CN112670592A - 一种极片与隔膜复合工艺及锂电芯制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种极片与隔膜复合工艺，包括如下步骤：在正极极片和/或负极极片表面进行预处理；将正极极片、隔膜和负极极片依次叠放，然后在充满惰性气体的干房或手套箱中进行辊压复合，形成电芯基本单元；正极极片和/或负极极片预处理的方式为：在正极极片和/或负极极片表面设有涂覆层，正极极片表面的涂覆层为正极涂覆层，负极极片表面的涂覆层为负极涂覆层，正极涂覆层和负极涂覆层均包括固体电解质和有机溶剂。本发明通过在正极极片和负极极片表面设置固体电解质涂覆层，相较于传统使用的粘结剂层，可以使锂电芯内部的阻抗降低而且安全性能得到大幅度提高；本发明制备工艺简单，大大降低了极片与隔膜复合工艺的难度和生产能耗。
Description
【技术领域】
本发明属于锂电芯制备与加工工艺技术领域，具体涉及一种极片与隔膜复合工艺及锂电芯制备工艺。
【背景技术】
锂电池具有能量密度高、充电寿命长、自放电小等优点，锂电池得到越来越广泛的应用，成为21世纪最具有应用前景的绿色二次电池之一。目前锂电池主要采用传统的卷绕式和层叠式两种结构，如CN107546404 A公开了一种卷绕式电芯，但该锂电芯存在电压平台低、电池内阻大、大倍率放电性能差、单体电芯容量偏低等问题，同时由于空间利用不充分，进一步导致锂电芯体积/质量能量密度均不高；CN103682461 A公开了一种Z型叠片式锂电芯的制备方法，该电芯由一条隔膜在两个方向上对折并分别插入正极极片和负极极片层叠制备而成，但该方法制备锂电芯存在如何将极片与隔膜粘结在一起并确保在制作中不发生极片偏移而导致正负极接触短路的问题。
【发明内容】
基于现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种极片与隔膜复合工艺，该工艺结构清晰且操作简单，成本低，还可提高锂电芯的性能，进而有效提升锂电池的生产质量和生产效率。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种极片与隔膜复合工艺，包括以下步骤：
S1：对正极极片和/或负极极片表面进行预处理：在正极极片和/或负极极片表面涂覆涂层；
S2：将所述正极极片、第一隔膜和所述负极极片依次叠放，然后在充满惰性气体的环境中进行辊压复合，形成电芯基本单元；
所述涂层包括固体电解质和用于溶解或分散所述固体电解质的有机溶剂。
进一步地，所述辊压复合的压力为0.5-2.0MPa。
进一步地，所述固体电解质为固体氧化物电解质、固体硫化物电解质、固体卤化物电解质、固体硼酸盐电解质、固体磷酸盐电解质、薄膜型LiPON固体电解质、聚合物电解质中的其中一种或两种以上的混合物。
进一步地，所述涂层还包括第三粘结剂，所述第三粘结剂为油性粘结剂和/或水性粘结剂；优选的，所述第三粘结剂为PMMA、PVDF-HFP、PVDF、CMC、海藻酸钠、PAA、PVA、PAN、PANI、PFFOMB、羧甲基壳聚糖、SBR中的其中一种或两种以上的混合物。
进一步地，所述正极极片由以下步骤制备：将正极活性材料、第一导电剂、第一粘结剂加入适量第一溶剂中，混合均匀形成正极浆料，将所述正极浆料涂覆在正极集流体表面，干燥固化；
所述负极极片由以下步骤制备：按比例将负极活性材料、第二导电剂、第二粘结剂加入适量第二溶剂中，混合均匀形成负极浆料，将所述负极浆料涂覆在负极集流体表面，干燥固化。
