CN111864185A - 一种锂离子电池正极的制作方法 - Google Patents

一种锂离子电池正极的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池正极的制作方法，包括以下步骤：步骤一：在多孔铝箔的第一面涂覆正极浆料，所涂覆正极浆料的量不大于单面设计面密度所需正极浆料的1/3，烘干；步骤二：在多孔铝箔的第二面涂覆正极浆料，所涂覆正极浆料的量不大于单面设计面密度所需正极浆料的1/3，烘干；步骤三：在多孔铝箔的第一面涂覆上所需余量的正极浆料，烘干；步骤四：在多孔铝箔的第二面涂覆上所需余量的正极浆料，烘干。本发明通过分次交替在多孔铝箔的两面涂覆并烘干正极浆料，使得涂覆时不漏料，浆料与铝箔形成了有效的嵌合，粘结性能较好，由此制成的正极具有较高的压实密度。本发明的方法操作简单，有效提升了电池的容量、倍率性能和循环性能。

Description

一种锂离子电池正极的制作方法
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池正极的制作方法。
背景技术
目前，新能源和新材料技术是全球各国积极发展的方向，其中锂离子电池技术是目前技术成熟度高、使用广泛的储能技术，尤其在纯电动汽车领域发挥着重要作用。为了提高车辆的续航里程，就必须提高电池的能量密度。在现有电池材料克容量已经很难再提高的前提下，使用多孔铝箔作为锂离子电池集流体可以直接有效提高电池极片的压实密度，进而提高锂离子电池的容量；另外，由于使用多孔铝箔也可以有效提升电池的倍率性能，目前已有部分电池企业使用多孔铝箔，其使用方法是直接将所需量的所有正极浆料一次涂覆在多孔铝箔集流体上。这种涂覆方法容易在涂覆过程中出现背面漏料、浆料与铝箔粘结不牢等问题，还会在电池循环过程中发生掉料等情况，实际效果并不好。
发明内容
本发明的目的是：提供一种锂离子电池正极的制作方法，解决用多孔铝箔做集流体涂覆浆料时漏料、浆料与多孔铝箔粘结不牢的问题。
本发明的技术方案是：
一种锂离子电池正极的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：在多孔铝箔的第一面涂覆正极浆料，所涂覆正极浆料的量不大于单面设计面密度所需正极浆料的1/3；然后烘干；
步骤二：在多孔铝箔的第二面涂覆正极浆料，所涂覆正极浆料的量不大于单面设计面密度所需正极浆料的1/3；然后烘干；
步骤三：在多孔铝箔的第一面涂覆上所需余量的正极浆料，然后烘干；
步骤四：在多孔铝箔的第二面涂覆上所需余量的正极浆料，然后烘干。
在本发明的锂离子电池正极的制作方法中，使用多孔铝箔做为正极集流体，在步骤一中先在多孔铝箔的第一面涂覆不大于单面设计面密度所需正极浆料量的1/3、烘干，这样使得这部分正极浆料先填充在多孔铝箔的孔隙内与铝箔形成嵌合。这种正极浆料与铝箔的嵌合，第一，加强了正极浆料与铝箔的结合力；其次，先在多孔铝箔的孔隙中填充正极材料并烘干，使得接下来进行的第二面正极浆料的涂覆有所承托，不漏料；再者，这种涂覆方法使得正极浆料致密地填充在了多孔铝箔的孔隙内，增加了正极活性物质的填充量，同时也提高了由此制成的正极极片的压实密度。
在本发明的锂离子电池正极的制作方法步骤二中，在多孔铝箔的第二面进行不大于单面设计面密度所需正极浆料的1/3后烘干，步骤一和步骤二中两次的涂覆和烘干，使得正极浆料和多孔铝箔形成了“工”字形的嵌合结构，正极浆料均匀且牢固地先与铝箔结合在一起，这样在步骤三和步聚四中进行的余量正极浆料的涂覆有所承托。并且，本发明的方法中，分四次交替进行第一面和第二面的正极浆料的涂覆和烘干，使得两面的浆料张力平衡，浆料和铝箔结合更牢，正极活性物质更不容易在电池的充放电过程中从集流体上脱落，从而使得由此种电池正极制备的电池循环性能更好。
