CN113140706A - 一种电池涂炭工艺及一种锂离子电池的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池生产工艺技术领域，提供了一种电池涂炭工艺及一种锂离子电池的制备方法，电池涂炭工艺包括步骤：S1、制作涂炭浆料，所述涂炭浆料包括质量百分比为10％‑20％的导电碳黑、70％‑80％的去离子水、5％‑10％的丁苯橡胶和2％‑4％的分散剂；S2、将所述涂炭浆料喷涂到锂离子电池的小尺寸圆柱钢壳或圆柱铝壳的内表面。锂离子电池的制备方法是通过在小的圆柱钢壳或小的圆柱铝壳电池内表面进行涂炭处理，改善了钢壳或铝壳的集流体与活性物质的电子导电性，进而降低锂离子电池的内阻，提升锂离子电池的容量，从而增加了锂离子电池内部的空间利用率。

Description

一种电池涂炭工艺及一种锂离子电池的制备方法

技术领域

本发明属于电池制造技术领域，涉及电池生产工艺技术领域，公开了一种电池涂炭工艺及一种锂离子电池的制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种新型的绿色化学电源，与传统的镍镉电池、镍氢电池相比，锂离子电池具有电压高、寿命长和能量密度大的优点。自1990年日本索尼公司推出第一代锂离子电池后，它已经得到迅速发展并广泛用于各种便携式设备。

锂离子电池通常包括正极、负极、隔膜和电解质四个部分。传统的锂离子电池通过卷绕工艺制成。现有的卷绕工艺包括正负极配料、正负极涂布、正负极辊压分切、正负极制片等工序，然后通过卷绕制成半成品。对于制作超小尺寸的圆柱铝壳或钢壳锂离子电池，该类锂离子电池极片较小，而现有的卷绕工艺存在极片利用率低，卷绕电池在圆柱形空间里利用率低，容量低，难度大，活性物质少，内阻高，步骤繁琐，生产效率低等缺陷，当电池体积小到一定程度时，现有的卷绕工艺将无法实现该类锂离子电池的制作。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种电池涂炭工艺及一种锂离子电池的制备方法，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种电池涂炭工艺，能够改善钢壳或铝壳集流体与活性物质的电子导电性，进而降低锂离子电池内阻，提升锂离子电池容量，以增加锂离子电池内部空间利用率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种电池涂炭工艺，包括步骤：

S1、制作涂炭浆料，所述涂炭浆料包括质量百分比为10％-20％的导电碳黑、70％-80％的去离子水、5％-10％的丁苯橡胶和2％-4％的分散剂；

S2、将所述涂炭浆料喷涂到锂离子电池的小尺寸圆柱钢壳或圆柱铝壳的内表面。

作为上述的电池涂炭工艺的一种优选方案，制成的所述涂炭浆料的固体含量的质量百分比为2％-10％；所述涂炭浆料的粘度为500mpa.s-1500mpa.s。

作为上述的电池涂炭工艺的一种优选方案，所述步骤S1具体包括步骤：

S11、用电子称称量所述去离子水加入到搅拌罐中，称取所述导电碳黑均匀撒在所述去离子水表面，启动所述搅拌罐，以公转10HZ的频率，按1000R/min的转速进行分散，搅拌12min后，进行刮桨和罐壁；升起搅拌罐，以公转20HZ的频率，按2000R/min的转速进行分散，搅拌130min；

S12、称取所述分散剂均匀的倒在所述步骤S11制作的浆料表面，以公转10HZ的频率，按1000R/min的转速进行分散，搅拌10min后，刮桨和罐壁；升起搅拌罐，以公转20HZ的频率，按2000R/min的转速进行分散，搅拌90min；

S13、称取所述丁苯橡胶加入到所述搅拌罐中，对所述搅拌罐抽真空至≤-0.08Mpa，并关闭分散，以公转20HZ的频率，搅拌60min；

S14、用筛网对所述步骤S13制成的浆料过滤后备用。

作为上述的电池涂炭工艺的一种优选方案，在所述步骤S13后取一杯浆料，用电子天平计算浆料的固含量，用粘度测试仪测试浆料的粘度。

作为上述的电池涂炭工艺的一种优选方案，计算浆料的固含量的方法为：取3片空铜箔，依次在所述电子天平上称量出各所述空铜箔重量，在各所述空铜箔上放置浆料并称出总重，以总重减去各所述空铜箔的重量，得出浆料重量；再把带料的各铜箔放入120℃烘箱中烘干，并称取烘干后的待料的各铜箔的总重，以烘干后的总重减去各所述空铜箔的重量，得出浆料干后重量；按浆料重/浆料干后重量，得出浆料的固含量。