进一步地，所述第一隔膜为单面表面水性涂层隔膜、单面表面油性涂层隔膜、双面水性涂层隔膜、双面油性涂层隔膜、单面陶瓷涂层隔膜、双面陶瓷涂层隔膜、电解质涂层隔膜中的任意一种。
本发明还公开了锂电芯的制备工艺，包括如下步骤：所述电芯基本单元设有负极极片的一面与第二隔膜复合后，沿正极极片的方向进行绕卷，直至锂电芯装配精度达到电芯设计值。
本发明还公开了锂电芯的另一制备工艺，包括如下步骤：将若干个所述电芯基本单元依次通过“Z”型方式叠加，直至装配精度达到电芯设计值；每个所述电芯基本单元的正极极片和负极极片分别与其两个相邻的电芯基本单元的负极极片和正极极片相对，每个电芯基本单元之间采用第三隔膜隔开。
进一步地，所述第二隔膜和第三隔膜分别为普通隔膜、单面表面水性涂层隔膜、单面表面油性涂层隔膜、双面水性涂层隔膜、双面油性涂层隔膜、单面陶瓷涂层隔膜、双面陶瓷涂层隔膜、电解质涂层隔膜中的任意一种。
相较于现有技术，本发明的有益效果在于：
①本发明通过在正极极片和/或负极极片表面涂覆固体电解质涂层，相较于传统使用的粘结剂层，可以使锂电芯内部的阻抗降低，同时锂电芯安全性得到大幅提高。
②采用辊压复合，结合极片表面形成的固体电解质层，可稳定实现极片与隔膜的复合；
③本发明复合过程无需加热，可降低极片与隔膜复合工艺的难度和生产能耗。
【具体实施方式】
本发明旨在提供一种极片与隔膜复合工艺，该工艺结构清晰且操作简单，成本低，还可提高锂电芯的性能，进而有效提升锂电池的生产质量和生产效率。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种极片与隔膜复合工艺，包括以下步骤：
S1：正极极片和/或负极极片表面进行预处理：在正极极片和/或负极极片表面涂覆涂层；
S2：将所述正极极片、第一隔膜和所述负极极片依次叠放，然后在充满惰性气体的环境中进行辊压复合，形成电芯基本单元；
所述涂层包括固体电解质和用于溶解或分散所述固体电解质的有机溶剂。
进一步地，所述辊压复合的压力为0.5-2.0MPa。
进一步地，所述固体电解质为固体氧化物电解质、固体硫化物电解质、固体卤化物电解质、固体硼酸盐电解质、固体磷酸盐电解质、薄膜型LiPON固体电解质、聚合物电解质中的其中一种或两种以上的混合物；具体地，包括但不限于聚环氧乙烷(PEO)电解质、聚丙烯腈(PAN)电解质、聚偏氟乙烯(PVDF)电解质、聚丙烯酸甲酯(PMMA)电解质、聚环氧丙烷(PPO)电解质，聚偏氯乙烯(PVC)电解质、氧化物玻璃陶瓷体系氧化物电解质、NASICON结构氧化物电解质、钙钛矿和反钙钛矿结构氧化物电解质、二元硫化物电解质(如Li2S-P2S5、Li2S-P2S5、Li2S-GeS2等)、三元硫化物电解质(如Li2-MeS2-P2S5(Me＝Si、Ge、Sn、Al)等)。所述有机溶剂包括但不限于N-甲基吡络烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMA)、N,N-二乙基甲酰胺(DEF)、二甲基亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)、乙醇等任意一种或两种以上的混合物。
优选的，固体电解质与有机溶剂的质量比为:1：(9-99)。
进一步地，所述涂层还包括第三粘结剂，所述第三粘结剂为油性粘结剂和/或水性粘结剂；优选的，所述第三粘结剂为PMMA、PVDF-HFP、PVDF、CMC、海藻酸钠、PAA、PVA、PAN、PANI、9,9-二辛基芴-共-樟脑酮-甲基苯甲酸(PFFOMB)、羧甲基壳聚糖、SBR中的其中一种或两种以上的混合物。优选的，所述固体电解质、第一粘结剂和有机溶剂的质量比为(1-10)：1：(90-95)。
