CN113871561A - 干法电极极片的制备方法及电极极片和电芯 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种干法电极极片的制备方法及电极极片和电芯，本发明的干法电极极片的制备方法包括由原料粉末制得纤维化的混合物料的步骤，混合物料经搅拌、过筛，获得极片粉料的步骤，以及极片粉料经加工处理后制得电极极片的步骤。本发明所述的干法电极极片的制备方法，通过搅拌和过筛混合物料，可以调控进料前的物料纤维化程度，进而调控辊压出膜厚度，改善出膜均匀性差、齐整性差的问题，从而应用该方法制备的电极极片制备电芯，有利于提高电芯的质量和性能。

Description

干法电极极片的制备方法及电极极片和电芯

技术领域

本发明涉及电池制备技术领域，特别涉及一种干法电极极片的制备方法，同时，本发明还涉及一种应用该方法制备的电极极片，以及由该电极极片制备的电芯。

背景技术

目前的干法电极制备技术，仅需要将活性物质与粘结剂混料后进行热辊压即可完成极片的制备，制备过程中无需NMP类溶剂的添加及干燥回收工艺，不仅大大简化了极片的制备工艺，而且可以使电池制造成本大幅度下降，同时全程没有有害溶剂的使用，也解决了电池制造过程中带来的环境污染问题。

但是该技术仍处于研发初期，有很多问题亟需解决，譬如在极片的制备工艺中，如在混料阶段粘结剂纤维化程度不足，则后续辊压时无法得到可以成片的自支撑膜；如果纤维化程度过高，则得到的物料体积易过大且较硬，辊压时易下料不均匀并造成出料不均，得到的自支撑膜上出现孔洞或边缘不齐等现象。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种干法电极极片的制备方法，以有利于改善制备的电极极片的性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种干法电极极片的制备方法，该方法包括如下步骤：

由原料粉末制得纤维化的混合物料的步骤；

混合物料经搅拌、过筛，获得极片粉料的步骤；

极片粉料经加工处理后制得电极极片的步骤。

进一步的，所述混合物料采用先慢后快的方式进行搅拌。

进一步的，所述混合物料的慢速搅拌速度为500～1000rpm；所述混合物料的快速搅拌速度为1500～3000rpm。

进一步的，所述混合物料的慢速搅拌时间为1～5min；所述混合物料的快速搅拌时间为1～3min。

进一步的，所述混合物料经由搅拌机搅拌，所述搅拌机的搅拌桨直径与收容所述搅拌桨的搅拌桶的桶径比为0.6～0.99：1。

进一步的，所述混合物料过筛的目数为1～100目。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的干法电极极片的制备方法，通过搅拌和过筛混合物料，可以调控进料前的物料纤维化程度，进而调控辊压出膜厚度，改善出膜均匀性差、齐整性差的问题，从而应用该方法制备的电极极片制备电芯，有利于提高电芯的质量和性能。

本发明的另一目的在于提出一种电极极片，该电极极片由如上所述的干法电极极片的制备方法制得。

本发明的又一目的在于提出一种电芯，该电芯包括贴覆有极片膜的、呈堆叠状态的多个如上所述的电极极片。

进一步的，所述极片膜贴覆在所述电极极片后，采用夹具夹持以进行烘烤处理。

进一步的，所述夹具包括贴合在贴覆有极片膜的所述电极极片两侧的橡胶层、贴合在各所述橡胶层外侧的玻璃层、以及夹持在各所述玻璃层之间的夹紧装置。

本发明所述的电极极片和电芯，与前述的干法电极极片的制备方法相对于现有技术具有相同的有益效果，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1制备的极片粉料过筛后放大100倍的电镜图；

图2为本发明实施例1制备的极片粉料辊压后的极片膜放大1000倍的电镜图；

图3为本发明实施例1制备的极片粉料辊压后的极片膜放大5000倍的电镜图；

图4为本发明实施例1制备的辊压后极片膜的图片；

图5为本发明对比例1制备的辊压后极片膜的图片。

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，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“连接件”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，可以结合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。

本发明涉及一种干法电极极片的制备方法，其包括由原料粉末制得纤维化的混合物料的步骤，混合物料经搅拌、过筛，获得极片粉料的步骤，以及极片粉料经加工处理后制得电极极片的步骤。

本发明的干法电极极片的制备方法，在经过超高速搅拌或研磨等强有力的纤维化步骤后，得到的物料纤维化程度高，用手轻捏即可成团，将这种高纤维化的物料先低速慢搅，再高速快搅，可以得到小颗粒的结块物料，物料过筛网，将筛选后的颗粒料直接进辊压机，可以直接得到成片的自支撑膜，这种自支撑膜强度较好，可以直接收卷。

