CN111613770A - 一种锂离子电池极片 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池极片，包括集流体(1)，其特征在于：在集流体(1)两侧由内而外依次设置有第一涂覆层(2)、第二涂覆层(3)，第一涂覆层(2)的压实密度大于第二涂覆层(3)的压实密度，第二涂覆层(3)的粘结剂含量比第一涂覆层(2)的粘结剂含量高0.5％‑1％。本发明能够降低极片极化、提高锂离子嵌入脱出速率、提升倍率和低温性能，有效抑制极片反弹，抑制循环过程中表层活性物质膨胀导致的颗粒破碎的锂离子电池极片。

Description

一种锂离子电池极片
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池极片。
背景技术
除了活性物质的固有属性，电极的微观结构对锂离子电池的能量密度和电化学性能有着重要的影响。高的压实度能够提高电池的能量密度，使颗粒之间更好的接触，形成更好的导电网络，有利于电子电导。传统锂离子电池极片由于在一次冷压的过程中，走带速度较快，在极片垂直方向的压力不均匀，导致垂直于极片由集流体指向表面的压实密度增大，即表面的涂覆层压实密度较大，孔隙率较小，而紧邻箔材两侧的涂覆层压实密度较小，孔隙率较大。这不利于锂离子向内层扩散，使得极片的极化较大。并且一次冷压表面涂覆层由于受到的更大的压力，外层活性物质更易破碎，极片的反弹也会较大，不利于能量密度和循环性能的提高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种降低极片极化、提高锂离子嵌入脱出速率、提升倍率和低温性能，有效抑制极片反弹，抑制循环过程中表层活性物质膨胀导致的颗粒破碎的锂离子电池极片。
本发明的技术方案为：
一种锂离子电池极片，包括集流体(1)，在集流体(1)两侧由内而外依次设置有第一涂覆层(2)、第二涂覆层(3)，第一涂覆层(2)的压实密度大于第二涂覆层(3)的压实密度，第二涂覆层(3)的粘结剂含量比第一涂覆层(2)的粘结剂含量高0.5％-1％。
进一步地，集流体(1)为负极集流体，并采用以下步骤制备负极极片：
步骤(1)第一涂覆层负极浆料的制备：将一定量的负极活性物质、导电剂、负极粘结剂依次加入水中搅拌，调节粘度后，抽真空搅拌，得到第一涂覆层负极浆料；
步骤(2)第一涂覆层涂布：将步骤(1)所得的第一涂覆层负极浆料涂布在负极集流体上，先涂负极集流体一侧而后涂负极集流体另一侧，得到第一涂覆层预处理极片；涂布时的带速为5m/mim，第一节烘箱温度为30-35℃，第二节烘箱温度为40-45℃。
步骤(3)第一涂覆层后处理：将步骤(2)所得的第一涂覆层预处理极片在冷压机上冷压，冷压后以带速为10m/min的速度通过40℃三米长的烘箱热处理，加速极片的反弹，得到第一涂覆层极片；
步骤(4)第二涂覆层负极浆料的制备：将一定量的负极活性物质、导电剂、负极粘结剂依次加入水中搅拌，调节粘度后，抽真空搅拌，得到第二涂覆层负极浆料；
步骤(5)第二涂覆层涂布：将步骤(4)所得的第二涂覆层负极浆料涂布在步骤(3)所得的第一涂覆层极片上，先涂负极集流体一侧而后涂负极集流体另一侧，得到第二涂覆层预处理极片；涂布时的带速为6m/mim，第一节烘箱温度为45-55℃，第二节烘箱温度为50-60℃；
步骤(6)第二涂覆层后处理：将步骤(5)所得的第二涂覆层预处理极片在冷压机上冷压，并得到负极极片。
进一步地，集流体(1)为正极集流体，并采用以下步骤制备正极极片：
步骤(1)第一涂覆层正极浆料的制备：将正极活性物质、导电剂、正极粘结剂按照一定质量比例混合搅拌，调节粘度，得到第一涂覆层正极浆料；