进一步地，所述正极极片由以下步骤制备：将正极活性材料、第一导电剂、第一粘结剂加入第一溶剂中，混合均匀形成正极浆料，将所述正极浆料涂覆在正极集流体表面，干燥固化；
所述负极极片由以下步骤制备：将负极活性材料、第二导电剂、第二粘结剂加入第二溶剂中，混合均匀形成负极浆料，将所述负极浆料涂覆在负极集流体表面，干燥固化。
进一步地，所述正极活性材料选自锂电池常用的正极活性材料，包括但不限于钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元镍钴锰、镍锰酸锂、三元镍钴铝、磷酸钒锂、富锂锰基等任意一种或两种以上的混合物；所述第一导电剂包括但不限于SuperP，KS-6，KS-15，VGCF，CNTs、SFG-15、350G、乙炔黑、科琴黑、S-O等任意一种或两种以上的混合物；所述第一粘结剂包括但不限于聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸锂、海藻酸和海藻酸钠中任意一种或两种以上的混合物；所述第一溶剂包括但不限于NMP、DMF、DMA、DEF、DMSO、THF、去离子水、乙醇等任意一种或两种以上的混合物；所述负极活性材料包括但不限于石墨材料、Li4Ti5O12基材料、硅材料、金属锂材料、复合金属锂材料、氧化亚硅、氧化亚硅和碳的复合材料、锡材料等的任意一种或两种以上的混合物，具体地，碳材料包括石墨、硬碳、软碳及其衍生物，锡材料包括纳米锡、锡碳复合材料、氧化锡及其复合材料；所述第二导电剂包括但不限于SuperP，KS-6，KS-15，VGCF，CNTs、SFG-15、350G、乙炔黑、科琴黑、S-O等任意一种或两种以上的混合物；所述第二粘结剂包括但不限于PVDF、PTFE、SBR、CMC、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸锂、海藻酸和海藻酸钠中任意一种或两种以上的混合物；所述第二溶剂包括但不限于NMP、DMF、DMA、DEF、DMSO、THF、去离子水、乙醇等任意一种或两种以上的混合物。
进一步地，所述第一隔膜为单面表面水性涂层隔膜(普通隔膜单面涂覆SBR)、单面表面油性涂层隔膜(普通隔膜单面涂覆PVDF)、双面水性涂层隔膜(普通隔膜双面涂覆SBR)、双面油性涂层隔膜(普通隔膜双面涂覆PVDF)、单面陶瓷涂层隔膜(普通隔膜单面涂覆Al2O3)、双面陶瓷涂层隔膜(普通隔膜双面涂覆Al2O3)、电解质涂层隔膜(普通隔膜表面涂覆电解质)中的任意一种，其中，普通隔膜为聚乙烯(PE)薄膜、聚丙烯(PP)薄膜等锂电池常用隔膜。
本发明还公开了锂电芯的制备工艺，包括如下步骤：所述电芯基本单元设有负极极片的一面与第二隔膜复合后，沿所述正极极片的方向进行绕卷，直至锂电芯装配精度达到电芯设计值。
本发明还公开了锂电芯的另一制备工艺，包括如下步骤：将若干个电芯基本单元依次通过“Z”型方式叠加，直至达到电芯设计值；每个电芯基本单元的正极极片和负极极片分别与其相邻的两个电芯基本单元的负极极片和正极极片相对，每个电芯基本单元之间采用第三隔膜隔开。