作为上述的电池涂炭工艺的一种优选方案，所述步骤S14中采用250目的所述筛网对所述步骤S13制成的浆料进行过滤。

作为上述的电池涂炭工艺的一种优选方案，所述步骤S14中过滤两遍。

作为上述的电池涂炭工艺的一种优选方案，所述步骤S2具体为：将所述涂炭浆料灌入高速喷枪，将所述圆柱钢壳或圆柱铝壳固定住，将所述高速喷枪对准所述圆柱钢壳或圆柱铝壳底部喷入所述涂炭浆料，然后将所述圆柱钢壳或圆柱铝壳放入旋转烘箱，并把所述圆柱钢壳或圆柱铝壳固定在旋转烘箱上，烘箱温度开启至100℃-130℃，烘干所述圆柱钢壳或圆柱铝壳中的水份。

作为上述的电池涂炭工艺的一种优选方案，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。

本发明的目的之二在于提供一种锂离子电池的制备方法，制得的锂离子电池容量高，内阻低，循环次数多。

一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括步骤：

A、采用上述的电池涂炭工艺获得涂炭圆柱钢壳或涂炭圆柱铝壳；

B、将阳极浆料罐入涂炭圆柱钢壳或涂炭圆柱铝壳中，烘干得到锂离子电池的阳极，然后往涂炭圆柱钢壳或涂炭圆柱铝壳中注入电解液备用；

C、使用压芯模具将石墨压制在铁芯上，得到锂离子电池的阳极；

D、将隔离袋套在锂离子电池的阳极上，然后整体插入锂离子电池的阴极的涂炭圆柱钢壳或涂炭圆柱铝壳内；

E、使用充放电柜对所述步骤D中的锂离子电池进行充电激活。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过在小的圆柱钢壳或小的圆柱铝壳电池内表面进行涂炭处理，改善了钢壳或铝壳的集流体与活性物质的电子导电性，进而降低锂离子电池的内阻，提升锂离子电池的容量，从而增加了锂离子电池内部的空间利用率。

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。

如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。

实施例1：

电池涂炭。

以总重量10000g为例，按质量百分比，取15％的导电碳黑，75％的去离子水，6％的丁苯橡胶，4％的分散剂，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。

首先在电子称上衡量7500g去离子水倒入搅拌罐中，然后在电子称上称量1500g导电碳黑，慢慢地均匀的撒在去离子水表面，升起搅拌罐，开启冷却循环水，先以公转10HZ的频率，按1000R/min的速率进行分散。搅拌12min后刮桨及罐壁。再以公转20HZ的频率，按2000R/min的速率进行分散，搅拌130min。

随后，在电子称上称量400g分散剂加入到搅拌罐中去，以公转10HZ的频率，按1000R/min的转速进行分散。搅拌12min后刮桨及罐壁。再以公转20HZ的频率，按2000R/min的转速进行分散，搅拌90min。

接着，再在电子称上称量600g丁苯橡胶加入到搅拌罐中，升起搅拌罐，开启真空，抽真空至≤-0.08Mpa，以公转20HZ的频率开启公转，并关闭分散，搅拌60min。

完成后测试粘度及固含量。具体地，对于粘度的测试，取一钢杯浆料在粘度测试仪机器上，测试出来浆料粘度。对于固含量的测试，取3片小的空铜箔，依次在电子天平上称量出各空铜箔重量，在各空铜箔上放置浆料并称出总重，以总重减去各空铜箔的重量，得出浆料重量；再把带料的各铜箔放入120℃烘箱中烘干，并称取烘干后的待料的各铜箔的总重，以烘干后的总重减去各空铜箔的重量，得出浆料干后重量；按浆料重/浆料干后重量，得出浆料的固含量。其中，粘度需满足500mpa.s-1500mpa.s，固含量需满足2％-10％。合格后，将浆料过250目的筛网两遍备用。

