CN110459813B - 一种锂电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂电池的制备方法，包括：提供一绝缘膜；采用第一导电金属进行镀膜和第一浆料进行抹压的方式，在所述绝缘膜上制备得到至少一个第一电极层；采用第二浆料进行抹压的方式，在所述第一电极层上制备得到隔离抹压膜；采用第三浆料进行抹压和第二导电金属进行镀膜的方式，在所述隔离抹压膜上制备得到至少一个第二电极层；将所述绝缘膜以及制备得到的所述第一电极层、所述隔离抹压膜和所述第二电极层折叠，并进行电解液浸泡后，固化封装得到锂电池。本发明解决了锂电池制备工艺中材料性能突破难度大，锂电池不能满足高能量密度、高功率密度、长循环寿命要求的问题。

Description

一种锂电池的制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂电池的制备方法。
背景技术
随着移动终端保有量的不断增加，电池作为移动终端的核心部件之一，其需求条件也越来越高。目前，动终端中配置的电池能量普遍偏低，往往需要移动电源(也被称为充电宝)为移动终端的电池进行电能补充。离子电池可持续能量约230wh/kg、能量密度约600wh/L，不能满足高能量密度、高功率密度、长循环寿命的要求。并且电池的性能主要是材料决定的，材料的技术突破难度很大、周期很长，也不利于满足高能量密度、高功率密度、长循环寿命的电池要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种锂电池的制备方法，解决了锂电池制备工艺中材料性能突破难度大，锂电池不能满足高能量密度、高功率密度、长循环寿命要求的问题。
本发明实施例提供了锂电池的制备方法，包括：
提供一绝缘膜；
采用第一导电金属进行镀膜和第一浆料进行抹压的方式，在所述绝缘膜上制备得到至少一个第一电极层；
采用第二浆料进行抹压的方式，在所述第一电极层上制备得到隔离抹压膜；
采用第三浆料进行抹压和第二导电金属进行镀膜的方式，在所述隔离抹压膜上制备得到至少一个第二电极层；
将所述绝缘膜以及制备得到的所述第一电极层、所述隔离抹压膜和所述第二电极层折叠，并进行电解液浸泡后，固化封装得到锂电池。
可选的，所述采用第一导电金属进行镀膜和第一浆料进行抹压的方式，在所述绝缘膜上制备得到至少一个第一电极层，包括：
采用真空蒸镀或磁控溅射的方式将第一导电金属气相沉积在所述绝缘膜或所述第一电极层上，得到第一集流体膜；
将重量固含量为55～90％、粘度为3500～15000cP的第一浆料抹压在所述第一集流体膜上，得到第一抹压膜。
可选的，所述第一集流体膜的厚度范围为：0.5～10μm。
可选的，所述第一抹压膜的厚度范围为：3～70μm。
可选的，所述采用第二浆料进行抹压的方式，在所述第一电极层上制备得到隔离抹压膜，包括：
将重量固含量为5～50％、粘度为500～6000cP的第二浆料抹压在所述第一电极层上，得到隔离抹压膜。
可选的，所述隔离抹压膜的厚度范围为：3～15um。
可选的，所述采用第三浆料进行抹压和第二金属进行镀膜的方式，在所述隔离抹压膜上制备得到至少一个第二电极层，包括：
将重量固含量为55～90％、粘度为：3500～15000cP的第三浆料抹压在所述在所述隔离抹压膜或所述第二电极层上，得到第二抹压膜；
采用真空蒸镀或磁控溅射的方式将第二导电金属气相沉积在所述第二抹压膜上，得到第二集流体膜。
可选的，所述第二集流体膜的厚度范围为：0.5～10μm。
可选的，所述第二抹压膜的厚度范围为：3～70μm。
可选的，所述锂电池的制备方法，还包括以下至少一项：
将负极原料通过行星螺旋桨搅拌的方式，在30～50℃的温度下，制备得到负极浆料；
将正极原料通过行星螺旋桨搅拌的方式，在30～50℃的温度下，制备得到正极浆料；
将隔离原料通过行星螺旋桨搅拌的方式，在30～50℃的温度下，制备得到所述第二浆料；
其中，所述第一浆料为所述正极浆料和所述负极浆料中的一种，所述第三浆料为所述正极浆料和所述负极浆料中的另一种。
可选的，所述将所述绝缘膜以及制备得到的所述第一电极层、所述隔离抹压膜和所述第二电极层折叠，并进行电解液浸泡后，固化封装得到锂电池，包括：
将所述绝缘膜以及制备得到的所述第一电极层、所述隔离抹压膜和所述第二电极层折叠，并在真空状态下进行电解液浸泡0～4h后，在60～100℃的温度下加压0～2MPa进行固化成型，封装得到所述锂电池。
