CN112750979A - 一种锂离子电池沟渠型极片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池沟渠型极片及其制备方法，包括集流体和集流体单体，集流体包括本体及其一端设置的空箔材，本体上方设有若干集流体单体，相邻的两个集流体单体之间形成沟渠，若干所述沟渠纵横交错，且均互相垂直相交，当集流体同时用于正极片和负极片时，集流体负极片的沟渠至少比集流体正极片的沟渠小1mm。本发明所述的锂离子电池沟渠型极片及其制备方法，可以给电解液进入极片内部空间留出通道，可以更快速的让电解液与极片中心区域的固体材料接触，提升电池的电解液浸润特性，进而提升电芯的容量发挥、提升循环耐久特性、缩短生产周期。

Description

一种锂离子电池沟渠型极片及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种锂离子电池沟渠型极片及其制备方法。
背景技术
现有锂离子电池的极片结构，一般是整片结构。该种极片的结构一般是由涂覆设备，将制备好浆料通过连续或者间歇式涂覆的方式涂敷在集流体上。然后裁切成需要的尺寸，作为电池中发挥功能的部件。
现有的极片结构，电解液浸润方面的劣势非常明显。电解液是锂电池中不可缺少的组成部分，在电池制作的过程中，电解液和极片中固相材料的润湿过程是非常重要的一个过程。电解液润湿的过程一般是从极片正面和4个侧面进入的，所以造成电解液在极片中的分布不均，在电解液润湿固体材料的过程中，最后润湿的部分位于整个极片的中心区域，且靠近集流体。由于锂离子电池在制作过程中的时间是有限的，给电解液浸润固体材料的时间也是有限的，所以电池在制作完成后都会存在中间的一个没有被电解液浸润的部分。它带来的危害是极片活化不够充分，容量发挥不足，电池功率特性发挥差、循环性能恶化、生产时间长(主要是给电解液润湿固体材料的时间)等问题。对于现在比较流行的厚电极技术，电解液浸润问题的问题会更加的放大。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种锂离子电池沟渠型极片，以解决传统极片的浸润不充分的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种锂离子电池沟渠型极片，包括集流体和集流体单体，集流体包括本体及其一端设置的空箔材，本体上方设有若干集流体单体，相邻的两个集流体单体之间形成沟渠，若干所述沟渠纵横交错，且均互相垂直相交，当集流体同时用于正极片和负极片时，集流体负极片的沟渠至少比集流体正极片的沟渠小1mm。
进一步的，所述沟渠的范围为1mm至10mm。
进一步的，所述集流体和集流体单体的材质均为铝。
相对于现有技术，本发明所述的锂离子电池沟渠型极片具有以下优势：
(1)本发明所述的锂离子电池沟渠型极片，该沟渠型极片可以只应用正极(沟渠正极配合传统型负极)，也可以同时应用正负极(正负极极片都是沟渠型的)，形式灵活，通用性强。
(2)本发明所述的锂离子电池沟渠型极片，可以被应用到极耳同侧出的极片结构，也可以被应用到极耳对侧出的极片结构，可以被应用到软包电芯上，也可以被应用到铝壳、塑壳等多种包装形式的电芯上，使用范围广。
(3)本发明所述的锂离子电池沟渠型极片，可以给电解液进入极片内部空间留出通道，可以更快速的让电解液与极片中心区域的固体材料接触，提升电池的电解液浸润特性，进而提升电芯的容量发挥、提升循环耐久特性、缩短生产周期。
(4)本发明所述的锂离子电池沟渠型极片，相对于传统极片，提升浸润特性；进而提升电芯的容量发挥、循环耐久性、缩短了生产周期。
(5)本发明所述的锂离子电池沟渠型极片，可以通过当前设备实现，方法简单易行，在喷涂设备上分成若干区域，然后采用间断式涂覆的方法，实现极片的制作。
