CN111416100A - 一种电芯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种电芯的制备方法，可解决现有的制备方法导致电池的能量密度不稳定及加工过程存在风险的技术问题。包括以下步骤：使用金属箔材作为负极或正极集流体，在集流体上均匀的涂布一层负极或正极材料；将粘结剂分散或溶解于相应的溶剂中，配置成具有设定固含量的粘结剂悬浊液或溶液；在制备的极片边缘露金属箔处均匀的涂覆一层粘结剂，烘箱中烘干；最后该负极或正极极片经处理后与对应的正极或负极、隔膜、电解液组装成锂离子电芯。本发明通过粘结剂的引入，覆盖了箔材表面，有效的防止了负极边缘析锂的风险，提高了电芯的安全性能；在安全性能提升的同时，可以降低负极的过量比，降低负极的使用量，并提升电芯能量密度，同时提高了生产效率。

Description

一种电芯的制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种电芯的制备方法。
背景技术
锂离子电池是目前商业化二次电池中能量密度最高的电池体系，商品化锂离子电池具有良好循环性和使用安全性，它在通讯、交通、电子设备、工业产品等领域获得了大量的应用，并且快速的获得更大的市场。
在电池容量设计中，一个重要的标准就是负极必须比正极具有更大的可逆容量。尽管负极容量更小时，电池可能有有一些优势，比如电池容量大，但是，充电过程中可能会出现锂在负极表面沉积产生枝晶导致安全问题。并且电池在使用过程中负极的容量衰减一般都会高于正极，因此在电池的设计过程中一般会保证负极的容量高于正极，即N/P比＞1（所谓的N/P比其实也有另外一种说法叫CB（Cell Balance）），根据电芯的设计，现有的3C产品一般设计为1.04~1.08，而动力电池类则会更高，基本都在1.12~1.20。但是从能量密度的角度而言，多余的负极部分不仅浪费材料，也降低了能量密度。
在追求高能量密度时，各个电池、材料厂家不断的提高正负极材料的克容量、压实密度、负载量等；集流体、隔膜则不断的进行减重、减薄。然而集流体在不断进行减薄及负载量不断提高的过程中，其加工性能则相应的出现明显的风险，包括涂布、辊压后集流体打皱、断带等问题。
为防止正负极及相应的正负极集流体因短路导致的安全问题，所以需要在电芯设计方面要求Overhang设计（Overhang是指负极极片长度和宽度方向多出正负极极片之外的部分，以及隔膜长度和宽度方向多出负极极片）。但是过多的Overhang与高的N/P比一样会造成材料的浪费，及降低电池的能量密度。
发明内容
本发明提出的一种电芯的制备方法，可解决现有的制备方法导致电池的能量密度不稳定及加工过程存在风险的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种电芯的制备方法，包括以下步骤：
（1）使用金属箔材作为负极（或正极）集流体，在集流体上均匀的涂布一层负极（或正极）材料；
（2）将适量的粘结剂分散或溶解于相应的溶剂中，配置成具有一定固含量的粘结剂悬浊液或溶液；
（3）然后在步骤（1）制备的极片边缘露金属箔处均匀的涂覆一层步骤（2）中的粘结剂，烘箱中烘干；
（4）最后该负极（或正极）极片经辊压、分切等工序后与对应的正极（或负极）、隔膜、电解液等组装成锂离子电芯；
进一步的，所述的负极金属箔材包括金属铜箔、镍箔、合金箔等可适用于负极的箔材。
进一步的，所述的正极金属箔材包括金属铝箔等可适用于正极的箔材。
进一步的，所述的金属箔材厚度5um~20um。
进一步的，所述的负极材料包括石墨负极、纯硅负极、纯SiO负极、纯SiC负极、硅-石墨混合负极、SiO-石墨负极、SiC-石墨负极、硅合金负极、纯锡负极或锡合金负极。
进一步的，所述电芯体系正极对应的为磷酸铁锂（LFP）、三元（NCM）、钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）、镍酸锂（LNO）、钒酸锂（LVO）等。
进一步的，所述粘结剂包括聚偏（二）氟乙烯（PVDF）、羧甲基纤维素钠（CMC）、丁苯橡胶（SBR）、聚丙烯酸（PAA）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚酰亚胺（PI）、聚酰胺酰亚胺（PAI）、海藻酸钠（Alg）、羧甲基壳聚糖（C-chitosan）、氧化淀粉（Oxidized starch, OS）、瓜尔豆胶（Guar gum, GG）等及由该类粘结剂经改性所得到的衍生物等。