本发明的实施例的有益效果是：
上述方案中，通过金属镀膜、浆料抹压的方式制备第一电极层、隔离抹压膜和第二电极层，以保证绝缘膜与所述第一电极层之间、所述第一电极层与所述隔离抹压膜之间、所述隔离抹压膜与所述第二电极层之间、至少两个所述第一电极层之间以及至少两个所述第二电极层之间，分别采用原子或分子吸附式的无间隙接触，从而大大提高了电池充放电过程中稳定性并大量减少了中介物质，减少了导电内阻，进而解决了锂离子电池比能量低、能量密度低、比功率低、功率密度低、安全性能差、循环次数少、工作温度范围窄、千瓦时投资密度大、生产周期长的问题。
附图说明
图1表示本发明实施例的锂电池的制备方法的流程图；
图2表示本发明实施例的锂电池的结构示意图之一；
图3表示本发明实施例的锂电池的结构示意图之二；
图4表示本发明实施例的抹压装置的示意图之一；
图5表示本发明实施例的抹压装置的示意图之二。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，本发明的实施例提供了一种提电池的制备方法，包括：
步骤11：提供一绝缘膜。
可选的，绝缘膜可以采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜，厚度范围为8～15μm。
步骤12：采用第一导电金属进行镀膜和第一浆料进行抹压的方式，在所述绝缘膜上制备得到至少一个第一电极层。
可选的，上述步骤12可以具体包括：
采用真空蒸镀或磁控溅射的方式将第一导电金属气相沉积在所述绝缘膜或所述第一电极层上，得到第一集流体膜；
将重量固含量为55～90％、粘度为3500～15000cP的第一浆料抹压在所述第一集流体膜上，得到第一抹压膜，以减少各种焊接造成的接触电阻。
可选的，所述第一集流体膜的厚度范围为：0.5～10μm。所述第一抹压膜的厚度范围为：3～70μm。
例如：在第一电极层作为负极的情况下，可以采用真空蒸镀或磁控溅射的方式将纯铜(Cu)气相沉积在所述绝缘膜上，得到负极集流体膜；再将重量固含量为55～90％、粘度为3500～15000cP的360mAh/g人造石墨进行抹压烘烤在所述负极集流体膜上形成负极抹压膜。
可选的，当第一电极层为多个时，首先将采用真空蒸镀或磁控溅射的方式将第一导电金属气相沉积在所述绝缘膜上，得到第一级的第一集流体膜；再将重量固含量为55～90％、粘度为3500～15000cP的第一浆料抹压在所述第一级的第一集流体膜上，得到第一级的第一抹压膜，从而得到第一级的第一电极层。
进一步地，采用真空蒸镀或磁控溅射的方式将第一导电金属气相沉积在所述第一级的第一电极层上，得到第二级的第一集流体膜；再将重量固含量为55～90％、粘度为3500～15000cP的第一浆料抹压在所述第二级的第一集流体膜上，得到第二级的第一抹压膜，从而得到第二级的第一电极层；依此类推从而可以制备多个第一电极层。
步骤13：采用第二浆料进行抹压的方式，在所述第一电极层上制备得到隔离抹压膜。
可选的，上述步骤13可以具体包括：
将重量固含量为5～50％、粘度为500～6000cP的第二浆料抹压在所述第一电极层上，得到隔离抹压膜。
可选的，所述隔离抹压膜的厚度范围为：3～15um。
例如：将重量固含量为5～50％、粘度为500～6000cP的聚偏氟乙烯(PVDF)抹压烘烤，在所述第一电极层上形成隔离抹压膜。
步骤14：采用第三浆料进行抹压和第二导电金属进行镀膜的方式，在所述隔离抹压膜上制备得到至少一个第二电极层。
可选的，上述步骤14可以具体包括：
将重量固含量为55～90％、粘度为：3500～15000cP的第三浆料抹压在所述在所述隔离抹压膜或所述第二电极层上，得到第二抹压膜；
采用真空蒸镀或磁控溅射的方式将第二导电金属气相沉积在所述第二抹压膜上，得到第二集流体膜，以减少各种焊接造成的接触电阻。
可选的，所述第二集流体膜的厚度范围为：0.5～10μm。
可选的，所述第二抹压膜的厚度范围为：3～70μm。
例如：在第二电极层作为正极的情况下，可以将重量固含量为55～90％、粘度为3500～15000cP的163mAh/g NCM622抹压烘烤，在所述隔离抹压膜上形成正极抹压膜，再采用真空蒸镀或磁控溅射的方式将纯铝(Al)气相沉积在所述第二抹压膜上，得到正极集流体膜。