优选地，所述多孔铝箔的孔隙率为10％-20％，孔径大小为0.25mm-0.4mm。采用这样的多孔铝箔可以一方面保证铝箔与正极浆料之间形成数量适中且牢固的“工”字形的嵌合，另一方面也可以保证具有较好的集流体电子导电性，使得锂离子电池的内阻达到最低，充放电容量高。如果孔隙率大于20％，会使铝箔基体材料减少而影响电极的电子导电性。
优选地，所述烘干均为红外烘干。使用红外烘干由于是由内而外加热，烘干速度快、效率高，避免在湿浆时涂覆的浆料在外力作用下的流淌、脱落或变形，尤其是在步骤一和步骤二中使用红外烘干，可以使得位于铝箔孔隙中的浆料迅速在孔隙中固化，将铝箔与正极材料形成一个较为平整的整体，从而使得接下来进行的浆料涂覆有所承托，并且平整，使所得的极片活性物质更加致密。
优选地，在所述步骤一和所述步骤二中，同一步骤中所述涂覆与所述烘干之间的时间间隔均不大于3/4秒。保证在以上时间内进行烘干，可以有效地避免在湿浆时涂覆浆料在外力作用下的流淌、脱落或变形，使所得的极片活性物质层更加致密。过长的时间间隔，会引起涂覆在多孔铝箔孔隙中的正极浆料下沉而变形，从而产生漏料或是不平整，影响后续浆料涂覆的质量。
优选地，所述正极浆料的粘度为7000mPa.s—9000mPa.s。本发明采用此粘度的正极浆料，便于快速涂均且更不易漏料，有效防止多孔铝箔的第一面在第一次涂覆过程中出现背面渗料，且操作方便，所制得的正极极片压实密度高。
本发明的有益效果是：
本发明通过分次交替在多孔铝箔的两面涂覆并烘干正极浆料，使得涂覆时不漏料，浆料与铝箔形成了有效的嵌合，浆料与集流体粘结性能较好，由此制成的正极具有较高的压实密度，并且操作简单，有效提升了电池的容量、倍率性能和循环性能。
附图说明
图1为本发明的实施例1至实施例4以及对比例1的500次循环测试容量保持率曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细说明。
本发明的以下各实施例及对比例中所用的正极浆料制备如下：
将正极材料磷酸铁锂、粘结剂聚偏氟乙烯、导电碳黑按质量比96:2:2混合，加入溶剂N-甲基吡咯烷酮调成粘度在7000～9000mpa.s的浆料。
实施例1
一、制作一种锂离子电池正极，
本实施例使用上述制作的正极浆料进行涂覆，浆料粘度为7000mPa.s，步骤如下：
步骤一：使用孔隙率为10％、孔径为0.25mm的多孔铝箔。在多孔铝箔的第一面涂覆正极浆料，所涂覆正极浆料的量为单面设计面密度所需正极浆料的1/4；然后用红外烘干，其中，涂布机头距离红外烘干设备的距离为0.7m，涂布及极片向所述红外烘干设备的行进速度为100m/min。
步骤二：在多孔铝箔的第二面涂覆正极浆料，所涂覆正极浆料的量为单面设计面密度所需正极浆料的1/4；然后红外烘干；其中，涂布机头距离红外烘干设备的距离为0.7m，涂布及极片向所述红外烘干设备的行进速度为100m/min。
步骤三：在多孔铝箔的第一面涂覆上所需余量的正极浆料，然后用和步骤一中相同的方法烘干；
步骤四：在多孔铝箔的第二面涂覆上所需余量的正极浆料，然后用和步骤一中相同的方法烘干，辊压。
二、电池制作：
以石墨为负极，1mol/L LiPF6为电解液(溶剂为碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯以质量比为1:1的混合液)，组装成标称容量为10Ah的锂离子电池。
三、电池性能检测：
1、电池内阻测试：
将上述制作的电池在25±5℃、50％SOC下进行直流内阻测试，测试结果见表1。
2、电池容量测试：
在25±5℃下，对电池进行容量测试和循环500次循环容量保持率测试：
2.1、容量测试：
①将电池1C恒流充电到电压达到3.65V后转为恒压充电，当电流减小到0.05C时停止；搁置10min；以1C恒流放电到2.5V；记录放电容量即为电池的1C容量，测试结果见表1。
