CN113903885A - 三维微孔铝箔、锂离子电池正极、锂离子电池及其制备方法和用电设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种三维微孔铝箔、锂离子电池正极、锂离子电池及其制备方法和用电设备。三维微孔铝箔，包括多个微孔，微孔边缘具有毛刺。三维微孔铝箔的制备方法：使用冲孔模具冲压铝箔原材得到三维微孔铝箔。锂离子电池正极，包括三维微孔铝箔及设置在三维微孔铝箔表面的正极材料。锂离子电池正极的制备方法：将正极材料涂布在三维微孔铝箔的表面，后处理得到锂离子电池正极。锂离子电池，包括锂离子电池正极、锂离子电池负极和隔膜。锂离子电池的制备方法，包括：将锂离子电池正极、锂离子电池负极、隔膜和壳体以卷绕或叠片方式组装，后处理得到锂离子电池。用电设备，包括锂离子电池。本申请提供的三维微孔铝箔，能够改善电池倍率性能和循环性能。
Description
技术领域
本申请涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种三维微孔铝箔、锂离子电池正极、锂离子电池及其制备方法和用电设备。
背景技术
随着电动汽车续航里程的不断提高，对电动汽车的核心部分锂电池能量密度的要求也越要越高。在现有材料体系下，人们往往着眼于提高活性材料的含量、增加涂布面密度和增加压实。
现有技术中有采用三维泡沫箔材制备极片，这限制了材料的选择，只能使用三维泡沫箔材。还有使用多孔铜箔制备极片，但是其多孔箔材的制备方法是激光冲孔，该方法设备成本高、生产效率低、并且激光对铝箔孔的边缘具有烧蚀缺陷，此外其多孔铜箔不具备三维立体结构，对极片和电池的性能改善效果有限。
因此，如何改进极片(极板)以提升锂离子电池的性能，成为研究的重点。
发明内容
本申请的目的在于提供一种三维微孔铝箔、锂离子电池正极、锂离子电池及其制备方法和用电设备，以解决上述问题。
为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
一种三维微孔铝箔，包括多个微孔，所述微孔边缘具有毛刺。
优选地，所述微孔为通孔，孔间距为50μm-700μm，孔径大小为40μm-600μm，孔隙率为5-60％；
优选地，所述三维微孔铝箔的厚度为40μm-400μm，抗拉强度为300MPa-800MPa。
本申请还提供一种所述的三维微孔铝箔的制备方法，包括：
使用冲孔模具冲压铝箔原材得到所述三维微孔铝箔。
优选地，所述冲孔模具的宽度为10mm-1000mm，长度为100mm-1000mm；
所述铝箔原材的厚度为8μm-30μm。
本申请还提供一种锂离子电池正极，包括所述的三维微孔铝箔及设置在所述三维微孔铝箔表面的正极材料。
优选地，所述正极材料包括正极主材、正极导电剂、正极粘结剂和正极溶剂；
优选地，所述正极主材包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、富锂锰中的一种或多种；
优选地，所述正极导电剂包括SP、KS-6、KS-15、VGCF、碳纳米管和石墨烯中的一种或多种；
优选地，所述正极粘结剂包括PVDF、PTEF、CMC、LA132、LA133、LA136D和SBR中的一种或多种；
优选地，所述正极溶剂包括水和/或NMP。
本申请还提供一种所述的锂离子电池正极的制备方法，包括：
将所述正极材料涂布在所述三维微孔铝箔的表面，后处理得到所述锂离子电池正极。
本申请还提供一种锂离子电池，包括所述的锂离子电池正极、锂离子电池负极和隔膜；
优选地，所述锂离子电池负极的负极材料包括负极主材、负极导电剂、负极粘结剂和负极溶剂；
优选地，所述负极主材包括天然石墨、人造石墨、中间相碳微球(MCMB)、软碳、硬碳、硅碳、锡基氧化物中的一种或多种；
优选地，所述负极导电剂包括SP、KS-6、KS-15、VGCF、碳纳米管和石墨烯中的一种或多种；
优选地，所述负极粘结剂包括PVDF、PTEF、CMC、LA132、LA133、LA136D和SBR中的一种或多种；