进一步地，所述第二隔膜和第三隔膜均为普通隔膜、单面表面水性涂层隔膜(普通单面涂覆SBR)、单面表面油性涂层隔膜(普通隔膜单面涂覆PVDF)、双面水性涂层隔膜(普通隔膜双面涂覆SBR)、双面油性涂层隔膜(普通隔膜双面涂覆PVDF)、单面陶瓷涂层隔膜(普通隔膜单面涂覆Al2O3)、双面陶瓷涂层隔膜(普通隔膜双面涂覆Al2O3)、电解质涂层隔膜(普通隔膜表面涂覆聚合物电解质、固体硫化物电解质等)中的任意一种。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种极片与隔膜复合工艺，包括如下步骤：
①正极极片的制备：将正极活性材料(钴酸锂)、第一导电剂(SuperP)、第一粘结剂(PVDF)在适量的第一溶剂(NMP)中混合均匀形成浆料，将该浆料均匀涂覆在正极集流体表面，形成第一活性物层，干燥固化；其中，正极活性材料、第一导电剂、第一粘结剂的质量比为:18:1:1；正极活性材料、第一导电剂和第一粘结剂的总质量与第一溶剂的质量比为7:3。
②正极极片预处理：将氧化物固体电解质LLZO、第三粘结剂(PMMA)溶解于有机溶剂(NMP)中形成浆料，将该浆料均匀涂覆于步骤①的第一活性物层上，待有机溶剂挥发第三粘结剂固化后，即制成表面涂覆氧化物固体电解质LLZO的正极极片。其中，氧化物固体电解质LLZO与第三粘结剂及有机溶剂的质量比为5:1:94，正极集流体为铝箔。
③负极极片的制备：将负极活性材料(石墨)、第二导电剂(SuperP)、第二粘结剂(CMC+SBR，CMC与SBR质量比为1:1混合)在第二溶剂(去离子水)中混合均匀形成浆料，将该浆料均匀涂覆在负极集流体表面，形成第二活性物层；其中，负极活性材料、第二导电剂、第二粘结剂的质量比为18：1：1；负极活性材料、第二导电剂和第二粘结剂的总质量与第二溶剂的质量比为45:55。
④负极极片预处理：将氧化物固体电解质LLZO、第三粘结剂(CMC+SBR，CMC与SBR质量比为1:1)在有机溶剂(DMF)中混合均匀形成浆料；然后将该浆料均匀涂覆于步骤③制成的第第二活性物层上，干燥固化，负极极片表面形成负极涂覆层。其中，固体氧化物电解质LLZO与第二粘结剂及有机溶剂的质量比为5:1:94，负极集流体为铜箔。
⑤正极极片、负极极片与第一隔膜复合：将经预处理后(即表面涂覆氧化物固体电解质LLZO)的正极极片、第一隔膜、经预处理后(即表面涂覆氧化物固体电解质LLZO)负极极片从上到下依次叠放，然后在充满氮气的手套箱中用辊压机进行辊压复合，辊压压力0.5MPa，即形成电芯基本单元；其中，第一隔膜为单面涂覆PVDF的PE薄膜。
⑥锂电芯的制备：将第二隔膜与电芯基本单元的负极极片复合，然后沿正极极片的方向进行绕卷，直至锂电芯装配精度达到电芯设计值，其中，第二隔膜为无涂覆层的PE薄膜。
实施例2
一种极片与隔膜复合工艺，包括如下步骤：
①正极极片的制备：将正极活性材料(钴酸锂)、第一导电剂(SuperP)、第一粘结剂(PVDF)在适量的第一溶剂(NMP)中混合均匀形成浆料，将该浆料均匀涂覆在正极集流体表面，干燥固化，形成第一活性物层；其中，正极活性材料、第一导电剂、第一粘结剂的质量比为:18:1:1；正极活性材料、第一导电剂和第一粘结剂的总质量与第一溶剂的质量比为7:3。
②正极极片预处理：将聚丙烯腈固体电解质、第三粘结剂(PVDF-HFP)溶解于有机溶剂(NMP)中形成浆料，将该浆料均匀涂覆于步骤①的第一活性物层上，待第一溶剂(NMP)挥发第一粘结剂(PVDF-HFP)固化后，即制成表面涂覆聚丙烯腈固体电解质的正极极片。其中，聚丙烯腈固体电解质与第三粘结剂及有机溶剂的质量比为9:1:90，正极集流体为铝箔。
