CN112993261A - 一种高比能量超低温电池导电集流体处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了超低温电池导电集流体处理技术领域的一种高比能量超低温电池导电集流体处理方法，其具体步骤为：专用高温防爆箱进行热处理，将负极集流体铜箔进行清洁处理，并进行高温热处理，向烘箱中充入惰性气体，然后对负极集流体铜箔取出进行活性物质涂覆生产，将处理后的负极集流体铜箔作为工作电极，通过表面沉积法将导电聚合物膜沉积在负极集流体铜箔的表面，能够促使负极集流体铜箔不氧化，可增加导电集流体的柔韧性，提升制作过程中的压实密度，通过工艺沉积的导电聚合物膜层均匀致密，不仅与基体材料黏结牢固，同时与活性物质结合力强，能够增加活性物质剥离强度，提升了电池的循环性能。
Description
技术领域
本发明涉及超低温电池导电集流体处理技术领域，具体为一种高比能量超低温电池导电集流体处理方法。
背景技术
锂离子电池由于其具备高能量密度，自放电小等优异的特性将取代镍/氢、镍/镉电池，在汽车动力电源、3C电子产品以及储能装置等领域迅速普及，动力储能电池发展至今，从材料到工艺技术等方面都受到诸多材料缺陷一定程度制约，在高容量动力电池的现有制作工艺中，锂电池极片制备过程是将一定比例的活性物质(正极或负极)、粘接剂和导电剂溶入合适的溶剂制得浆料均匀涂布于集流体金属上，然而粘接剂的存在却对电池整体性能产生较大影响，粘接剂用量较少时对活性物质与集流体金属粘接贡献较差，会增大活性物质与集流体金属间接触电阻，同时也会造成电池极片表面活性物质在多次循环后脱落，致使电池容量衰减严重，降低电池循环性能，而粘接剂过量时虽会提高活性物质与集流体金属黏结效果，但由于粘接剂为不导电物质，会增大极片内阻，且也与锂电池追求的高质量比容量的初衷背道而驰，阳极导电集流体几乎不做热处理，待活性物质涂覆到集流体后直接采取机械冷压方式将活性物质压到一定比例的压实密度(1.3g/cm3～1.6g/cm3)，达到一定极限的压实密度后阳极片会脆裂断带，导致无法组装，从而大大降低了电芯的装填比，电池体积比能量比较低，为了达到一定的装填密度，传统电池制作阳极片都是采用的极限压实，一定程度上会破坏材料的形貌，影响活性物质的能量发挥，在后期的循环使用过程中，直接机械冷压未做处理的集流体容易随着循环使用次数的增多而断裂，减少了电源的循环使用次数，因此，我们提出一种高比能量超低温电池导电集流体处理方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高比能量超低温电池导电集流体处理方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高比能量超低温电池导电集流体处理方法，其具体步骤为：
A：专用高温防爆箱，设备在高温工作状态的负压安全防爆性能必须经过加固处理，在箱体的壁厚及耐压性上做加厚及密封性能处理，密封圈必须采用耐高温300℃左右的特殊密封胶条，在高温处理集流体时不能融化和漏气，卸压装置一定要有可靠性的保障；
B：生产前2h打开烘箱升温开关，将温度按照不同的集流体材质及不同的电池压延工艺要求设置到150℃～240℃，直至温度稳定；
C：将即将生产的负极集流体铜箔依次通过丙酮、乙醇和去离子水超声进行清洁处理，然后置入150℃～240℃(根据相应的不同比能量电池工艺调整)的高温箱中进行高温热处理，时间一般设置约为3～6h，烘干备用；
D：在烘烤过程中按照一定时间0.5～1h给烘箱循环一种惰性气体，让集流体不氧化，集流体经过工艺设定的烘烤时间后冷却3～6h后填充惰性气体进行降温，直到烘箱温度降到45℃以下；
E：将聚合物单体溶入酸性介质中得到pH值为4.0～6.5的电解液，温度控制在-5～5℃，电解液中聚合物单体的浓度为0.05～0.2mol/L；
F：将电解液加入至电解池中，将步骤D中的负极集流体铜箔取出进行活性物质涂覆生产，将处理后的负极集流体铜箔作为工作电极，通过表面沉积法将导电聚合物膜沉积在负极集流体铜箔的表面。
优选的，步骤E中的电解液中聚合物单体的浓度为0.05～0.2mol/L，聚合物单体选自于苯胺、吡咯或噻吩。
优选的，步骤F中的表面沉积法采用循环伏安法作为电化学沉积手段，具体电化学参数为：扫描电位-0.5～1.6VSCE，扫描速率10mV/s，循环次数2次，沉积后用流动的去离子水清洗干燥。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、经过高温烘烤处理后，采用高温处理的阳极片生产时压延强度增加并不氧化，增加导电集流体的柔韧性，提升制作过程中的压实密度。采用此集流体制作生产的电池负极可以在生产过程中将压实密度提升到1.5g/cm3～1.8g/cm 3，从而大大提升了电芯的活性物质装填量，增加了电芯的体积比能量，对集流体经过高温处理后有效解决了集流体的柔韧性，提升了电池的循环性能；