进一步的，根据不同的粘结剂选择，所述粘结剂溶剂为水、氮甲基吡咯烷酮（NMP）、N, N-二甲基甲酰胺（DMF）、异丙醇等。
进一步的，其特征在于：根据不同的粘结剂选择，所述粘结剂固含量为1.5%~50%。
进一步的，根据实际粘结剂固含量不同，所述粘结剂厚度为经干燥后的厚度，优选的为5um~50um，特别优选的10~30um。
进一步的，所述电芯设计，其负极过量比（Negative/Positive, N/P比或CellBalance, CB）为1.00~1.50，优选的1.02~1.08。
进一步的，根据组装工序的能力，所述电芯设计，其负极涂布区域长宽方向比正极长（Overhang）0mm~5mm，优选的0mm~1mm。
由上述技术方案可知，本发明的电芯的制备方法具有以下有益效果：
本发明可以避免箔材在使用时边缘打皱的现象，提升组装过程中的直通率；粘结剂的引入，覆盖了箔材表面，有效的防止了负极边缘析锂的风险，提高了电芯的安全性能；在安全性能提升的同时，可以降低负极的过量比，降低负极的使用量，并提升电芯能量密度，同时减小了电芯在组装过程存在的“负极盖不住正极”，以及边缘短路等现象，提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明的结构示意图；
图中：11-正极（或负极）集流体，12-正极（或负极）涂覆材料，13-粘结剂涂层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本实施例所述的电芯的制备方法，包括以下步骤：
S100、使用金属箔材作为负极或正极集流体，在集流体上均匀的涂布一层负极或正极材料；
S200、将粘结剂分散或溶解于相应的溶剂中，配置成具有设定固含量的粘结剂悬浊液或溶液；
S300、在S100制备的极片边缘露金属箔处均匀的涂覆一层S200中的粘结剂，烘箱中烘干；
S400、最后该负极或正极极片经处理后与对应的正极或负极、隔膜、电解液组装成锂离子电芯。
其中，
所述S100中金属箔材厚度为5um~20um。
所述S200中粘结剂包括聚偏（二）氟乙烯（PVDF）、羧甲基纤维素钠（CMC）、丁苯橡胶（SBR）、聚丙烯酸（PAA）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚酰亚胺（PI）、聚酰胺酰亚胺（PAI）、海藻酸钠（Alg）、羧甲基壳聚糖（C-chitosan）、氧化淀粉（Oxidized starch, OS）、瓜尔豆胶（Guargum, GG）及由该类粘结剂经改性所得到的衍生物。
所述粘结剂溶剂为水、氮甲基吡咯烷酮（NMP）、N, N-二甲基甲酰胺（DMF）、异丙醇。
所述S200中粘结剂固含量为1.5%~50%。
所述S200中粘结剂厚度为经干燥后的厚度为优选的为5um~50um，特别优选的10~30um。
所述S400中其负极过量比Negative/Positive, N/P比或Cell Balance, CB为1.00~1.50，优选的1.02~1.08。
所述S400中其负极涂布区域长宽方向比正极长（Overhang）0mm~5mm，优选的0mm~1mm。
所述S100中的负极材料包括石墨负极、纯硅负极、纯SiO负极、纯SiC负极、硅-石墨混合负极、SiO-石墨负极、SiC-石墨负极、硅合金负极、纯锡负极或锡合金负极。
所述S100中正极材料为磷酸铁锂（LFP）、三元（NCM）、钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）、镍酸锂（LNO）、钒酸锂（LVO）。
以下具体举例说明：
实施例1：
使用5um的金属铜箔作为负极集流体，并均匀的涂覆一层石墨负极浆料，涂布烘箱中烘干；将水性的PAA溶解于水中，制成固含量为40%的溶液，均匀的涂覆于边缘露金属箔处，烘箱中烘干，最后进行辊压、分切等处理；将对应的磷酸铁锂正极以N/P比为1.0，Overhang为0mm，组装成电池。
实施例2：
使用8um的金属铝箔作为负极集流体，并均匀的涂覆一层镍钴锰酸锂（NCM622）正极浆料，涂布烘箱中烘干；将油性的PVDF溶解于NMP中，制成固含量为7%的溶液，均匀的涂覆于边缘露金属箔处，烘箱中烘干，最后进行辊压、分切等处理；将对应的氧化亚硅负极以N/P比为1.08，Overhang为1mm，组装成电池。
实施例3：