可选的，在第二电极层为多个时，首先将重量固含量为55～90％、粘度为：3500～15000cP的第三浆料抹压在所述在所述隔离抹压膜上，得到第一级的第二抹压膜；再采用真空蒸镀或磁控溅射的方式将第二导电金属气相沉积在所述第一级的第二抹压膜上，得到第一级的第二集流体膜，从而得到第一级的第二电极层。
进一步地，将重量固含量为55～90％、粘度为：3500～15000cP的第三浆料抹压在所述在所述第一级的第二集流体膜上，得到第二级的第二抹压膜；再采用真空蒸镀或磁控溅射的方式将第二导电金属气相沉积在所述第二级的第二抹压膜上，得到第二级的第二集流体膜，从而得到第二级的第二电极层，依此类推，从而可以制备得到多个第二电极层。
步骤15：将所述绝缘膜以及制备得到的所述第一电极层、所述隔离抹压膜和所述第二电极层折叠，并进行电解液浸泡后，固化封装得到锂电池。
可选的，上述步骤15可以具体包括：
将所述绝缘膜以及制备得到的所述第一电极层、所述隔离抹压膜和所述第二电极层折叠，并在真空状态下进行电解液浸泡0～4h后，在60～100℃的温度下加压0～2MPa进行固化成型，封装得到所述锂电池。
具体的，可以根据待制备的锂电池的尺寸(如：长、宽、高)以及电池容量和电压要求等参数折叠成：容量8400mAh，尺寸6mm*65mm*80mm；然后在真空状态下浸泡在电解液里0～4h后，在60～100℃温度环境中加压0～2MPa固化成型后再封装在铝塑膜中，得到锂电池。
可选的，在封装后还可以依次进行电池化成、电池高温老化、电池整形及常温老化等工艺，进而得到锂电池。
这样，按照上述工艺制成的锂电池容量8400mAh、尺寸6mm*65mm*80mm、比能量可达330～350wh/kg、能量密度可达1000～1500wh/L，循环寿命1500次、循环荷电状态(State ofCharge，SOC)达到85％以上，安全性能穿刺挤压不着火、不爆炸。
可选的，上述锂电池的制备方法，还可以包括以下至少一项：
将负极原料通过行星螺旋桨搅拌的方式，在30～50℃的温度下，制备得到负极浆料；
将正极原料通过行星螺旋桨搅拌的方式，在30～50℃的温度下，制备得到正极浆料；
将隔离原料通过行星螺旋桨搅拌的方式，在30～50℃的温度下，制备得到所述第二浆料；
其中，所述第一浆料为所述正极浆料和所述负极浆料中的一种，所述第三浆料为所述正极浆料和所述负极浆料中的另一种。
如图2和图3所示，为采用上述制备方法制备得到的锂电池，以下对本发明实施例的锂电池的制备方法进行具体说明：
本发明实施例的锂电池的制备流程依次包括：物料烘烤、电脑配料、高粘度混料制浆、金属真空镀膜、抹压成膜、抹压膜折叠、折叠抹压膜浸液固化封装、复合抹压膜电池化成、复合抹压膜电池高温老化、复合抹压膜电池整形及常温老化、复合抹压膜电池筛选入库。
工艺参数至少包括：正/负极浆料的固含量及粘度、抹压膜厚度、抹压刀具角度、折叠抹压膜浸液固化温度。
以下结合具体参数对上述锂电池的制备流程进行具体说明：
预先采用行星螺旋桨搅拌方法，搅拌温度控制在40±10℃范围，重量固含量55～90％、粘度3500～15000cP，得到高粘度的正负极浆料；以及采用行星螺旋桨搅拌方法，搅拌温度控制在40±10℃范围，重量固含量5～50％、粘度500～6000cP，得到高粘度的隔离浆料；
提供一绝缘膜21，材料可以是PET材料；
采用Cu或Ni等导电金属通过真空蒸镀或磁控溅射等方法气相沉积在绝缘膜21上，得到负极集流体膜22，厚度为0.5～10μm；
再依次采用图2所示的抹压装置将负极浆料抹压在负极集流体膜22上，得到负极抹压膜23，厚度为3～70μm；将隔离浆料抹压在负极抹压膜23上，得到隔离抹压膜24，厚度为3～15um；将正极浆料抹压在隔离抹压膜24上，得到正极抹压膜25，厚度为3～70um；
然后采用Al等导电金属通过真空蒸镀或磁控溅射等方法气相沉积在正极抹压膜25上，得到正极集流体膜26，厚度为0.5～10μm；
根据设计电池的尺寸以及电池容量和电压需求进行折叠；将折叠完毕的复合抹压膜常压或真空状态浸泡在电解液里0～4h，再将浸泡后复合抹压膜在60～100℃温度环境中加压0～2MPa固化成型后，封装在铝塑膜中；再依次经过电池化成、电池高温老化、电池整形及常温老化等工艺后制成锂电池。
可选的，该实施例中的锂电池正/负极耳联接均采用导电金属气相沉积镀膜实现，以减少各种焊接造成的接触电阻。