2、通过采用电化学方式在锂离子电池集流体表面沉积导电聚合物膜层，通过工艺沉积的导电聚合物膜层均匀致密，不仅与基体材料黏结牢固，同时与活性物质结合力强，能够增加活性物质剥离强度，降低其接触内阻，导电聚合物本身具有的良好耐蚀性能够阻挡腐蚀介质对集流体的侵蚀，同时其具有的良好的导电性不会对电池充放电性能造成负面影响。
附图说明
图1为本发明未做热处理跟采用本发明专利热处理后的极片加工厚度数据表；
图2为本发明生产电池跟传统工艺生产电池的循环数据对比曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
实施例
一种高比能量超低温电池导电集流体处理方法，其具体步骤为：
A：专用高温防爆箱，设备在高温工作状态的负压安全防爆性能必须经过加固处理，在箱体的壁厚及耐压性上做加厚及密封性能处理，密封圈必须采用耐高温300℃左右的特殊密封胶条，在高温处理集流体时不能融化和漏气，卸压装置一定要有可靠性的保障；
B：生产前2h打开烘箱升温开关，将温度按照不同的集流体材质及不同的电池压延工艺要求设置到150℃～240℃，直至温度稳定，增加导电集流体的柔韧性，提升制作过程中的压实密度；
C：将即将生产的负极集流体铜箔依次通过丙酮、乙醇和去离子水超声进行清洁处理，然后置入150℃～240℃(根据相应的不同比能量电池工艺调整)的高温箱中进行高温热处理，时间一般设置约为3～6h，烘干备用；
D：在烘烤过程中按照一定时间0.5～1h给烘箱循环一种惰性气体，让集流体不氧化，集流体经过工艺设定的烘烤时间后冷却3～6h后填充惰性气体进行降温，直到烘箱温度降到45℃以下；
E：将聚合物单体溶入酸性介质中得到pH值为4.0～6.5的电解液，温度控制在-5～5℃，电解液中聚合物单体的浓度为0.05～0.2mol/L；
F：将电解液加入至电解池中，将步骤D中的负极集流体铜箔取出进行活性物质涂覆生产，将处理后的负极集流体铜箔作为工作电极，通过表面沉积法将导电聚合物膜沉积在负极集流体铜箔的表面。
其中，步骤E中的电解液中聚合物单体的浓度为0.05～0.2mol/L，聚合物单体选自于苯胺、吡咯或噻吩；
步骤F中的表面沉积法采用循环伏安法作为电化学沉积手段，具体电化学参数为：扫描电位-0.5～1.6VSCE，扫描速率10mV/s，循环次数2次，沉积后用流动的去离子水清洗干燥，通过工艺沉积的导电聚合物膜层均匀致密，不仅与基体材料黏结牢固，同时与活性物质结合力强，能够增加活性物质剥离强度。
根据说明书附图图1所示，未做热处理进行加工的极片厚度平均数都在143 以上进行热处理加工的极片的厚度平均数在130，未热处理加工的极片极限压实紧密度较低，极片的柔韧性较差，压延强度低，热处理后的极片厚度小，占面积小，能够增加电芯的体积比较能量。
根据说明书附图图2所示，传统工艺电池在循环实验中容量的保持率随着循环时间的增长而逐渐减小，且时间越往后下降速率越大，循环性较差，而经过热处理的电池在循环实验中，随着时间的推移，容量保持率能够稳定在一个较高的水平，且容量损失率较低，可循环使用性较高。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种高比能量超低温电池导电集流体处理方法，其特征在于：其具体步骤为：
A：专用高温防爆箱，设备在高温工作状态的负压安全防爆性能必须经过加固处理，在箱体的壁厚及耐压性上做加厚及密封性能处理，密封圈必须采用耐高温300℃左右的特殊密封胶条，在高温处理集流体时不能融化和漏气，卸压装置一定要有可靠性的保障；
B：生产前2h打开烘箱升温开关，将温度按照不同的集流体材质及不同的电池压延工艺要求设置到150℃～240℃，直至温度稳定；
C：将即将生产的负极集流体铜箔依次通过丙酮、乙醇和去离子水超声进行清洁处理，然后置入150℃～240℃(根据相应的不同比能量电池工艺调整)的高温箱中进行高温热处理，时间一般设置约为3～6h，烘干备用；
D：在烘烤过程中按照一定时间0.5～1h给烘箱循环一种惰性气体，让集流体不氧化，集流体经过工艺设定的烘烤时间后冷却3～6h后填充惰性气体进行降温，直到烘箱温度降到45℃以下；
E：将聚合物单体溶入酸性介质中得到pH值为4.0～6.5的电解液，温度控制在-5～5℃，电解液中聚合物单体的浓度为0.05～0.2mol/L；
F：将电解液加入至电解池中，将步骤D中的负极集流体铜箔取出进行活性物质涂覆生产，将处理后的负极集流体铜箔作为工作电极，通过表面沉积法将导电聚合物膜沉积在负极集流体铜箔的表面。
2.根据权利要求1所述的一种高比能量超低温电池导电集流体处理方法，其特征在于：步骤E中的电解液中聚合物单体的浓度为0.05～0.2mol/L，聚合物单体选自于苯胺、吡咯或噻吩。
3.根据权利要求1所述的一种高比能量超低温电池导电集流体处理方法，其特征在于：步骤F中的表面沉积法采用循环伏安法作为电化学沉积手段，具体电化学参数为：扫描电位-0.5～1.6VSCE，扫描速率10mV/s，循环次数2次，沉积后用流动的去离子水清洗干燥。
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