持粘度，混合过程中温度为40-130℃，放置3h后再进行二次搅拌；
S2：将锂离子电池的正极活性材料或者负极活性材料与导电剂、粘结剂按一定比例混合，经过搅拌后得正极浆料或负极浆料；
S3：将S1中的溶胶与S2中的浆料按照一定比例混合搅拌后，进行烘干涂布。
进一步，将S3中得到的正极浆料或负极浆料涂覆与集流体表面双面上，分别为a面和b面进行烘干干燥，烘干干燥分为成型阶段和冷却阶段。
进一步，在成型阶段中，集流体表面双面涂覆正极浆料后，100-130℃下先对a面进行初步成型烘干干燥，110-150℃下对b面进行第二次烘干干燥，集流体表面双面涂覆负极浆料后，在75-110℃下先对a面进行初步成型烘干干燥，在90-130℃下对b面进行第二次烘干干燥，涂布烘箱温度上层高于下层，因为箔材经过一面的涂布后，导热性变差，需增加温度，才能把上层涂布烘干，正极温度高于负极，不容易烘干。
进一步，在浆料成型后，对成型的浆料进行冷却干燥，得到正极或负极极片，所述冷却干燥的温度在65-95℃，极片冷却状态，应保持适当的温度和湿度，防止出烘箱时极片过热，造成过烘，极片打皱。
进一步，成型干燥时间为2-3min，冷却烘干干燥时间为1-1.5min。
进一步，干燥过程中，通风量为35-65m3/h，且进风量小于出风量，形成负压。
进一步，浆料与所述集流体之间还粘结有固化的惰性材料层。
进一步，所述浆料涂覆于集流体表面工序由转移式涂布机或喷涂式涂布机20-300℃温度区间内进行。
进一步，在涂布过程中，通过涂布机上的红外射线测试厚度，面积质量密度为1mg/cm2以上。
进一步，导电剂为导电碳黑，所述导电炭黑是Super-P、KS-6、乙炔黑、科琴黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或两种以上的混合物。
与现有技术相比，本发明的有益效果：1.与传统工艺相比，新工艺的极片的溶胶经过二次搅拌，减少溶胶制备中出现的沉淀现象，颗粒尺寸也比传统工艺尺寸更小，极片经过成型和冷却干燥，使浆料可以均匀地贴合在集流体表面，形成固体涂层；
2.制备的电极片成分均匀，厚度一致性好，颗粒分布均匀，使涂层与集流体的贴合度高，不会出现裂纹和破损；
3.控制通风量，且进风量小于出风量，提高干燥速度的同时，造成涂层成分和厚度不均以及涂层与集流体结合强度低。
4.利用红外射线监测面密度，避免引起大批量的极片因涂敷量不合格而报废；
5.也可针对不同溶剂，采用微波或红外线进行烘干，从而进一步缩短烘干时间。
具体实施方式
下面结合实施例对发明进行详细的说明。
实施例1
本发明提出的一种用于锂离子电池正负极片的涂布工艺，包括以下步骤：
S1：称取锂源(市面上主要成分为碳酸锂的锂源)和钛源(市面上主要成分为二氧化钛的钛源)进行总重量1:1比例混合，在混合过程中，将混合液搅拌3小时形成透明溶胶，并加入稀释剂(本领域常用的稀释剂即可)保持粘度，混合过程中温度为80℃，放置3h后再进行二次搅拌，用于制作正极极片，且经过两次搅拌，溶胶更加均匀，粘度适中；
S2：将锂离子电池的正极活性材料或者负极活性材料与导电剂、粘结剂按总重量3:1：1混合，经过搅拌后得正极浆料或负极浆料；
S3：将S1中的溶胶与S2中的浆料按照总重量1:4混合搅拌后，进行高温烘干涂布至集流体上，制成极片。
实施例2
在实施例1的基础上进一步优化，在涂覆与集流体表面双面，分别为a面和b面，在对其进行干燥时，先对a面进行初步成型烘干干燥，正极浆料干燥温度保持在120℃，负极浆料干燥温度保持在100℃，对a面干燥完毕后，在对b面进行第二次烘干干燥，由于涂布烘箱温度上层高于下层，因为箔材经过一面的涂布后，导热性变差，需增加温度，才能把上层涂布烘干，正极温度高于负极，因正极蒸发温度高，不容易烘干，所以在对b面进行烘干时，正极浆料温度保持在135℃，负极浆料烘干温度保持在125℃，a面干燥时间为1min，b面干燥时间为2min小时。
