CN112284042A - 一种一次锂电池正极片及其烘干方法和用途 - Google Patents

一种一次锂电池正极片及其烘干方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种一次锂电池正极片及其烘干方法和用途。所述烘干方法包括以下步骤:(1)将一次锂电池正极片置于干燥箱中,抽真空至真空度为‑90~‑100kPa,进行加热;(2)在加热条件下,对步骤(1)所述干燥箱中重复进行充入保护性气体和抽出保护性气体的操作,所述重复的次数在2次以上,完成烘干。本发明通过在正极片的烘烤过程中阶段性地分别充入和抽出保护性气体,能达到节能和最大程度地除水的效果。

Description

一种一次锂电池正极片及其烘干方法和用途
技术领域
本发明属于锂电池领域,涉及一种一次锂电池正极片及其烘干方法和用途。
背景技术
现在锂离子电池极片或者锂离子电池的制造,都需要锂离子电池极片或者锂离子电池进行深度烘干,现有的深度烘干设备大多采用的是单箱体烘烤工艺,最常见的烘烤工艺是在一个真空烘烤箱内,先将被烘烤的锂电池电极装入真空烘烤箱中,再对箱体内加热,当箱内温度达到要求后,在保温的情况下,将箱体内抽真空除去水分,当电池极片的水分达到要求后,再对箱体内的被烘烤的锂电池电极或电池进行自然冷却或强制冷却,使被烘烤的锂电池电极或电芯的温度降到一定程度后(一般为35摄氏度以下),将被烘烤的锂电池电极或电池取出密封保存。
一次锂锰电池的负极为金属锂,遇水后立即与之反应,并有氢气生成;电解液中的部分溶剂遇水发生分解反应,生成一氧化碳、二氧化碳等气体。电池正极材料都是多孔材料,多具有很强的多孔吸附特性和超大的比表面,若在制成电池前孔内富含有水蒸气,会严重影响电池的性能指标。同时正极片也被视为电池的核心,其对于电池的一致性起着至关重要的作用。所以锂电池的生产过程中,电池正极片的烘烤是非常重要的工序,该工序的目的是除去电池正极片中存在的水分。
CN102110803A公开了一种锂铁电池的正极电极材料的烘干方法,现有的烘烤办法,一般从进料到出料即使是采用强制冷却,也需要24小时左右才能完成一个烘烤周期,因此,这种烘烤工艺存在烘烤时间长,设备利用率不高的问题。另外,用这种方法烘烤出来的电池极片的含水量只到达到400ppm~600ppm,无法达到更低的要求,影响电池的电容量的进一步提高。
CN102147185A公开了一种锂离子二次电池极片的干燥方法,该方法按照以下步骤分开对正极卷料和负极卷料进行干燥:将卷料放入干燥箱内的托盘中;将干燥箱抽真空至-0.1MPa后持续抽1~30分钟关闭;利用加热器对干燥箱进行加热;2~10个小时后在干燥箱内充入惰性气体,直到真空表指针达到-0.01MPa停止;让惰性气体在干燥箱内与湿气交换5~30分钟,然后将干燥箱抽真空至-0.1MPa后持续抽1~30分钟关闭;关闭加热器,待温度降至室内温度后从干燥箱内取出卷料投入轧制。
上述该类锂离子电池极片的干燥方法能够实现对锂离子电池极片进行干燥,但是上述该类锂离子电池极片的干燥方法是将制好的极片一叠一叠的平放在不锈钢托盘上,固定平放高度,然后放入干燥箱内进行干燥,采用该方法进行干燥时:干燥箱内各个极片的表面温度不一致,表层极片跟底部极片的表面温度相差3~7℃,另外受叠放的影响各个极片受力不一致导致松紧度不一致,极片干燥出的水分析出路径、难易程度皆不一样,会产生极片干燥不一致的情况,在后续工序中这种干燥不一致情况会一直存在,并且电芯烘烤检测烘烤效果时抽测到偏低的极片,会造成误判,进一步导致做出的电池因水分不一致而造成锂离子电池性能的差异。
因此如何更多地除去锂离子电池正极片中水分,同时又不对电池的性能造成影响,是目前亟待解决的一项技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一次锂电池正极片及其烘干方法和用途。本发明通过在正极片的烘烤过程中阶段性地分别充入和抽出保护性气体,能达到节能和最大程度地除水的效果。
为达到此发明目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供一种一次锂电池正极片的烘干方法,所述烘干方法包括以下步骤:
(1)将一次锂电池正极片置于干燥箱中,抽真空至真空度为-90~-100kPa,进行加热;
(2)在加热条件下,在步骤(1)所述干燥箱中重复进行充入保护性气体和抽出保护性气体的操作,所述重复的次数在2次以上,完成烘干。