本发明的另一目的在于提出一种锂离子电池沟渠型极片的制备方法，以解决极片浸润不充分的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种锂离子电池沟渠型极片的制备方法，包括如下步骤：
S1、制作正极沟渠型极片：
S11、将正极所用的活性物质、导电剂、粘结剂、溶剂混合分散均匀，形成稳定的浆料；
S12、将承载浆料的载体作为集流体，将集流体分成若干集流体单体涂覆，且集流体两端预留空箔材区域，相邻的两个集流体单体之间形成沟渠；
S13、使用喷涂设备，采用间歇式涂覆的方式，对集流体和集流体单体进行喷涂；
S14、喷涂完成的极片，裁切后，形成具有沟渠型结构的正极极片；
S2、制作负极沟渠型极片：
S21、将负极所用的活性物质、导电剂、粘结剂、溶剂混合分散均匀，形成稳定的浆料；
S22、将承载浆料的载体作为集流体，将集流体分成若干集流体单体涂覆，且集流体两端预留空箔材区域，相邻的两个集流体单体之间形成沟渠，但集流体负极片沟渠必须比集流体正极片沟渠至少小1mm；
S23、使用喷涂设备，采用间歇式涂覆的方式，对集流体和集流体单体进行喷涂；但间歇距离必须比正极片间歇距离至少小1mm；
S24、喷涂完成的极片，裁切后，形成具有沟渠型结构的正极极片；
S3、制作成电芯：
S31、将正负极片，以及事先准备好的极耳、铝塑膜通过叠片、焊接、装配的工序组装软包电芯，再注入电解液量，经过化成工序，制作成成品的电芯。
进一步的，所述步骤S11中，活性物质、导电剂、粘结剂的质量比例为(90-99):(0.5-9.5):(0.5-3.5)；溶剂占固体质量40％-50％。
进一步的，所述步骤S11中，活性物质为NCM622，导电剂为SP、粘结剂为PVDF，溶剂为NMP。
进一步的，所述步骤S12和S22中，承载浆料的载体采用铝箔材作为集流体。
进一步的，所述步骤S21中，活性物质、导电剂、粘结剂的质量比例为(90-99):(1-5):(1-5)；溶剂占固体质量40％-55％。
进一步的，所述步骤S21中，活性物质为石墨，导电剂为SP、粘结剂为SBR，溶剂为水。
所述锂离子电池沟渠型极片的制备方法与上述锂离子电池沟渠型极片相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的锂离子电池沟渠型极片的主视图；
图2为本发明实施例所述的锂离子电池沟渠型极片的侧视图；
图3为本发明实施例所述的锂离子电池沟渠型极片的制备方法中待侧切部分的示意图。
附图标记说明：
1-集流体；11-空箔材；12-本体；2-集流体单体；3-沟渠。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种锂离子电池沟渠型极片，如图1和图2所示，包括集流体1和集流体单体2，集流体1包括本体12及其一端设置的空箔材11，本体12上方设有若干集流体单体2，相邻的两个集流体单体2之间形成沟渠3，若干所述沟渠3纵横交错，且均互相垂直相交，集流体负极片的沟渠至少比集流体正极片的沟渠小1mm。沟渠的长度可以是贯通整个极片，也可以是不贯通整个极片的。
该沟渠型极片可以只应用正极(沟渠正极配合传统型负极)，也可以同时应用正负极(正负极极片都是沟渠型的)，形式灵活，通用性强；可以被应用到极耳同侧出的极片结构，也可以被应用到极耳对侧出的极片结构，可以被应用到软包电芯上，也可以被应用到铝壳、塑壳等多种包装形式的电芯上，使用范围广。
沟渠3的范围为1mm至10mm。
集流体1和集流体单体2的材质均为铝。
如图3所示，一种锂离子电池沟渠型极片的制备方法，包括如下步骤：
S1、制作正极沟渠型极片
S11、将正极所用的活性物质、导电剂、粘结剂、溶剂混合分散均匀，形成稳定的浆料；
优选的，活性物质、导电剂、粘结剂的质量比例为(90-99):(0.5-9.5):(0.5-3.5)；溶剂占固体质量40％-50％；