实施例3
在实施例2的基础上进一步优化，在对a、b两面烘干成型后，在对成型的浆料进行冷却干燥，得到正极或负极极片，冷却干燥的温度在60℃，极片冷却状态，应保持适当的温度和湿度，防止出烘箱时极片过热，造成过烘，极片打皱，冷却烘干干燥时间为1.5min，且浆料与涂层之间还粘结有固化惰性材料层，惰性材料为与锂离子电池内部材料都不发生反应的材料，使涂布挥发性惰性材料后，迅速进行浆料涂布。
实施例4
在实施例3的基础上进一步优化，在将浆料涂覆与集流体表面工序可由加温的转移式涂布机、喷涂式涂布机及其他可用于锂离子电池生产的涂布机在20-300℃温度区间内进行高温涂布，且在在涂布过程中，通过涂布机上的红外射线测试厚度，通过换算实时监测面密度，面积质量密度为1mg/cm2以上，利用红外射线监测面密度，避免引起大批量的极片因涂敷量不合格而报废。
实施例5
实施例1中的导电剂为导电炭黑，导电炭黑是Super-P、KS-6、乙炔黑、科琴黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或两种以上的混合物，可以提高锂离子电池正负极极片的粘结力和压实密度，有利于电池体积能量密度的提升，在实施例1与实施例4步骤温度不变的情况下，针对不同溶剂，材料，可采用微波或者红外线进行烘干，从而进一步缩短烘干时间。
上述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利和保护范围应以所附权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种用于锂离子电池正负极片的涂布工艺，包括以下步骤：
S1：称取锂源和钛源进行混合，在混合过程中，将混合液搅拌3小时形成透明溶胶，并加入稀释剂保持粘度，混合过程中温度为40-130℃，放置3h后再进行二次搅拌；
S2：将锂离子电池的正极活性材料或者负极活性材料与导电剂、粘结剂按重量比为3：1：1的比例混合，经过搅拌后得正极浆料或负极浆料；
S3：将S1中的溶胶与S2中的浆料按照重量比为1：4的比例混合搅拌，将混合搅拌后得到的正极浆料或负极浆料涂覆于集流体表面双面上，分别为a面和b面进行烘干干燥，所述烘干干燥分为成型阶段和冷却阶段；
在成型阶段中，集流体表面双面涂覆所述混合搅拌后得到的正极浆料后，100-120℃下先对a面进行初步成型烘干干燥，135-150℃下对 b面进行第二次烘干干燥，集流体表面双面涂覆所述混合搅拌后得到的负极浆料后，在75-100℃下先对a面进行初步成型烘干干燥，在125-130℃下对b面进行第二次烘干干燥；
在浆料成型后，对成型的浆料进行冷却干燥，得到正极极片或负极极片，所述冷却干燥的温度在65-95℃；
所述冷却干燥时间为1-1.5min；
所述浆料与所述集流体之间还粘结有固化的惰性材料层。
2.如权利要求1所述的一种用于锂离子电池正负极片的涂布工艺，其特征在于：所述干燥过程中，通风量为35-65m3/h，且进风量小于出风量，形成负压。
3.如权利要求1所述的一种用于锂离子电池正负极片的涂布工艺，其特征在于：所述浆料涂覆于集流体表面工序由转移式涂布机或喷涂式涂布机在20-300℃温度区间内进行。
4.如权利要求3所述的一种用于锂离子电池正负极片的涂布工艺，其特征在于：在涂布过程中，通过涂布机上的红外射线测试厚度，面积质量密度为1mg/cm2以上。
5.如权利要求4所述的一种用于锂离子电池正负极片的涂布工艺，其特征在于：所述导电剂为导电炭黑。
6.如权利要求5所述的一种用于锂离子电池正负极片的涂布工艺，其特征在于：所述导电炭黑是Super-P、乙炔黑、科琴黑中的一种或两种以上的混合物。
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