③负极极片的制备：将负极活性材料(石墨)、第二导电剂(SuperP)、第二粘结剂(CMC+SBR，CMC与SBR质量比为1:1混合)在第二溶剂(去离子水)中混合均匀形成浆料，将该浆料均匀涂覆在负极集流体表面，形成第二活性物层，干燥固化；其中，负极活性材料、第二导电剂、第二粘结剂的质量比为18:1:1；负极活性材料、第二导电剂和第二粘结剂的总质量与第二溶剂的质量比为45:55。
④负极极片预处理：将氧化物固体电解质LLZO、第四粘结剂(CMC+SBR，CMC与SBR质量比为1:1)在有机溶剂(NMP)中混合均匀形成浆料；然后将该浆料均匀涂布于步骤③制成的第二活性物层上，干燥固化，负极极片表面形成负极涂层。其中，固体氧化物电解质LLZO与第四粘结剂及有机溶剂的质量比为9:1:90，负极集流体为铜箔。
⑤正极极片、负极极片与第一隔膜复合：将经预处理后(即表面涂覆聚丙烯腈固体电解质)的正极极片、第一隔膜、经预处理后(即表面涂覆固体氧化物电解质LLZO)的负极极片从上到下依次叠放，然后在充满氩气的手套箱中用辊压机进行辊压复合，辊压压力2MPa，即形成电芯基本单元；其中，第一隔膜为单面涂覆SBR的PP薄膜。
⑥锂电芯的制备：将第二隔膜与电芯基本单元的负极极片复合，然后沿正极极片的方向进行绕卷，直至锂电芯装配精度达到电芯设计值，其中，第二隔膜为无涂覆层的PE薄膜。
实施例3
一种极片与隔膜复合工艺，包括如下步骤：
①正极极片的制备：将正极活性材料(钴酸锂)、第一导电剂(SuperP)、第一粘结剂(PVDF)在第一溶剂(NMP)中混合均匀形成浆料，将该浆料均匀涂覆在正极集流体表面，形成第一活性物层，干燥固化；其中，正极活性材料、第一导电剂、第一粘结剂的质量比为:18:1:1；正极活性材料、第一导电剂和第一粘结剂的总质量与第一溶剂的质量比为7:3。
②正极极片预处理：将聚环氧丙烷固态电解质、第三粘结剂(PVDF)溶解于有机溶剂(DEF)中形成浆料，将该浆料均匀涂覆于步骤①的第一活性物层上，待PVDF挥发DEF固化后，即制成表面涂覆聚环氧丙烷固态电解质的正极极片。其中，聚环氧丙烷固态电解质与第三粘结剂及有机溶剂的质量比为1:1:98，正极集流体为铝箔。
③负极极片的制备：将负极活性材料(石墨)、第二导电剂(SuperP)、第二粘结剂(CMC+SBR，CMC与SBR质量比为1:1混合)在第二溶剂(去离子水)中混合均匀形成浆料，将该浆料均匀涂覆在负极集流体表面，形成第二活性物层；其中，负极活性材料、第二导电剂、第二粘结剂的质量比为18:1:1；负极活性材料、第二导电剂和第二粘结剂的总质量与第二溶剂的质量比为45:55。
④负极极片预处理：不做处理，负极集流体为铜箔。
⑤正极极片、负极极片与第一隔膜复合：将经预处理后(即表面涂覆聚环氧丙烷固态电解质)的正极极片、第一隔膜、负极极片从上到下依次叠放，然后在充满氮气的手套箱中用辊压机进行辊压复合，辊压压力2MPa，即形成电芯基本单元；其中，第一隔膜为双面涂覆PVDF的PE薄膜。
⑥锂电芯的制备：将第二隔膜与电芯基本单元的负极极片复合，然后沿正极极片的方向进行绕卷，直至锂电芯装配精度达到电芯设计值，其中，第二隔膜为无涂覆层的PE薄膜。
实施例4
一种极片与隔膜复合工艺，包括如下步骤：
①正极极片的制备：将正极活性材料(钴酸锂)、第一导电剂(SuperP)、第一粘结剂(PVDF)在第一溶剂(NMP)中混合均匀形成正极浆料，将该浆料均匀涂覆在正极集流体表面，形成第一活性物层；其中，正极活性材料、第一导电剂、第一粘结剂的质量比为:18:1:1；正极活性材料、第一导电剂和第一粘结剂的总质量与第一溶剂的质量比为7:3。
②正极极片预处理：不做处理，正极集流体为铝箔。