基于以上设计思想，本实施例的干法电极极片的制备方法，具体包括如下步骤：

1、将电池活性物质、导电剂、粘结剂依次放入混料机中混合均匀。

在此应当理解的是，该步骤中，对应于正极或负极，其所应用的活性物质是不同的，因此正极极片和负极极片应分别制备，且前述的电池活性物质包括正极活性物质，负极活性物质。

具体来讲，正极活性物质包括但不限于：钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元镍钴锰酸锂、磷酸铁锂中的至少一种，也即正极活性物质可以是其中两种或两种以上的混合物。

负极活性物质包括但不限于：石墨、硅、氧化亚硅、锂硅合金、锂粉中的至少一种，也即负极活性物质可以是其中两种或两种以上的混合物。

此外，该步骤中的导电剂包括但不限于：乙炔黑、Super-P(即小颗粒导电碳黑)、碳纳米管、碳纤维、科琴黑、石墨导电剂、石墨烯中的至少一种，也即导电剂可以是其中两种或两种以上的混合物。

粘结剂为可纤维化聚合物包括但不限于：聚四氟乙烯、丁苯橡胶、聚丙烯和聚乙烯、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)中的至少一种，也即粘结剂可以是其中两种或两种以上的混合物。

2、将步骤1所得混合物用高速搅拌机进行超高速(≥15000rpm)搅拌剪切或研磨纤维化，得到高纤维化的混合物料a。

3、将步骤2所得的混合物料a进行“粘结剂纤维化调控”工艺，先用搅拌机低速慢搅，再高速搅拌，再将搅拌后的物料过筛，得到经纤维化调控后的物料b。

该步骤中，混合物料采用搅拌机进行搅拌，优选的，搅拌机的搅拌桨结构如下：搅拌轴上设有两组弯月形的刀片，两组刀片沿搅拌轴的轴向排布，且两组刀片错开90°布置，且每组刀片包括于搅拌轴两侧相对布置的两个刀片，也即每组的两个刀片呈180°布置。除此以外，搅拌桨当然还可采用其他结构，如单/双螺带式，一字型，三叶式，分散盘式等，

作为一种优选的实施方式，搅拌机的搅拌桨直径与收容搅拌桨的搅拌桶的桶径比为0.6～0.99：1，优选为0.8-0.95，以实现较好的搅拌效果。

具体搅拌时，采用先慢后快的方式进行搅拌，具体来讲，混合物料的慢速搅拌速度为500～1000rpm，混合物料的慢速搅拌时间为1～5min；混合物料的快速搅拌速度为1500～3000rpm，混合物料的快速搅拌时间为1～3min，以提高制备的极片膜的性能。

此外，该步骤中，混合物料过筛的筛网目数为1～100目，优选为8～40目，如其可为10目、20目、30目等，以进一步提高制备的极片膜的性能。

4、调节辊压机间隙，将物料b进料至辊压机，辊压后得到连续化的自支撑极片膜，可以直接收卷。

5、将收卷后的极片膜辊压贴合集流体，得到相应的正极极卷或负极极卷。

6、模切机裁片，得到合适尺寸的正极极片或负极极片。

本发明的干法电极极片的制备方法，可改善干法电极制备工艺中因粘结剂纤维化程度过高造成的物料结块，从而导致的后续辊压工序时出料不均、膜上有孔、边缘不齐等问题。

如上的制备方法中，主要是通过“粘结剂纤维化调控”工艺，以及先用搅拌机搅拌分散，将大块物料分散成小颗粒物料，然后通过过筛得到不同粒径的颗粒料，根据辊压后极片所需厚度选择不同目数的筛网过筛，一般极片厚度越大，筛网目数越小。

本发明的干法电极极片的制备方法，通过搅拌和过筛混合物料，可以调控进料前的物料纤维化程度，进而调控辊压出膜厚度，改善出膜均匀性差、齐整性差的问题，从而应用该方法制备的电极极片制备电芯，有利于提高电芯的质量和性能。

本发明还涉及一种电极极片，该电极极片由如上的干法电极极片的制备方法制得。

此外，本发明还涉及一种电芯，该电芯包括贴覆有极片膜的、呈堆叠状态的多个如上的电极极片。需要注意的是，极片膜贴覆在电极极片后，采用夹具夹持以进行烘烤处理。

具体来讲，夹具包括贴合在贴覆有极片膜的电极极片两侧的橡胶层、贴合在各橡胶层外侧的玻璃层、以及夹持在各玻璃层之间的夹紧装置。

作为一种优选的实施方式，橡胶层的厚度优选为1-3mm，在长度方向上，橡胶层比电芯两侧均大1-3mm，在宽度方向上，橡胶层比电芯两侧均大1-3mm。在此需要说明的是，橡胶层还可替换为具有相似性质或作用的其他材质，如其可为硅胶层、塑料层等。