步骤(2)第一涂覆层涂布：将步骤(1)所得的第一涂覆层正极浆料涂布在正极集流体上，先涂正极集流体一侧而后涂正极集流体另一侧，得到第一涂覆层预处理极片；涂布时的带速为5m/mim，第一节烘箱温度为70-75℃，第二节烘箱温度为90-95℃；
步骤(3)第一涂覆层后处理：将步骤(2)所得的第一涂覆层预处理极片在冷压机上冷压，压实密度为3.5g/cm3，冷压后以带速为10m/min的速度通过40℃三米长的烘箱热处理，并得到第一涂覆层极片；
步骤(4)第二涂覆层正极浆料的制备：将正极活性物质、导电剂、正极粘结剂按照一定质量比例混合搅拌，调节粘度，得到第二涂覆层正极浆料；
步骤(5)第二涂覆层涂布：将步骤(4)所得的第二涂覆层正极浆料涂布在步骤(3)所得的第一涂覆层极片上，先涂正极集流体一侧而后涂正极集流体另一侧，得到第二涂覆层预处理极片；涂布时的带速为6m/mim，第一节烘箱温度为70-75℃，第二节烘箱温度为90-95℃；
步骤(6)第二涂覆层后处理：将步骤(5)所得的第二涂覆层预处理极片在冷压机上冷压，并得到正极极片。
进一步地，正极活性物质为LiCoxNiyMnzO2、LiCoxNiyAlzO2、钴酸锂、磷酸亚铁锂、磷酸锰锂、锰酸锂中一种或几种；其中x+y+z＝1。
进一步地，负极活性物质为人造石墨、天然石墨、硬碳、硅碳、锡碳、石墨烯中一种或几种。
本发明的有益效果为：
1.本发明通过合理的两次压实，相对一次压实，可以有效提高压实密度同时保证表面的活性物质不被压裂，并且通过第一次压实后的热处理，加速反弹后再进行第二层的涂覆和压实，有效的减小了反弹，有利于控制电芯装车时的厚度。
2.表面涂覆层相比内层高的粘结剂含量能够有效的抑制在循环过程中活性物质的膨胀导致的颗粒破碎。
3.本发明得到了一种由底层涂覆层到外层压实密度降低的结构，即由第一涂覆层到第二涂覆层孔隙率逐渐增加，该结构可以有效的降低极片的极化，提高电池的倍率性能和低温下的性能。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
其中，1：集流体，2：第一涂覆层，3：第二涂覆层。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种锂离子电池极片，包括集流体(1)，在集流体(1)两侧由内而外依次设置有第一涂覆层(2)、第二涂覆层(3)，第一涂覆层(2)的压实密度大于第二涂覆层(3)的压实密度，即向远离集流体的涂覆层孔隙率逐渐增大(第二涂覆层(3)的孔隙率大于第一涂覆层(2)的孔隙率)，第二涂覆层(3)的粘结剂含量比第一涂覆层(2)的粘结剂含量高0.5％-1％。
实施例1：
实施例1为制备负极极片，其中负极集流体为9μm铜箔。第一涂覆层(2)压实密度为1.75g/cm3，第一涂覆层的粘结剂含量为2.5％。第二涂覆层(2)的压实密度为1.7g/cm3，第二涂覆层的粘结剂含量为3.0％。
实施例1中第一涂覆层和第二涂覆层的厚度均为70μm。
具体制作方法如下：
步骤(1)胶液制备：
S11:加入2000g水。
S12:加入粘结剂打胶，得到胶液。
步骤(2)第一涂覆层负极浆料的制备：
S21:分散粉料，加入1349.6g负极活性物质和14g第一导电剂(如点状导电剂)；
S22:再加入700g第二导电剂浆料(如线状导电剂浆料)，搅拌1h，直至浆料粘稠，并有球状颗粒出现。
S23：再加入85g步骤(1)所得的胶液，搅拌1h，直至浆料粘稠，并有爬杆现象。
S24：再加入794.4g步骤(1)所得的胶液，并搅拌3h；
S25：根据浆料状态加入适量水，调节粘度，抽真空搅拌4-5h，除气泡，得到第一涂覆层负极浆料。
步骤(3)第一涂覆层涂布：
S31：将步骤(2)所得的第一涂覆层负极浆料涂布在负极集流体上，先涂负极集流体一侧而后涂负极集流体另一侧，得到第一涂覆层预处理极片。涂布时的带速为5m/mim，第一节烘箱温度为30-35℃，第二节烘箱温度为40-45℃。