本发明所提供的一次锂电池正极片的烘干方法中,先抽走了干燥箱中的空气,再充入保护性气体,这样的操作让烘箱内有了热传导的介质,从而保证了烘箱内热传导速度增快,达到了缩短加热时间的目的;同时再次抽走保护性气体,这一操作减少了高温下铝网被氧化的几率;并且多次充抽保护性气体,也减少了管道中液态水的滞留。
优选地,步骤(1)所述加热的温度为170~220℃,例如170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃或220℃等。
选用170~220℃作为加热温度的原因为既有利于水分的充分挥发,又避免了正极片中活性物质二氧化锰的晶型发生变化。
优选地,步骤(1)所需时间为10~400min,例如10min、20min、40min、50min、80min、100nin、150min、200min、250min、300min、350min或400min等,优选为20min~100min。
本发明中,步骤(1)所需时间包括抽真空所需时间以及抽真空后进行加热的时间。
优选地,步骤(2)所述保护性气体包括氮气和/或氩气。
优选地,步骤(2)所述重复的次数为2~5次,例如2次、3次、4次或5次等,优选为5次。
本发明中,重复次数对于正极片残留水分的影响为通过反复充抽氮气,使管道中死角处的液态水无残留,避免最后步骤破真空时管道中的冷凝水的回流的可能性。
优选地,步骤(2)所述加热的温度为170~220℃,例如170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃或220℃等。
优选地,步骤(2)中所述加热的温度与步骤(1)所述加热的温度相同。
优选地,所述步骤(2)中每次充入保护性气体后干燥箱中的真空度独立地为-15~-25kPa,例如-15kPa、-16kPa、-17kPa、-18kPa、-19kPa、-20kPa、-21kPa、-22kPa、-23kPa、-24kPa或-25kPa等。
充入保护性气体后真空度的设置为-15~-25kPa的原因为让真空干燥箱内尽可能的充满氮气,若充氮气至常压,外界的空气可能进入真空干燥箱内。
优选地,所述步骤(2)中每次冲入保护性气体的时间独立地为20~60min,例如20min、30min、40min、50min或60min等,优选为20min~40min。
作为本发明优选的技术方案,所述一次锂电池正极片的烘干方法包括以下步骤:
(1)将一次锂电池正极片置于真空干燥箱中,并将真空干燥箱抽真空至-90~-100kPa,加热至170~220℃,其中,步骤(1)所需时间为20~100min;
(2)在与步骤(1)相同的加热温度下,对步骤(1)所述真空干燥箱中重复进行充入保护性气体和抽出保护性气体的操作,完成烘干,所述重复的次数为2~5次;其中,每次充入保护性气体的时间独立地为20~60min,每次充入保护性气体后真空干燥箱中的真空度独立地为-15~-25kPa。
第二方面,本发明提供一种一次锂电池正极片,所述正极片由第一方面所述的一次锂电池正极片的烘干方法烘干得到。
优选地,所述正极片包括集流体。
优选地,所述集流体包括铝箔或铝网。
第三方面,本发明提供一种一次锂电池,所述一次锂电池包括第二方面所述的一次锂电池正极片。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明通过抽走干燥箱中的空气,再充入保护性气体的操作,增加了烘箱内的热传导的介质,从而缩短了加热时间,达到了节能的效果;
(2)本发明通过抽走干燥箱中的空气的操作,减少了正极片中铝网或者铝箔在高温高湿条件下被腐蚀的几率;
(3)本发明提供的一次锂电池正极片的烘干方法,操作简单,通过反复充抽保护性气体的操作,在一定时间内可以同时抽走保护性气体和水蒸气的混合物,减少了管道中液态水的滞留,最大程度的实现了除水的功能,使得正极片在烘干步骤后的含水量最低可减少至60~100ppm;同时也没有对电池的其他性能造成影响。
附图说明
图1为实施例1制备得到的正极片与对比例1制备得到的正极片的含水量的对比图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种一次锂电池正极片CP263840的烘干方法,所述烘干方法包括以下步骤:
(1)将电池正极片置于真空干燥箱中,放入水银温度计,设置真空上限值为-100kPa,下限值为-90kPa,温度设置为170℃,并将真空干燥箱抽真空。