优选地，所述负极溶剂包括水和/或NMP。
本申请还提供一种所述的锂离子电池的制备方法，包括：
将所述锂离子电池正极、所述锂离子电池负极、所述隔膜和壳体以卷绕或叠片方式组装，后处理得到所述锂离子电池；
优选地，所述壳体为铝壳、钢壳、塑壳或铝塑膜包装。
本申请还提供一种用电设备，包括所述的锂离子电池。
与现有技术相比，本申请的有益效果包括：
本申请提供的三维微孔铝箔与传统的箔材相比，三维微孔铝箔表面呈致密、立体翻边金属毛刺结构，能嵌填大量的正极活性物质浆料，极板碾压后，无规则偏倒的金属刺对活性物质起到包容、固定作用，能有效增加极板强度；金属毛刺结构可以提高极片的电导率，改善电池的倍率性能；而多孔结构可以增加材料的粘结性能，从而改善电池的循环性能。
本申请提供的三维微孔铝箔的制备方法，通过使用冲孔模具冲压铝箔原材得到，工艺简单、设备成本低、生产效率高，不存在烧蚀缺陷。
本申请提供的锂离子电池正极和锂离子电池，通过使用三维微孔铝箔，锂离子电池性能的内阻、倍率、循环等方面性能显著提高。
本申请提供的锂离子电池正极和锂离子电池的制备方法，工艺简单、成本低。
本申请提供的用电设备，通过使用上述锂离子电池，提升供电性能，增加续航里程。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。
图1为实施例1得到的三维微孔铝箔的照片；
图2为实施例3和对比例1制得的锂离子电池的循环性能对比图；
图3为实施例4和对比例2制得的锂离子电池的循环性能对比图。
具体实施方式
如本文所用之术语：
“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。
“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK(K为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。
一种三维微孔铝箔，包括多个微孔，所述微孔边缘具有毛刺。
需要说明的是，此处所指的毛刺是由于冲孔所形成的立体翻边金属毛刺结构。
在一个可选的实施方式中，所述微孔为通孔，孔间距为50μm-700μm，孔径大小为40μm-600μm，孔隙率为5％-60％。
微孔参数的控制，利于浆料的涂敷，能增大极片的剥离强度。
在一个可选的实施方式中，所述三维微孔铝箔的厚度为40μm-400μm，抗拉强度为300MPa-800MPa。高的抗拉强度，能保证涂布、辊压、分切的顺利进行，防止出现断带情况。
三维微孔铝箔的厚度为40μm-400μm，具有较大的比表面积和良好的导电性，并且对活性材料具有一定的包覆作用。
可选的，所述微孔的孔间距可以为50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm或者50-700μm之间的任一值，孔径大小可以为40μm、50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm或者40μm-600μm之间的任一值，孔隙率可以为5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％或者5％-60％之间的任一值；
本申请还提供一种所述的三维微孔铝箔的制备方法，包括：
使用冲孔模具冲压铝箔原材得到所述三维微孔铝箔。
在一个可选的实施方式中，所述冲孔模具的宽度为10mm-1000mm，长度为100mm-1000mm；
所述铝箔原材的厚度为8-30μm。
可选的，所述冲孔模具的宽度可以为10mm、100mm、200mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、900mm、1000mm或者10mm-1000mm之间的任一值，长度可以为100mm、200mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、900mm、1000mm或者100mm-1000mm之间的任一值；所述铝箔原材的厚度可以为8μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm或者8μm-30μm之间的任一值。