最后，准备好高速喷枪，将制备好的上述涂炭浆料倒入高速的的储料小罐里，将圆柱钢壳或圆柱铝壳固定住，将高速喷枪对准圆柱钢壳或圆柱铝壳底部喷入涂炭浆料，然后将圆柱钢壳或圆柱铝壳放入旋转烘箱，并把圆柱钢壳或圆柱铝壳固定在旋转烘箱上，烘箱温度开启至100℃-130℃，烘干圆柱钢壳或圆柱铝壳中的水份，得到涂炭的圆柱钢壳或圆柱铝壳，备用。

制备锂离子电池。

采用上述的电池涂炭工艺获得涂炭圆柱钢壳或涂炭圆柱铝壳；将阳极浆料罐入涂炭圆柱钢壳或涂炭圆柱铝壳中，烘干得到锂离子电池的阳极，然后往涂炭圆柱钢壳或涂炭圆柱铝壳中注入电解液备用；使用压芯模具将石墨压制在铁芯上，得到锂离子电池的阳极；将隔离袋套在锂离子电池的阳极上，然后整体插入锂离子电池的阴极的涂炭圆柱钢壳或涂炭圆柱铝壳内；使用充放电柜对锂离子电池进行充电激活，即可得到本发明设计的锂离子电池。

通过在小的圆柱钢壳或小的圆柱铝壳电池内表面进行涂炭处理，改善了钢壳或铝壳的集流体与活性物质的电子导电性，进而降低锂离子电池的内阻，提升锂离子电池的容量，从而增加了锂离子电池内部的空间利用率。

实施例2：

本实施例与实施例一的区别在于，各组分的质量百分比不同。本实施例中，取20％的导电碳黑，70％的去离子水，8％的丁苯橡胶，2％的分散剂。

实施例3：

本实施例与实施例一的区别在于，各组分的质量百分比不同。本实施例中，取10％的导电碳黑，80％的去离子水，7％的丁苯橡胶，3％的分散剂。

实施例4：

本实施例与实施例一的区别在于，各组分的质量百分比不同。本实施例中，取12％的导电碳黑，75％的去离子水，10％的丁苯橡胶，3％的分散剂。

实施例5：

本实施例与实施例一的区别在于，各组分的质量百分比不同。本实施例中，取15％的导电碳黑，76％的去离子水，5％的丁苯橡胶，4％的分散剂。

对比例1：

使用没有经过涂炭处理的圆柱钢壳或圆柱铝壳，把阳极浆料罐入其中，烘干得到锂离子电池的阳极，然后注入电解液备用；然后使用压芯模具将石墨压制在铁芯上，得到锂离子电池的阳极；然后将隔离袋套在锂电池的阳极上，插入锂离子电池的阴极铝壳内。然后使用充放电柜对电池进行充电激活，即可得到一种锂离子电池。

对比例2：

使用传统的制备卷绕式锂离子电池的技术，经过以下工序：配料-涂布-辊压-分切-制片-卷绕-顶侧封-注液-化成-二封等；得到一种卷绕式锂离子电池。由于可供锂离子电池利用的空间小，锂离子电池的设计容量较低，并且电池外观形状不规则。

对比分析：

类别	容量/mAh	内阻/Ω	循环寿命/次	形状
					实施例1	15	204	596	φ3mm×12mm规则圆柱
实施例2	15	192	634	φ3mm×12mm规则圆柱
					实施例3	15	253	556	φ3mm×12mm规则圆柱
实施例4	15	225	586	φ3mm×12mm规则圆柱
					实施例5	15	208	590	φ3mm×12mm规则圆柱
对比例1	12	586	215	φ3mm×12mm规则圆柱
					对比例2	3	256	609	2mm×3mm×12mm不规则扁形

可见，本发明的提供的电池涂炭工艺与传统浆料工艺相比，操作简单，效率快，能够确保锂离子电池的容量高，内阻低，循环次数多，锂离子电池质量得到保证。本发明提供的锂离子电池的制备方法与传统卷绕结构电池工艺流程相比，改善了钢壳或铝壳的集流体与活性物质的电子导电性，进而降低锂离子电池的内阻，提升锂离子电池的容量，从而增加了锂离子电池内部的空间利用率。