③负极极片的制备：将负极活性材料(石墨)、第二导电剂(SuperP)、第二粘结剂(CMC+SBR，CMC与SBR质量比为1:1混合)在第二溶剂(去离子水)中混合均匀形成浆料，将该浆料均匀涂覆在负极集流体表面，形成第二活性物层；其中，负极活性材料、第二导电剂、第二粘结剂的质量比为18:1:1；负极活性材料、第二导电剂和第二粘结剂的总质量与第二溶剂的质量比为45:55。
④负极极片预处理：将聚环氧丙烷电解质、第三粘结剂(CMC+SBR，CMC与SBR的质量比为1:1)在有机溶剂(DMF)中混合均匀形成浆料；然后将该浆料均匀涂布于负极极片表面(即第二活性物层表面)，干燥固化，即制成表面涂覆聚环氧丙烷电解质的负极极片。其中，聚环氧丙烷电解质与第三粘结剂及有机溶剂的质量比为3:1:96，负极集流体为铜箔。
⑤正极极片、负极极片与第一隔膜复合：正极极片、第一隔膜、经预处理后(即表面涂覆聚环氧丙烷电解质)的负极极片从上到下依次叠放，然后在充满氩气的手套箱中用辊压机进行辊压复合，辊压压力1.5MPa，即形成电芯基本单元；其中，第一隔膜为双面涂覆Al2O3的PE薄膜。
⑥锂电芯的制备：将第二隔膜与电芯基本单元的负极极片复合，然后沿正极极片的方向进行绕卷，直至锂电芯装配精度达到电芯设计值，其中，第二隔膜为无涂覆层的PE薄膜。
实施例5
一种极片与隔膜复合工艺，包括如下步骤：
①正极极片的制备：将正极活性材料(钴酸锂)、第一导电剂(SuperP)、第一粘结剂(PVDF)在第一溶剂(NMP)中混合均匀形成浆料，将该浆料均匀涂覆在正极集流体表面，形成第一活性物层；其中，正极活性材料、第一导电剂、第一粘结剂的质量比为:18:1:1；正极活性材料、第一导电剂和第一粘结剂的总质量与第一溶剂的质量比为7:3。
②正极极片预处理：将聚偏氟乙烯电解质、第三粘结剂(PMMA)溶解于有机溶剂(DMA)中形成浆料，将该浆料均匀涂覆于步骤①的第一活性物层上，待溶剂挥发第三粘结剂固化后，即制成表面涂覆聚偏氟乙烯电解质的正极极片。其中，聚偏氟乙烯电解质与第三粘结剂及有机溶剂的质量比为5:1:94，正极集流体为铝箔。
③负极极片的制备：将负极活性材料(石墨)、第二导电剂(SuperP)、第二粘结剂(CMC+SBR，CMC与SBR质量比为1:1混合)在第二溶剂(去离子水)中混合均匀形成浆料，将该浆料均匀涂覆在负极集流体表面，形成第二活性物层；其中，负极活性材料、第二导电剂、第二粘结剂的质量比为18:1:1；负极活性材料、第二导电剂和第二粘结剂的总质量与第二溶剂的质量比为45:55。
④负极极片预处理：不做处理，负极集流体为铜箔。
⑤正极极片、负极极片与第一隔膜复合：将经预处理后(即表面涂覆聚偏氟乙烯电解质正极涂层)的正极极片、第一隔膜、负极极片从上到下依次叠放，然后在充满氮气的手套箱中用辊压机进行辊压复合，辊压压力1MPa，即形成电芯基本单元；其中，第一隔膜为双面涂覆PVDF的PE薄膜。
⑥锂电芯的制备：将第二隔膜与电芯基本单元的负极极片复合，然后沿正极极片的方向进行绕卷，直至锂电芯装配精度达到电芯设计值，其中，第二隔膜为无涂覆层的PE薄膜。
实施例6
一种极片与隔膜复合工艺，包括如下步骤：
①正极极片的制备：将正极活性材料(钴酸锂)、第一导电剂(SuperP)、第一粘结剂(PVDF)在第一溶剂(NMP)中混合均匀形成浆料，将该浆料均匀涂覆在正极集流体表面，形成第一活性物层；其中，正极活性材料、第一导电剂、第一粘结剂的质量比为:18:1:1；正极活性材料、第一导电剂和第一粘结剂的总质量与第一溶剂的质量比为7:3。