具体的，如图4和图5所示的抹压装置包括：抹压平台41、抹压模具42、抹压刀具43；其中，抹压平台41固定在设备基础上，抹压平台41可以采用304不锈钢平板；抹压模具42按压固定在抹压平台41上，抹压模具42可以采用304不锈钢薄片；抹压刀具43可以采用聚乙烯刮板；抹压刀具43与抹压模具42接触，通过左右运动抹压出抹压膜44(如：正极抹压膜，或负极抹压膜，或隔离抹压膜)。可选的，抹压刀具43左右运动方向的夹角为0～90°。
上述方案中，通过金属镀膜、浆料抹压的方式制备第一电极层、隔离抹压膜和第二电极层，以保证绝缘膜与所述第一电极层之间、所述第一电极层与所述隔离抹压膜之间、所述隔离抹压膜与所述第二电极层之间、至少两个所述第一电极层之间以及至少两个所述第二电极层之间，分别采用原子或分子吸附式的无间隙接触，从而大大提高了电池充放电过程中稳定性并大量减少了中介物质，减少了导电内阻，进而解决了锂离子电池比能量低、能量密度低、比功率低、功率密度低、安全性能差、循环次数少、工作温度范围窄、千瓦时投资密度大、生产周期长的问题。
在本发明的描述中，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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种锂电池的制备方法，其特征在于，包括：
提供一绝缘膜；
采用第一导电金属进行镀膜和第一浆料进行抹压的方式，在所述绝缘膜上制备得到至少一个第一电极层；
采用第二浆料进行抹压的方式，在所述第一电极层上制备得到隔离抹压膜；
采用第三浆料进行抹压和第二导电金属进行镀膜的方式，在所述隔离抹压膜上制备得到至少一个第二电极层；
将所述绝缘膜以及制备得到的所述第一电极层、所述隔离抹压膜和所述第二电极层折叠，并进行电解液浸泡后，固化封装得到锂电池；
其中，所述采用第一导电金属进行镀膜和第一浆料进行抹压的方式，在所述绝缘膜上制备得到至少一个第一电极层，包括：
采用真空蒸镀或磁控溅射的方式将第一导电金属气相沉积在所述绝缘膜或所述第一电极层上，得到第一集流体膜；
将重量固含量为55～90％、粘度为3500～15000cP的第一浆料抹压在所述第一集流体膜上，得到第一抹压膜；
其中，所述第一抹压膜是抹压刀具与抹压模具接触，并通过抹压刀具左右运动抹压得到的。
2.根据权利要求1所述的锂电池的制备方法，其特征在于，所述第一集流体膜的厚度范围为：0.5～10μm。
3.根据权利要求1所述的锂电池的制备方法，其特征在于，所述第一抹压膜的厚度范围为：3～70μm。
4.根据权利要求1所述的锂电池的制备方法，其特征在于，所述采用第二浆料进行抹压的方式，在所述第一电极层上制备得到隔离抹压膜，包括：
将重量固含量为5～50％、粘度为500～6000cP的第二浆料抹压在所述第一电极层上，得到隔离抹压膜。
5.根据权利要求4所述的锂电池的制备方法，其特征在于，所述隔离抹压膜的厚度范围为：3～15um。
6.根据权利要求1所述的锂电池的制备方法，其特征在于，所述采用第三浆料进行抹压和第二金属进行镀膜的方式，在所述隔离抹压膜上制备得到至少一个第二电极层，包括：
将重量固含量为55～90％、粘度为：3500～15000cP的第三浆料抹压在所述隔离抹压膜或所述第二电极层上，得到第二抹压膜；
采用真空蒸镀或磁控溅射的方式将第二导电金属气相沉积在所述第二抹压膜上，得到第二集流体膜。
7.根据权利要求6所述的锂电池的制备方法，其特征在于，所述第二集流体膜的厚度范围为：0.5～10μm。
8.根据权利要求6所述的锂电池的制备方法，其特征在于，所述第二抹压膜的厚度范围为：3～70μm。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的锂电池的制备方法，其特征在于，还包括以下至少一项：
将负极原料通过行星螺旋桨搅拌的方式，在30～50℃的温度下，制备得到负极浆料；
将正极原料通过行星螺旋桨搅拌的方式，在30～50℃的温度下，制备得到正极浆料；
将隔离原料通过行星螺旋桨搅拌的方式，在30～50℃的温度下，制备得到所述第二浆料；
其中，所述第一浆料为所述正极浆料和所述负极浆料中的一种，所述第三浆料为所述正极浆料和所述负极浆料中的另一种。
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