②将电池2C恒流充电到电压达到3.65V后转为恒压充电，当电流减小到0.05C时停止；搁置10min；以2C恒流放电到2.5V；记录放电容量即为电池的2C容量，测试结果见表1。
③将电池3C恒流充电到电压达到3.65V后转为恒压充电，当电流减小到0.05C时停止；搁置10min；以3C恒流放电到2.5V；记录放电容量即为电池的3C容量，测试结果见表1。
2.2、500次循环容量保持率测试：
①、将电池1C恒流充电到电压达到3.65V后转为恒压充电，当电流减小到0.05C时停止；②搁置10min；③以1C恒流放电到2.5V。④搁置10min；⑤重复第①至④工步500次，记录每次的放电容量，并计算循环500次时的容量保持率，容量保持率曲线图如图1所示。
电池性能测试结果见表1。
实施例2
一、制作一种锂离子电池正极
本实施例使用上述制作的正极浆料进行涂覆，浆料粘度为8000mPa.s，涂覆步骤如下：
步骤一：使用孔隙率为20％、孔径为0.35mm的多孔铝箔。在多孔铝箔的第一面涂覆正极浆料，所涂覆正极浆料的量为单面设计面密度所需正极浆料的1/5；然后用红外烘干，其中，涂布机头距离红外烘干设备的距离为1.0m，涂布及极片向所述红外烘干设备的行进速度为90m/min。
步骤二：在多孔铝箔的第二面涂覆正极浆料，所涂覆正极浆料的量为单面设计面密度所需正极浆料的1/5；然后用红外烘干；其中，涂布机头距离红外烘干设备的距离为1.0m，涂布及极片向所述红外烘干设备的行进速度为90m/min。
步骤三：在多孔铝箔的第一面涂覆上所需余量的正极浆料，然后用和步骤一中相同的方法烘干；
步骤四：在多孔铝箔的第二面涂覆上所需余量的正极浆料，然后用和步骤一中相同的方法烘干，辊压。
二、电池制作：
使用和实施例1相同的方法，采用本实施例制作的锂离子电池正极制作锂离子电池。
三、电池性能检测：
采用和实施例1相同的方法进行电池性能检测，测试结果见表1，容量保持率曲线图如图1所示。
实施例3
一、制作一种锂离子电池正极
本实施例使用上述制作的正极浆料进行涂覆，其粘度为9000mPa.s，涂覆步骤如下：
步骤一：使用孔隙率为15％、孔径为0.40mm的多孔铝箔。在多孔铝箔的第一面涂覆正极浆料，所涂覆正极浆料的量为单面设计面密度所需正极浆料的1/3；然后用红外烘干，其中，涂布机头距离红外烘干设备的距离为1.0m，涂布及极片向所述红外烘干设备的行进速度为80m/min。
步骤二：在多孔铝箔的第二面涂覆正极浆料，所涂覆正极浆料的量为单面设计面密度所需正极浆料的1/3；然后用红外烘干，其中，涂布机头距离红外烘干设备的距离为1.0m，涂布及极片向所述红外烘干设备的行进速度为80m/min。
步骤三：在多孔铝箔的第一面涂覆上所需余量的正极浆料，然后用和步骤一中相同的方法烘干；
步骤四：在多孔铝箔的第二面涂覆上所需余量的正极浆料，然后用和步骤一中相同的方法烘干，辊压。
二、电池制作：
使用和实施例1相同的方法，采用本实施例制作的锂离子电池正极制作锂离子电池。
三、电池性能检测：
采用和实施例1相同的方法进行电池性能检测，结果见表1，容量保持率曲线图如图1所示。
实施例4
一、制作一种锂离子电池正极
本实施例使用上述制作的正极浆料进行涂覆，其粘度为9000mPa.s，涂覆步骤如下：
步骤一：使用孔隙率为20％、孔径为0.40mm的多孔铝箔。在多孔铝箔的第一面涂覆正极浆料，所涂覆正极浆料的量为单面设计面密度所需正极浆料的1/3；然后用红外烘干，其中，涂布机头距离红外烘干设备的距离为1.0m，涂布及极片向所述红外烘干设备的行进速度为90m/min。
步骤二：在多孔铝箔的第二面涂覆正极浆料，所涂覆正极浆料的量为单面设计面密度所需正极浆料的1/3；然后用红外烘干，其中，涂布机头距离红外烘干设备的距离为1.0m，涂布及极片向所述红外烘干设备的行进速度为90m/min。
步骤三：在多孔铝箔的第一面涂覆上所需余量的正极浆料，然后用和步骤一中相同的方法烘干；