步骤(4)第一涂覆层后处理：
S41:将步骤(3)所得的第一涂覆层预处理极片在冷压机上冷压，冷压后以带速为10m/min的速度通过(任意)一个40℃烘箱(如40℃三米长烘箱)热处理，以加速第一涂覆层预处理极片的反弹，并得到第一涂覆层极片。
步骤(5)第二涂覆层负极浆料的制备：
S51:分散粉料，加入1345.4g负极活性物质和14g第一导电剂(如点状导电剂)，
S52:再加入700g第二导电剂浆料(如线状导电剂浆料)，搅拌1h，直至浆料粘稠，并有球状颗粒出现。
S53：加入80g步骤(1)所得的胶液，搅拌1h，直至浆料粘稠，并有爬杆现象。
S54：再加入904.9g步骤(1)所得的胶液，搅拌3h；
S55：根据浆料状态加入适量水，调节粘度，抽真空搅拌4-5h，除气泡，得到第二涂覆层负极浆料。
步骤(6)第二涂覆层涂布：
S61:将步骤(5)所得的第二涂覆层负极浆料涂布在步骤(4)所得的第一涂覆层极片上，先涂负极集流体一侧而后涂负极集流体另一侧，得到第二涂覆层预处理极片。涂布时的带速为6m/mim，第一节烘箱温度为45-55℃，第二节烘箱温度为50-60℃。
步骤(7)第二涂覆层后处理：
将步骤(6)所得的第二涂覆层预处理极片在冷压机上冷压，并得到负极极片。
实施例2
实施例2为制备正极极片，其中正极集流体为15μm铝箔。第一涂覆层压实密度为3.5g/cm3，第一涂覆层的粘结剂含量为2.5％。第二涂覆层的压实密度为3.3g/cm3，第二涂覆层的粘结剂含量为3.0％。实施例2中第一涂覆层和第二涂覆层的厚度均为60μm。
具体制作方法如下：
步骤(1)胶液制备：
S11:加入2000gNMP。
S12:加入粘结剂打胶，得到胶液。
步骤(2)第一涂覆层正极浆料的制备：
S21:将PVDF溶于NMP溶剂中，搅拌3-4小时，制备成质量百分数(固含量)为7％的胶液，然后将导电剂、正极活性物质NCA加入质量百分数为7％的胶液中，其中NCA：导电剂：PVDF的质量比例为95％：2.5％：2.5％，高速搅拌2小时后，调节粘度为2000mPa·s，得到第一涂覆层正极浆料。
步骤(3)第一涂覆层涂布：
S31：将步骤(2)所得的第一涂覆层正极浆料涂布在正极集流体上，先涂正极集流体一侧而后涂正极集流体另一侧，得到第一涂覆层预处理极片。涂布时的带速为5m/mim，第一节烘箱温度为70-75℃，第二节烘箱温度为90-95℃。
步骤(4)第一涂覆层后处理：
S41:将步骤(3)所得的第一涂覆层预处理极片在冷压机上冷压，压实密度为3.5g/cm3，冷压后以带速为10m/min的速度通过(任意)一个40℃烘箱(如40℃三米长烘箱)热处理，以加速第一涂覆层预处理极片的反弹，并得到第一涂覆层极片。
步骤(5)第二涂覆层正极浆料的制备：
S51:将PVDF溶于NMP溶剂中，搅拌3-4小时，制备成质量百分数(固含量)为7％的胶液，然后将导电剂、正极活性物质NCA加入质量百分数为7％的胶液中，其中NCA：导电剂：PVDF的质量比例为94.5％：2.5％：3％，高速搅拌2小时后，调节粘度为2000mPa·s，得到第二涂覆层正极浆料。
步骤(6)第二涂覆层涂布：
S61:将步骤(5)所得的第二涂覆层正极浆料涂布在步骤(4)所得的第一涂覆层极片上，先涂正极集流体一侧而后涂正极集流体另一侧，得到第二涂覆层预处理极片。涂布时的带速为6m/mim，第一节烘箱温度为70-75℃，第二节烘箱温度为90-95℃。
步骤(7)第二涂覆层后处理：
将步骤(6)所得的第二涂覆层预处理极片在冷压机上冷压，并得到正极极片。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (5)