优选的，活性物质为NCM622，导电剂为SP、粘结剂为PVDF，溶剂为NMP。
S12、将承载浆料的载体作为集流体1，将集流体1分成若干集流体单体2涂覆，且集流体两端预留空箔材1区域，相邻的两个集流体单体2之间形成沟渠3，每个沟渠3的大小可以根据实际需求调整，一般间距范围为1mm至10mm；
优选的，承载浆料的载体采用铝箔材作为集流体。
S13、喷涂时，使用喷涂设备，采用间歇式涂覆的方式，间歇时常可以根据涂覆速度调整，间歇的距离可以调整到1mm至10mm。涂覆厚度可以从10um到500um的范围，涂覆量为40mg/cm2；
优选的，涂覆设备采用喷涂式涂覆设备。
S14、喷涂完成的极片，如图3，通过裁切的方法，把所示区域裁切出来，形成最终的具有沟渠型结构的正极极片。
S2、制作负极沟渠型极片
S21、将负极所用的活性物质、导电剂、粘结剂、溶剂混合分散均匀，形成稳定的浆料；
优选的，活性物质、导电剂、粘结剂的质量比例为(90-99):(1-5):(1-5)；溶剂占固体质量40％-55％；
优选的，活性物质为石墨，导电剂为SP、粘结剂为SBR，溶剂为水。
S22、将承载浆料的载体作为集流体1，将集流体1分成若干集流体单体2涂覆，且集流体两端预留空箔材1区域，相邻的两个集流体单体2之间形成沟渠3，每个沟渠3的大小可以根据实际需求调整，一般间距范围为1mm至10mm；但集流体1负极片沟渠3必须比集流体正极片沟渠至少小1mm。这样制作的极片，负极材料区域才能覆盖住正极材料区域。
优选的，承载浆料的载体采用铝箔材作为集流体。
S23、喷涂时，使用喷涂设备，采用间歇式涂覆的方式，间歇时常可以根据涂覆速度调整，间歇的距离可以调整到1至10mm。涂覆厚度可以从10um到500um的范围。但间歇距离必须比正极片间歇距离至少小1mm。涂覆量为20mg/cm2，这样制作的极片，负极材料区域才能覆盖住正极材料区域；
S24、喷涂完成的极片，如图3(图3中斜线为部分为裁切的区域)，通过裁切的方法，把所示区域裁切出来，形成最终的具有沟渠型结构的负极极片。
S3、制作成电芯
S31、将正负极片，以及事先准备好的极耳、铝塑膜通过叠片、焊接、装配的工序组装软包电芯。再注入电解液量，经过化成工序，制作成成品的电芯。
实施例一：
1.将正极所用的活性物质NCM622材料、导电剂SP、粘结剂PVDF，质量按照比例97:2:1和占固体质量42.8％的溶剂NMP，用行星式匀浆机混合分散均匀，形成稳定的浆料，浆料固含量为70％；
2.涂覆设备采用喷涂式涂覆设备，承载浆料的载体采用铝箔材作为集流体，集流体厚度为13um。集流体分成三段涂覆，第一段涂覆幅宽60mm，第二段涂覆幅宽120mm，第三段涂覆幅宽60mm，间距均为5mm，两边留箔材宽度14mm。如图3。
3.喷涂时，采用间歇式涂覆的方式，每一个间歇的涂覆长度42.75mm，间歇的距离5mm，涂覆厚度250um，涂覆量40mg/cm2。如图3。
4.喷涂完成的极片，如图3，通过裁切的方法，把所示区域裁切出来，极片宽度95.5mm，长度264mm。形成最终的具有沟渠型结构的正极极片。
5.将负极所用的活性物质石墨、导电剂SP、粘结剂SBR，质量按照比例95:2:3和占固体质量96％的溶剂水，用行星式匀浆机混合分散均匀，形成稳定的浆料，浆料固含量为51％：
6.涂覆设备采用喷涂式涂覆设备，承载浆料的载体采用铜箔材作为集流体，集流体厚度为8um。集流体分成三段涂覆，第一段涂覆幅宽64mm，第二段涂覆幅宽124mm，第三段涂覆幅宽64mm，间距均为1mm，两边留箔材宽度12mm。
7.喷涂时，采用间歇式涂覆的方式，每一个间歇的涂覆长度48.75mm，间歇的距离调整到1mm。涂覆厚度300um，涂覆量20mg/cm2。。
8.喷涂完成的极片，通过裁切的方法，把所示区域裁切出来，极片宽度99.5mm，长度266mm。形成最终的具有沟渠型结构的负极极片。