②正极极片预处理：将聚环氧乙烷固体电解质、第三粘结剂(PMMA)溶解于有机溶剂(NMP)中形成浆料，将该浆料均匀涂覆于步骤①的第一活性物层上，待NMP挥发PMMA固化后，即制成表面涂覆聚环氧乙烷固体电解质涂层的正极极片。其中，聚环氧乙烷固体电解质与第三粘结剂及有机溶剂的质量比为6:1:93，正极集流体为铝箔。
③负极极片的制备：将负极活性材料(石墨)、第二导电剂(SuperP)、第二粘结剂(CMC+SBR，CMC与SBR质量比为1:1混合)在第二溶剂(NMP)中混合均匀形成浆料，将该浆料均匀涂覆在负极集流体表面，形成第二活性物层；其中，负极活性材料、第二导电剂、第二粘结剂的质量比为18:1:1；负极活性材料、第二导电剂和第二粘结剂的总质量与第二溶剂的质量比为45:55。
④负极极片预处理：不做处理，负极集流体为铜箔。
⑤正极极片、负极极片与第一隔膜复合：将经预处理后(即表面涂覆聚环氧乙烷固体电解质涂层)的正极极片、第一隔膜、负极极片从上到下依次叠放，然后在充满氮气的手套箱中用辊压机进行辊压复合，辊压压力1.5MPa，即形成电芯基本单元；其中，第一隔膜为单面涂覆PVDF层的PE薄膜。
⑥锂电芯的制备：将第二隔膜与电芯基本单元的负极极片复合，然后沿正极极片的方向进行绕卷，直至锂电芯装配精度达到电芯设计值；其中，第二隔膜为单面涂覆PVDF层的PE薄膜。
实施例7
一种极片与隔膜复合工艺，包括如下步骤：
①正极极片的制备：将正极活性材料(锰酸锂)、第一导电剂(KS-6)、第一粘结剂(PTFE)在第一溶剂(DMF)中混合均匀形成浆料，将该浆料均匀涂覆在正极集流体表面，形成第一活性物层；其中，正极活性材料、第一导电剂、第一粘结剂的质量比为:18:1:1；正极活性材料、第一导电剂和第一粘结剂的总质量与第一溶剂的质量比为7:3。
②正极极片预处理：将氧化物固体电解质LLZO、第三粘结剂(PMMA)溶解于有机溶剂(NMP)中形成浆料，将该浆料均匀涂覆于步骤①的第一活性物层上，待NMP挥发PMMA固化后，即制成表面涂覆氧化物固体电解质LLZO的正极极片。其中，氧化物固体电解质LLZO与第三粘结剂及有机溶剂的质量比为5:1:94，正极集流体为铝箔。
③负极极片的制备：将负极活性材料(石墨)、第二导电剂(KS-6)、第二粘结剂(CMC+SBR，CMC与SBR质量比为1:1混合)在第二溶剂(去离子水)中混合均匀形成浆料，将该浆料均匀涂覆在负极集流体表面，形成第二活性物层；其中，负极活性材料、第二导电剂、第二粘结剂的质量比为18:1:1；负极活性材料、第二导电剂和第二粘结剂的总质量与第二溶剂的质量比为45:55。
④负极极片预处理：不做处理，负极集流体为铜箔。
⑤正极极片、负极极片与第一隔膜复合：将经预处理后(即表面涂覆氧化物固体电解质LLZO)的正极极片、第一隔膜、负极极片从上到下依次叠放，然后在充满氮气的手套箱中用辊压机进行辊压复合，辊压压力2MPa，即形成电芯基本单元；其中，第一隔膜为单面涂覆Al2O3层的PE薄膜。
⑥锂电芯的制备：将多个步骤⑤制成的电芯基本单元依次通过“Z”型方式叠加，直至装配精度达到电芯设计值，辊压，即制成锂电芯；其中，每个电芯基本单元的正极极片与相邻的电芯基本单元的负极极片相对、负极极片与相邻的电芯基本单元的正极极片相对，每个电芯基本单元采用PET薄膜隔开。