此外，在电芯的制备过程中，电芯高温烘烤温度可为80-200℃，优选为100-150℃，如其可为100℃、120℃、135℃、150℃。

本发明的电芯的制备方法，具体包括如下制备步骤：

1、裁切合适尺寸的极片膜，然后叠片、胶带固定，得到电芯。

2、将电芯先用橡胶垫上下夹住，再用玻璃板上下夹住橡胶垫，最后用燕尾夹夹住固定，使得极片膜和极片紧密贴合，然后放入烘箱高温烘烤，可以起到热压的作用，使极片膜和极片紧密贴合，减小极片界面电阻。

3、进行极耳焊接，顶侧封，注液，封装，单片电芯即制作完成。

4、将制作好的电芯上夹具：先用橡胶垫上下夹住，然后用玻璃板夹住，最后用燕尾夹夹住固定起到使压力分散均匀，极片与极片膜紧密贴合的作用，从而起到减小极片界面电阻，能使电池性能充分发挥，提高电池测试性能。

本发明的电极极片的制备方法及电芯的制备方法，安全性高，易于放大，是一种适合于工业应用的方法，有利于推进新能源产业的发展，具有广阔的应用前景。经过该方法制备的电芯，通过应用如上的电极极片，还可改善单片电池内阻偏大的问题，而可提高电芯的质量和性能。

实施例1

按正极活性物质NCM811(NCM代表着其主要成分镍、钴、锰，而811代表的则是三种成分的配比8:1:1)重量占比92％、导电剂SP重量占比2％、导电剂活性炭重量占比2％、粘结剂PTFE重量占比4％的比例，负极活性物质Gr重量占比97％、导电剂SP重量占比1％、粘结剂PTFE重量占比2％的比例进行混料并纤维化。

将得到的高度纤维化的物料进行“粘结剂纤维化调控工艺”，即将物料放入弯月刀型搅拌机中慢速搅拌3分钟，快速搅拌1分钟，然后将物料经18目的筛网过筛，得到过筛后的调控后的物料。

将调控后的物料放入辊压机中进料，得到自支撑膜，压薄至一定厚度后贴合集流体，然后正负极分别裁片，叠片，得到电芯，在电芯两侧分别上橡胶垫、玻璃板后，采用燕尾夹固定，在120℃条件下高温烘烤12小时，然后按正常工序进行焊接、顶册封、注液、终封得到单片电芯，电芯两侧分别上橡胶垫、玻璃板，采用燕尾夹固定后进行预充化成及后续的容量倍率测试。

对比例1

按正极活性物质NCM811重量占比92％、导电剂SP重量占比2％、导电剂活性炭重量占比2％、粘结剂PTFE重量占比4％的比例，负极活性物质Gr重量占比97％、导电剂SP重量占比1％、粘结剂PTFE重量占比2％的比例进行混料并纤维化。

将得到的高度纤维化的物料直接放入辊压机中进料，得到自支撑膜，压薄至一定厚度后贴合集流体，然后正负极分别裁片，叠片，得到电芯，在电芯两侧分别上橡胶垫、玻璃板，然后采用燕尾夹固定，在120℃条件下高温烘烤12小时，然后按正常工序进行焊接、顶册封、注液、终封得到单片电芯，电芯两侧分别上橡胶垫、玻璃板，采用燕尾夹固定后进行预充化成及后续的容量倍率测试。

对比例2

按正极活性物质NCM811重量占比92％、导电剂SP重量占比2％、导电剂活性炭重量占比2％、粘结剂PTFE重量占比4％的比例，负极活性物质Gr重量占比97％、导电剂SP重量占比1％、粘结剂PTFE重量占比2％的比例进行混料并纤维化。

将得到的高度纤维化的物料进行“粘结剂纤维化调控工艺”，即将物料放入“十字弯月型搅拌机”中慢速搅拌3分钟，快速搅拌1分钟，然后将物料经18目的筛网过筛，得到过筛后的调控后的物料。将调控后的物料放入辊压机中进料，得到自支撑膜，压薄至一定厚度后贴合集流体，然后正负极分别裁片，叠片，得到电芯，然后120℃高温烘烤12小时，然后按正常工序进行焊接、顶册封、注液、终封得到单片电芯，电芯两侧分别上玻璃板，采用燕尾夹固定后进行预充化成及后续的容量倍率测试。