9.将正负极片，以及事先准备好的极耳、铝塑膜通过叠片、焊接、装配的工序组装软包电芯。再注入电解液量，经过化成工序，制作成成品的电芯。
本方案可以给电解液进入极片内部空间留出通道，可以更快速的让电解液与极片中心区域的固体材料接触，提升电池的电解液浸润特性，进而提升电芯的容量发挥、提升循环耐久特性、缩短生产周期。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种锂离子电池沟渠型极片，其特征在于：包括集流体和集流体单体，集流体包括本体及其一端设置的空箔材，本体上方设有若干集流体单体，相邻的两个集流体单体之间形成沟渠，若干所述沟渠纵横交错，且均互相垂直相交，当集流体同时用于正极片和负极片时，集流体负极片的沟渠至少比集流体正极片的沟渠小1mm。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池沟渠型极片，其特征在于：沟渠的范围为1mm至10mm。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池沟渠型极片，其特征在于：集流体和集流体单体的材质均为铝。
4.根据权利要求1至3任一所述的一种锂离子电池沟渠型极片的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、制作正极沟渠型极片：
S11、将正极所用的活性物质、导电剂、粘结剂、溶剂混合分散均匀，形成稳定的浆料；
S12、将承载浆料的载体作为集流体，将集流体分成若干集流体单体涂覆，且集流体两端预留空箔材区域，相邻的两个集流体单体之间形成沟渠；
S13、使用喷涂设备，采用间歇式涂覆的方式，对集流体和集流体单体进行喷涂；
S14、喷涂完成的极片，裁切后，形成具有沟渠型结构的正极极片；
S2、制作负极沟渠型极片：
S21、将负极所用的活性物质、导电剂、粘结剂、溶剂混合分散均匀，形成稳定的浆料；
S22、将承载浆料的载体作为集流体，将集流体分成若干集流体单体涂覆，且集流体两端预留空箔材区域，相邻的两个集流体单体之间形成沟渠，但集流体负极片沟渠必须比集流体正极片沟渠至少小1mm；
S23、使用喷涂设备，采用间歇式涂覆的方式，对集流体和集流体单体进行喷涂；但间歇距离必须比正极片间歇距离至少小1mm；
S24、喷涂完成的极片，裁切后，形成具有沟渠型结构的正极极片；
S3、制作成电芯：
S31、将正负极片，以及事先准备好的极耳、铝塑膜通过叠片、焊接、装配的工序组装软包电芯，再注入电解液量，经过化成工序，制作成成品的电芯。
5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池沟渠型极片的制备方法，其特征在于：所述步骤S11中，活性物质、导电剂、粘结剂的质量比例为(90-99):(0.5-9.5):(0.5-3.5)；溶剂占固体质量为40％-50％。
6.根据权利要求4所述的一种锂离子电池沟渠型极片的制备方法，其特征在于：所述步骤S11中，活性物质为NCM622，导电剂为SP、粘结剂为PVDF，溶剂为NMP。
7.根据权利要求4所述的一种锂离子电池沟渠型极片的制备方法，其特征在于：所述步骤S12和S22中，承载浆料的载体采用铝箔材作为集流体。
8.根据权利要求4所述的一种锂离子电池沟渠型极片的制备方法，其特征在于：所述步骤S21中，活性物质、导电剂、粘结剂的质量比例为(90-99):(1-5):(1-5)；溶剂占固体质量为40％-55％。
9.根据权利要求4所述的一种锂离子电池沟渠型极片的制备方法，其特征在于：所述步骤S21中，活性物质为石墨，导电剂为SP、粘结剂为SBR，溶剂为水。
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