本发明通过对正极极片和负极极片表面进行预处理，即分别在正极极片和负极极片涂覆一层固体电解质涂覆层，相较于传统使用的粘结剂，可以使锂电芯内部的阻抗降低，同时锂电芯安全性能得到大幅提高；另外，常温下采用辊压复合即可将稳定实现极片与隔膜的复合，无需加热，可降低极片与隔膜复合工艺的难度和生产能耗。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的专业技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种极片与隔膜复合工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对正极极片和/或负极极片表面进行预处理：在正极极片和/或负极极片表面涂覆涂层；
S2：将所述正极极片、第一隔膜和所述负极极片依次叠放，然后在惰性气体的环境中进行辊压复合，形成电芯基本单元；
所述涂层包括固体电解质和用于溶解或分散所述固体电解质的有机溶剂。
2.根据权利要求1所述的极片与隔膜复合工艺，其特征在于，所述辊压复合的压力为0.5-2.0MPa。
3.根据权利要求1所述的极片与隔膜复合工艺，其特征在于，所述固体电解质为固体氧化物电解质、固体硫化物电解质、固体卤化物电解质、固体硼酸盐电解质、固体磷酸盐电解质、薄膜型LiPON固体电解质、聚合物电解质中的其中一种或两种以上的混合。
4.根据权利要求1所述的极片与隔膜复合工艺，其特征在于，所述涂层还包括第三粘结剂，所述第三粘结剂为油性粘结剂和/或水性粘结剂。
5.根据权利要求4所述的极片与隔膜复合工艺，其特征在于，所述第一粘结剂为PMMA、PVDF-HFP、PVDF、CMC、海藻酸钠、PAA、PVA、PAN、PANI、PFFOMB、羧甲基壳聚糖、SBR中的其中一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的极片与隔膜复合工艺，其特征在于，所述正极极片由以下步骤制备：将正极活性材料、第一导电剂、第一粘结剂加入第一溶剂中，混合均匀形成正极浆料，将所述正极浆料涂覆在正极集流体表面，干燥固化；
所述负极极片由以下步骤制备：将负极活性材料、第二导电剂、第二粘结剂加入第二溶剂中，混合均匀形成负极浆料，将所述负极浆料涂覆在负极集流体表面，干燥固化。
7.根据权利要求1所述的极片与隔膜复合工艺，其特征在于，所述第一隔膜为单面表面水性涂层隔膜、单面表面油性涂层隔膜、双面水性涂层隔膜、双面油性涂层隔膜、单面陶瓷涂层隔膜、双面陶瓷涂层隔膜、电解质涂层隔膜中的任意一种。
8.一种锂电芯制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：将权利要求1-7任一项所述电芯基本单元设有所述负极极片的一面与第二隔膜复合后，沿所述正极极片的方向进行绕卷，直至锂电芯装配精度达到电芯设计值。
9.一种锂电芯制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：将若干个权利要求1-7任一项所述电芯基本单元依次通过“Z”型方式叠加，直至锂电芯装配精度达到电芯设计值；每个所述电芯基本单元的正极极片和负极极片分别与其相邻的两个电芯基本单元的负极极片和正极极片相对，每个所述电芯基本单元之间采用第三隔膜隔开。
10.根据权利要求8或9所述的电芯制备工艺，其特征在于，所述第二隔膜和第三隔膜均为普通隔膜、单面表面水性涂层隔膜、单面表面油性涂层隔膜、双面水性涂层隔膜、双面油性涂层隔膜、单面陶瓷涂层隔膜、双面陶瓷涂层隔膜、电解质涂层隔膜中的任意一种。
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