(2)在与步骤(1)相同的加热温度下,对步骤(1)所述干燥箱中重复进行充入氮气和抽出氮气的操作,完成烘干,所述重复的次数为5次;其中,每次充入氮气后干燥箱中的真空度为-25kPa。
本实施例中充抽氮气的次数为5次。
表1为本实施例中步骤(1)与步骤(2)所用时间:
表1
Figure BDA0002738437530000061
Figure BDA0002738437530000071
由本实施例烘干的正极片,经过点正极耳,贴极耳胶等步骤,再与隔膜,负极一起通过卷绕的方式制备CP263840软包电池,并进行测试相关放电测试。
实施例2
本实施例与实施例1的区别为,本实施例中的保护性气体为氩气,其余烘干步骤及参数与实施例1保持一致。
实施例3
本实施例提供了一种一次锂电池正极片的烘干方法,所述烘干方法步骤如下:
(1)将一次锂电池正极片置于真空干燥箱中,放入水银温度计,设置真空上限值为-100kPa,下限值为-90kPa,温度设置为200℃,并将真空干燥箱抽真空
(2)在与步骤(1)相同的加热温度下,对步骤(1)所述干燥箱中重复进行充入氮气和抽出氮气的操作,完成烘干,所述重复的次数为5次;其中,每次充入氮气后干燥箱中的真空度为-25kPa。
本实施例中充抽氮气的次数为5次。
表2为本实施例中步骤(1)与步骤(2)所用时间:
表2
Figure BDA0002738437530000072
Figure BDA0002738437530000081
由本实施例烘干的正极片同实施例1中相同步骤制备CP263840软包电池,并进行测试。
实施例4
本实施例提供了一种一次锂电池正极片的烘干方法,所述烘干方法步骤如下:
(1)将一次锂电池正极片置于真空干燥箱中,放入水银温度计,设置真空上限值为-100kPa,下限值为-90kPa,温度为170℃。
(2)在与步骤(1)相同的加热温度下,对步骤(1)所述干燥箱中重复进行充入氮气和抽出氮气的操作,完成烘干,所述重复的次数为4次;其中,每次充入氮气后干燥箱中的真空度为-25kPa。
本实施例中充抽氮气的次数为4次。
表3为本实施例中步骤(1)与步骤(2)所用时间:
表3
Figure BDA0002738437530000091
由本实施例烘干的正极片制备CP263840软包电池,并进行测试。
实施例5
本实施例提供了一种一次锂电池正极片的烘干方法,所述烘干方法步骤如下:
(1)将一次锂电池正极片置于真空干燥箱中,放入水银温度计,设置真空上限值为-100kPa,下限值为-90kPa,温度为170℃。
(2)在与步骤(1)相同的加热温度下,对步骤(1)所述干燥箱中重复进行充入氮气和抽出氮气的操作,完成烘干,所述重复的次数为3次;其中,每次充入氮气后干燥箱中的真空度为-25kPa。
本实施例中充抽氮气的次数为3次。
表4为本实施例中步骤(1)与步骤(2)所用时间:
表4
Figure BDA0002738437530000101
由本实施例烘干的正极片制备CP263840软包电池,并进行测试。
实施例6
本实施例提供了一种一次锂电池正极片的烘干方法,所述烘干方法步骤如下:
(1)将一次锂电池正极片置于真空干燥箱中,放入水银温度计,设置真空上限值为-100kPa,下限值为-90kPa,温度为170℃。
(2)在与步骤(1)相同的加热温度下,对步骤(1)所述干燥箱中重复进行充入氮气和抽出氮气的操作,完成烘干,所述重复的次数为2次;其中,每次充入氮气后干燥箱中的真空度为-25kPa。
本实施例中充抽氮气的次数为2次。
表5为本实施例中步骤(1)与步骤(2)所用时间:
表5
Figure BDA0002738437530000111
由本实施例烘干的正极片制备CP263840软包电池,并进行测试。
实施例7
本实施例与实施例1的区别为,干燥箱中的温度调整为150℃,其余烘干步骤与参数与实施例1保持一致。
对比例1
本对比例为正极片的传统烘干工艺,所述工艺包括将一次锂电池正极片置于真空干燥箱中,放入水银温度计,关闭烘箱门。设置真空上限值为-100kPa,下限值为-90kPa,温度为170℃。同时打开抽真空和加热功能,当温度计显示温度≥150℃时开始计时,时间达到≥10h即可。
图1为实施例1制备得到的正极片与对比例1制备得到的正极片的含水量的对比图。从图中可以得出,通过本发明的烘干方法对正极片进行干燥,其正极片的含水量远远低于传统工艺烘干后的正极片的含水量。
表6为实施例1-7与对比例1中的正极片烘干后的含水量。