对比例1与实施例1相比，缺少“粘结剂纤维化调控”工艺这一步骤。对比例2与实施例1相比，缺少上橡胶垫、玻璃板等夹具高温烘烤的过程，后续测试上夹具时也未加橡胶垫。

实施例1、对比例1、对比例2制备的极片膜拉伸强度如表1所示：

表1：

组别	拉伸强度/N
		实施例1	2.35
对比例1	1.86
		对比例2	2.32

由表1可以看出，实施例1制备的极片膜具有更优异的拉伸强度，对比例1由于缺少“粘结剂纤维化调控”工艺这一步骤，极片膜的均匀性较差，导致拉伸强度下降，对比例2由于在制备极片膜的过程中和实施例1一致，所以两组极片膜的拉伸强度差异不大。

实施例1、对比例1、对比例2制备的电芯的电性能测试结果如表2所示：

表2：

由表2可以看出，实施例1制备的电芯具有更优异的电性能，相较于对比例2，内阻下降。

图1为纤维化调控后物料颗粒放大100倍的电镜图，经“粘结剂纤维化调控”工艺后，物料部分成块。

图2和图3为物料辊压后极片膜的电镜图，其中，图2是放大1000倍的电镜图，图3是放大5000倍的电镜图，由图2可以看出粘结剂分布均匀，由图3可以看出纤维化拉丝效果好。

图4为实施例1辊压后出膜情况，经“粘结剂纤维化调控”工艺后，物料颗粒大小相近，出料均匀，极片表观均匀。

图5为对比例1辊压后出膜情况，由于未采用“粘结剂纤维化调控”工艺，物料大小不一，导致辊压出料不均，极片膜易出现孔洞，边缘不齐等现象，影响极片膜品质。

综合来看，经纤维化调控工艺后的辊压出膜更加齐整，可减少因物料块太大使得下料不均而导致的出膜不齐整、边缘缺陷、孔洞等问题，进而可提高物料利用率，减少后续不良品，减少物料浪费。并且从电池性能测试结果来看，“粘结剂纤维化调控”工艺并不会影响电池性能，甚至还略有提高。

此外，上橡胶垫、玻璃板等夹具然后高温烘烤这一过程可以使得高温下极片膜上的胶部分熔化并与极片粘在一起，使得极片膜和极片紧密贴合，可减小极片界面电阻。而测试时上夹具时由于橡胶垫质地更软，表面更粗糙，摩擦力更大，上夹具时在玻璃板与电池间加一层橡胶垫可以使得压力更均匀，极片膜与极片贴合更紧密，可减小极片界面电阻，电池测试结果更好，从测试结果也可明显说明了这一问题。

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 (10)

1.一种干法电极极片的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

由原料粉末制得纤维化的混合物料的步骤；

混合物料经搅拌、过筛，获得极片粉料的步骤；

极片粉料经加工处理后制得电极极片的步骤。

2.根据权利要求1所述的干法电极极片的制备方法，其特征在于：

所述混合物料采用先慢后快的方式进行搅拌。

3.根据权利要求2所述的干法电极极片的制备方法，其特征在于：

所述混合物料的慢速搅拌速度为500～1000rpm；所述混合物料的快速搅拌速度为1500～3000rpm。

4.根据权利要求2所述的干法电极极片的制备方法，其特征在于：

所述混合物料的慢速搅拌时间为1～5min；所述混合物料的快速搅拌时间为1～3min。

5.根据权利要求2所述的干法电极极片的制备方法，其特征在于：

所述混合物料经由搅拌机搅拌，所述搅拌机的搅拌桨直径与收容所述搅拌桨的搅拌桶的桶径比为0.6～0.99：1。

6.根据权利要求2所述的干法电极极片的制备方法，其特征在于：

所述混合物料过筛的目数为1～100目。

7.一种电极极片，其特征在于：

该电极极片由权利要求1至6中任一项所述的干法电极极片的制备方法制得。

8.一种电芯，其特征在于：

该电芯包括贴覆有极片膜的、呈堆叠状态的多个如权利要求7所述的电极极片。

9.根据权利要求8所述的电芯，其特征在于：

所述极片膜贴覆在所述电极极片后，采用夹具夹持以进行烘烤处理。

10.根据权利要求9所述的电芯，其特征在于：

所述夹具包括贴合在贴覆有极片膜的所述电极极片两侧的橡胶层、贴合在各所述橡胶层外侧的玻璃层、以及夹持在各所述玻璃层之间的夹紧装置。

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