使用8um的金属铜箔作为负极集流体，并均匀的涂覆一层石墨负极浆料，涂布烘箱中烘干；将水性的PI溶解于NMP中，制成固含量为15%的溶液，均匀的涂覆于边缘露金属箔处，烘箱中烘干，最后进行辊压、分切等处理；使用12um的金属铝箔作为负极集流体，并均匀的涂覆一层镍钴锰酸锂（NCM622）正极浆料，涂布烘箱中烘干；将油性的PVDF溶解于NMP中，制成固含量为7%的溶液，均匀的涂覆于边缘露金属箔处，烘箱中烘干，最后进行辊压、分切等处理；将正负极以N/P比为1.05，Overhang为0.5mm，组装成电池。
需要说明的是，本发明虽然只以石墨、SiO作为负极活性材料，以磷酸铁锂、镍钴锰酸锂作为正极活性材料进行实施例验证，但是本领域的技术人员还可以使用其他一些常用的正极或负极材料。
综上所述，本发明实施例可以避免箔材在使用时边缘打皱的现象，提升组装过程中的直通率；粘结剂的引入，覆盖了箔材表面，有效的防止了负极边缘析锂的风险，提高了电芯的安全性能；在安全性能提升的同时，可以降低负极的过量比，降低负极的使用量，并提升电芯能量密度，同时减小了电芯在组装过程存在的“负极盖不住正极”，以及边缘短路等现象，提高了生产效率。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电芯的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S100、使用金属箔材作为负极或正极集流体，在集流体上均匀的涂布一层负极或正极材料；
S200、将粘结剂分散或溶解于相应的溶剂中，配置成具有设定固含量的粘结剂悬浊液或溶液；
S300、在S100制备的极片边缘露金属箔处均匀的涂覆一层S200中的粘结剂，烘箱中烘干；
S400、最后该负极或正极极片经处理后与对应的正极或负极、隔膜、电解液组装成锂离子电芯。
2.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于：所述S100中金属箔材厚度为5um~20um。
3.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于：所述S200中粘结剂包括聚偏（二）氟乙烯（PVDF）、羧甲基纤维素钠（CMC）、丁苯橡胶（SBR）、聚丙烯酸（PAA）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚酰亚胺（PI）、聚酰胺酰亚胺（PAI）、海藻酸钠（Alg）、羧甲基壳聚糖（C-chitosan）、氧化淀粉（Oxidized starch, OS）、瓜尔豆胶（Guar gum, GG）及由该类粘结剂经改性所得到的衍生物。
4.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于：所述粘结剂溶剂为水、氮甲基吡咯烷酮（NMP）、N, N-二甲基甲酰胺（DMF）、异丙醇。
5.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于：所述S200中粘结剂固含量为1.5%~50%。
6.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于：所述S200中粘结剂厚度为经干燥后的厚度为5um~50um。
7.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于：所述S400中其负极过量比Negative/Positive, N/P比或Cell Balance, CB为1.00~1.50。
8.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于：所述S400中其负极涂布区域长宽方向比正极长（Overhang）0mm~5mm。
9.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于：所述S100中的负极材料包括石墨负极、纯硅负极、纯SiO负极、纯SiC负极、硅-石墨混合负极、SiO-石墨负极、SiC-石墨负极、硅合金负极、纯锡负极或锡合金负极。
10.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于：所述S100中正极材料为磷酸铁锂（LFP）、三元（NCM）、钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）、镍酸锂（LNO）、钒酸锂（LVO）。
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