1.一种锂离子电池极片，包括集流体(1)，其特征在于：在集流体(1)两侧由内而外依次设置有第一涂覆层(2)、第二涂覆层(3)，第一涂覆层(2)的压实密度大于第二涂覆层(3)的压实密度，第二涂覆层(3)的粘结剂含量比第一涂覆层(2)的粘结剂含量高0.5％-1％。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池极片，其特征在于：集流体(1)为负极集流体，并采用以下步骤制备负极极片：
步骤(1)第一涂覆层负极浆料的制备：将一定量的负极活性物质、导电剂、负极粘结剂依次加入水中搅拌，调节粘度后，抽真空搅拌，得到第一涂覆层负极浆料；
步骤(2)第一涂覆层涂布：将步骤(1)所得的第一涂覆层负极浆料涂布在负极集流体上，先涂负极集流体一侧而后涂负极集流体另一侧，得到第一涂覆层预处理极片；涂布时的带速为5m/mim，第一节烘箱温度为30-35℃，第二节烘箱温度为40-45℃。
步骤(3)第一涂覆层后处理：将步骤(2)所得的第一涂覆层预处理极片在冷压机上冷压，冷压后以带速为10m/min的速度通过40℃烘箱热处理，得到第一涂覆层极片；
步骤(4)第二涂覆层负极浆料的制备：将一定量的负极活性物质、导电剂、负极粘结剂依次加入水中搅拌，调节粘度后，抽真空搅拌，得到第二涂覆层负极浆料；
步骤(5)第二涂覆层涂布：将步骤(4)所得的第二涂覆层负极浆料涂布在步骤(3)所得的第一涂覆层极片上，先涂负极集流体一侧而后涂负极集流体另一侧，得到第二涂覆层预处理极片；涂布时的带速为6m/mim，第一节烘箱温度为45-55℃，第二节烘箱温度为50-60℃；
步骤(6)第二涂覆层后处理：将步骤(5)所得的第二涂覆层预处理极片在冷压机上冷压，并得到负极极片。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池极片，其特征在于：集流体(1)为正极集流体，并采用以下步骤制备正极极片：
步骤(1)第一涂覆层正极浆料的制备：将正极活性物质、导电剂、正极粘结剂按照一定质量比例混合搅拌，调节粘度，得到第一涂覆层正极浆料；
步骤(2)第一涂覆层涂布：将步骤(1)所得的第一涂覆层正极浆料涂布在正极集流体上，先涂正极集流体一侧而后涂正极集流体另一侧，得到第一涂覆层预处理极片；涂布时的带速为5m/mim，第一节烘箱温度为70-75℃，第二节烘箱温度为90-95℃；
步骤(3)第一涂覆层后处理：将步骤(2)所得的第一涂覆层预处理极片在冷压机上冷压，压实密度为3.5g/cm3，冷压后以带速为10m/min的速度通过40℃烘箱热处理，并得到第一涂覆层极片；
步骤(4)第二涂覆层正极浆料的制备：将正极活性物质、导电剂、正极粘结剂按照一定质量比例混合搅拌，调节粘度，得到第二涂覆层正极浆料；
步骤(5)第二涂覆层涂布：将步骤(4)所得的第二涂覆层正极浆料涂布在步骤(3)所得的第一涂覆层极片上，先涂正极集流体一侧而后涂正极集流体另一侧，得到第二涂覆层预处理极片；涂布时的带速为6m/mim，第一节烘箱温度为70-75℃，第二节烘箱温度为90-95℃；
步骤(6)第二涂覆层后处理：将步骤(5)所得的第二涂覆层预处理极片在冷压机上冷压，并得到正极极片。
4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池极片，其特征在于：正极活性物质为LiCoxNiyMnzO2、LiCoxNiyAlzO2、钴酸锂、磷酸亚铁锂、磷酸锰锂、锰酸锂中一种或几种；其中x+y+z＝1。
5.根据权利要求2所述的一种锂离子电池极片，其特征在于：负极活性物质为人造石墨、天然石墨、硬碳、硅碳、锡碳、石墨烯中一种或几种。
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