本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种电池涂炭工艺，其特征在于，包括步骤：

S1、制作涂炭浆料，所述涂炭浆料包括质量百分比为10％-20％的导电碳黑、70％-80％的去离子水、5％-10％的丁苯橡胶和2％-4％的分散剂；

S2、将所述涂炭浆料喷涂到锂离子电池的小尺寸圆柱钢壳或圆柱铝壳的内表面。

2.根据权利要求1所述的电池涂炭工艺，其特征在于，制成的所述涂炭浆料的固体含量的质量百分比为2％-10％；所述涂炭浆料的粘度为500mpa.s-1500mpa.s。

3.根据权利要求1所述的电池涂炭工艺，其特征在于，所述步骤S1具体包括步骤：

S11、用电子称称量所述去离子水加入到搅拌罐中，称取所述导电碳黑均匀撒在所述去离子水表面，启动所述搅拌罐，以公转10HZ的频率，按1000R/min的转速进行分散，搅拌12min后，进行刮桨和罐壁；升起搅拌罐，以公转20HZ的频率，按2000R/min的转速进行分散，搅拌130min；

S12、称取所述分散剂均匀的倒在所述步骤S11制作的浆料表面，以公转10HZ的频率，按1000R/min的转速进行分散，搅拌10min后，刮桨和罐壁；升起搅拌罐，以公转20HZ的频率，按2000R/min的转速进行分散，搅拌90min；

S13、称取所述丁苯橡胶加入到所述搅拌罐中，对所述搅拌罐抽真空至≤-0.08Mpa，并关闭分散，以公转20HZ的频率，搅拌60min；

S14、用筛网对所述步骤S13制成的浆料过滤后备用。

4.根据权利要求3所述的电池涂炭工艺，其特征在于，在所述步骤S13后取一杯浆料，用电子天平计算浆料的固含量，用粘度测试仪测试浆料的粘度。

5.根据权利要求4所述的电池涂炭工艺，其特征在于，计算浆料的固含量的方法为：取3片空铜箔，依次在所述电子天平上称量出各所述空铜箔重量，在各所述空铜箔上放置浆料并称出总重，以总重减去各所述空铜箔的重量，得出浆料重量；再把带料的各铜箔放入120℃烘箱中烘干，并称取烘干后的待料的各铜箔的总重，以烘干后的总重减去各所述空铜箔的重量，得出浆料干后重量；按浆料重/浆料干后重量，得出浆料的固含量。

6.根据权利要求3所述的电池涂炭工艺，其特征在于，所述步骤S14中采用250目的所述筛网对所述步骤S13制成的浆料进行过滤。

7.根据权利要求6所述的电池涂炭工艺，其特征在于，所述步骤S14中过滤两遍。

8.根据权利要求1所述的电池涂炭工艺，其特征在于，所述步骤S2具体为：将所述涂炭浆料灌入高速喷枪，将所述圆柱钢壳或圆柱铝壳固定住，将所述高速喷枪对准所述圆柱钢壳或圆柱铝壳底部喷入所述涂炭浆料，然后将所述圆柱钢壳或圆柱铝壳放入旋转烘箱，并把所述圆柱钢壳或圆柱铝壳固定在旋转烘箱上，烘箱温度开启至100℃-130℃，烘干所述圆柱钢壳或圆柱铝壳中的水份。

9.根据权利要求1-8任一项所述的电池涂炭工艺，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。

10.一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括步骤：

A、采用权利要求1-9任一项所述的电池涂炭工艺获得涂炭圆柱钢壳或涂炭圆柱铝壳；

B、将阳极浆料罐入涂炭圆柱钢壳或涂炭圆柱铝壳中，烘干得到锂离子电池的阳极，然后往涂炭圆柱钢壳或涂炭圆柱铝壳中注入电解液备用；

C、使用压芯模具将石墨压制在铁芯上，得到锂离子电池的阳极；

D、将隔离袋套在锂离子电池的阳极上，然后整体插入锂离子电池的阴极的涂炭圆柱钢壳或涂炭圆柱铝壳内；

E、使用充放电柜对所述步骤D中的锂离子电池进行充电激活。