表6
Figure BDA0002738437530000112
Figure BDA0002738437530000121
表7为实施例1-7与对比例1制备得到的电池的循环性能经过75mA恒流放电,截止电压为2V时的放电容量。
表7
Figure BDA0002738437530000122
Figure BDA0002738437530000131
从实施例1-7与对比例1所提供数据可以看出,由本发明提供的一次锂电池的烘干方法烘干得到的正极片,其含水量都远远低于传统工艺下烘干得到的正极片的含水量,且对制备得到的电池未产生不利的影响,其75mA放电容量达到了747.5mAh。
从实施例1与实施例4-6的数据结果可知,当烘干过程中重复进行充入氮气,进行加热和抽出氮气的操作时,重复的次数为5次,正极片的含水量是最低的,可达100ppm以下,同时当温度计显示温度达到要求值时费时最短。
从实施例1与实施例7的数据结果可得,烘干过程中,温度过低会导致正极片的含水量偏高,费时。
从实施例1与对比例1的数据结果可知,由传统烘干工艺烘干的正极片,其含水量为150~300ppm,略比本发明高。但温度计显示温度达到要求值时费时最长。
申请人声明,以上所述仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,所属技术领域的技术人员应该明了,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种一次锂电池正极片的烘干方法,其特征在于,所述烘干方法包括以下步骤:
(1)将一次锂电池正极片置于干燥箱中,抽真空至真空度为-90~-100kPa,进行加热;
(2)在加热条件下,对步骤(1)所述干燥箱中重复进行充入保护性气体和抽出保护性气体的操作,所述重复的次数在2次以上,完成烘干。
2.根据权利要求1所述的一次锂电池正极片的烘干方法,其特征在于,步骤(1)所述加热的温度为170~220℃;
优选地,步骤(1)所需时间为10~400min,优选为20~100min。
3.根据权利要求1或2所述的一次锂电池正极片的烘干方法,其特征在于,步骤(2)所述保护性气体包括氮气和/或氩气。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一次锂电池正极片的烘干方法,其特征在于,步骤(2)所述重复的次数为2~5次。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一次锂电池正极片的烘干方法,其特征在于,步骤(2)所述加热的温度为170~220℃;
优选地,步骤(2)中所述加热的温度与步骤(1)所述加热的温度相同。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一次锂电池正极片的烘干方法,其特征在于,所述步骤(2)中每次充入保护性气体后干燥箱中的真空度独立地为-15~-25kPa。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一次锂电池正极片的烘干方法,其特征在于,所述步骤(2)中每次充入保护性气体的时间独立地为20~60min,优选为20min~40min。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一次锂电池正极片的烘干方法,其特征在于,所述烘干方法包括以下步骤:
(1)将一次锂电池正极片置于真空干燥箱中,并将真空干燥箱抽真空至-90~-100kPa,加热至170~220℃,其中,步骤(1)所需时间为20~100min;
(2)在与步骤(1)相同的加热温度下,对步骤(1)所述真空干燥箱中重复进行充入保护性气体和抽出保护性气体的操作,完成烘干,所述重复的次数为2~5次;其中,每次充入保护性气体的时间独立地为20~60min,每次充入保护性气体后真空干燥箱中的真空度独立地为-15~-25kPa。
9.一种一次锂电池正极片,其特征在于,所述正极片由权利要求1-8任一项所述的一次锂电池正极片的烘干方法烘干得到;
优选地,所述正极片包括集流体;
优选地,所述集流体包括铝箔或铝网。
10.一种一次锂电池,其特征在于,所述一次锂电池包括权利要求9所述的一次锂电池正极片。
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