步骤四：在多孔铝箔的第二面涂覆上所需余量的正极浆料，然后用和步骤一中相同的方法烘干，辊压。
二、电池制作：
使用和实施例1相同的方法，采用本实施例制作的锂离子电池正极制作锂离子电池。
三、电池性能检测：
采用和实施例1相同的方法进行电池性能检测，测试结果见表1，容量保持率曲线图如图1所示。
对比例：
一、制作一种锂离子电池正极
使用本发明上述制作的正极浆料进行涂覆，正极浆料粘度为7000mPa.s，涂覆步骤如下：
使用孔隙率为10％、孔径为0.25mm的多孔铝箔，在多孔铝箔的两个面上一次涂覆设计面密度所需正极浆料的全部量，红外烘干，辊压。
二、电池制作：
使用和实施例1相同的方法，采用本对比例制作的锂离子电池正极制作锂离子电池。
三、电池性能检测：
采用和实施例1相同的方法进行电池性能检测，测试结果见表1，循环500次循环容量保持率曲线图如图1所示。
表1
Figure BDA0002584993560000061
由以上结果可以看出：由于采用了本发明的锂离子电池正极的制作方法，实施例1至实施例4中所制备的锂离子电池内阻均比对比例要小，说明使用本发明的方法，使得正极材料与多孔铝箔本身形成的“工”字形结构显著降低了电池的内阻，锂离子电池的1C、2C、3C容量也比对比例要高，电池的倍率性能也较好。同时，由表1中的结果也可以看出，实施例1、2、3、4所制作的锂离子电池其500次循环的容量保持率也远大于对比例中所制作的锂离子电池，这说明使用本发明可以明显提升电池的循环性能。
另外，在电池制作过程中，对比例所使用的方法在涂布时出现了浆料流淌、极片烘干后出现裂纹，特别是进行辊压后还出现了极片脱落的情况。极片的成品率较低，这也加大现场人员的工作强度。其烘干时间也要比本发明的4个实施例长，影响生产效率、浪费能源。
在此需要说明的是，对于以上这些实施方式的说明仅用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。比如，对于在各步骤中的烘干，以上仅给出了使用红外进行烘干的实例，而做为本技术领域技术人员可知，采用其他的烘干方式同样可以达到烘干极片的目的，比如：微波烘干、电烘箱烘干等，而这些烘干方式在使用了本发明的制作电池正极的时的两面依次交替的两面分别涂覆的方法，同样可以防止漏料，使得正极浆料与多孔铝箔粘结牢固。此外，以上所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。另外以上仅为本发明的部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种锂离子电池正极的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在多孔铝箔的第一面涂覆正极浆料，所涂覆正极浆料的量不大于单面设计面密度所需正极浆料的1/3；然后烘干；
步骤二：在多孔铝箔的第二面涂覆正极浆料，所涂覆正极浆料的量不大于单面设计面密度所需正极浆料的1/3；然后烘干；
步骤三：在多孔铝箔的第一面涂覆上所需余量的正极浆料，然后烘干；
步骤四：在多孔铝箔的第二面涂覆上所需余量的正极浆料，然后烘干。
2.如权利要求1所述的锂离子电池正极的制作方法，其特征在于，所述多孔铝箔的孔隙率为10％-20％，孔径大小为0.25mm-0.4mm。
3.如权利要求1所述的锂离子电池正极的制作方法，其特征在于，所述烘干均为红外烘干。
4.如权利要求3所述的锂离子电池正极的制作方法，其特征在于，在所述步骤一和所述步骤二中，同一步骤中所述涂覆与所述烘干之间的时间间隔均不大于3/4秒。
5.如权利要求1至4之一所述的锂离子电池正极的制作方法，其特征在于，所述正极浆料的粘度为7000mPa.s-9000mPa.s。
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