本申请还提供一种锂离子电池正极，包括所述的三维微孔铝箔及设置在所述三维微孔铝箔表面的正极材料。
在一个可选的实施方式中，所述正极材料包括正极主材、正极导电剂、正极粘结剂和正极溶剂；
在一个可选的实施方式中，所述正极主材包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、富锂锰中的一种或多种；
在一个可选的实施方式中，所述正极导电剂包括SP(导电炭黑)、KS-6(导电石墨)、KS-15(导电石墨)、VGCF(碳纤维)、碳纳米管和石墨烯中的一种或多种；
在一个可选的实施方式中，所述正极粘结剂包括PVDF(聚偏氟乙烯)、PTEF(聚四氟乙烯)、CMC(羧甲基纤维素钠)、LA132(丙烯腈多元共聚物)、LA133(丙烯腈多元共聚物)、LA136D(丙烯腈多元共聚物)和SBR(丁苯橡胶)中的一种或多种；
在一个可选的实施方式中，所述正极溶剂包括水和/或NMP。
本申请还提供一种所述的锂离子电池正极的制备方法，包括：
将所述正极材料涂布在所述三维微孔铝箔的表面，后处理得到所述锂离子电池正极。
此处所指的后处理可以包括滚压、分切、干燥等步骤。
本申请还提供一种锂离子电池，包括所述的锂离子电池正极、锂离子电池负极和隔膜；
在一个可选的实施方式中，所述锂离子电池负极的负极材料包括负极主材、负极导电剂、负极粘结剂和负极溶剂；
在一个可选的实施方式中，所述负极主材包括天然石墨、人造石墨、中间相碳微球(MCMB)、软碳、硬碳、硅碳、锡基氧化物中的一种或多种；
在一个可选的实施方式中，所述负极导电剂包括SP、KS-6、KS-15、VGCF、碳纳米管和石墨烯中的一种或多种；
在一个可选的实施方式中，所述负极粘结剂包括PVDF、PTEF、CMC、LA132、LA133、LA136D和SBR中的一种或多种；
在一个可选的实施方式中，所述负极溶剂包括水和/或NMP。
负极极板可以使用本申请提供的三维微孔铝箔，也可以使用其他材料，例如铜箔。
本申请还提供一种所述的锂离子电池的制备方法，包括：
将所述锂离子电池正极、所述锂离子电池负极、所述隔膜和壳体以卷绕或叠片方式组装，后处理得到所述锂离子电池；
在一个可选的实施方式中，所述壳体为铝壳、钢壳、塑壳或铝塑膜包装。
此处后处理可以包括烘烤、注液、化成、分容等步骤。
本申请还提供一种用电设备，包括所述的锂离子电池。
此处所指用电设备可以是电动车，也可以是其它含有锂离子电池的设备。
下面将结合具体实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
首先将15μm铝箔经过冲孔模具冲孔后得到三维微孔铝箔，其中冲孔模具宽度为300mm，长度为500mm，得到三维微孔铝箔的孔径大小为250μm，孔间距为300μm，孔隙率为20％，厚度为150μm，抗拉强度为500MPa。
所得三维微孔铝箔的照片如图1所示。
正极片的制备步骤：将正极主材锰酸锂、导电剂SP和粘结剂PVDF，溶剂NMP混合均匀，然后将其涂布在三维微孔铝箔上，干燥再经过滚压、分切制备得到正极片；
负极片的制备步骤：将负极主材天然石墨、导电剂SP、KS-6、粘结剂为CMC和SBR，溶剂为水，混合均匀，然后使用负极极板涂布、滚压、分切制备得到负极片；
将正极片、负极片、隔膜经过卷绕制备成卷芯，与铝塑膜外包装后，经过烘烤、注液、化成、分容得到三维微孔铝箔基锂离子电池。
实施例2
首先将15μm铝箔经过冲孔模具冲孔后得到三维微孔铝箔，其中冲孔模具宽度为300mm，长度为400mm，得到三维微孔铝箔的孔径大小为250μm，孔间距为300μm，孔隙率为17％，厚度为150μm，抗拉强度为500MPa。
正极片的制备步骤：将正极主材镍钴锰酸锂、导电剂SP、碳纳米管浆料和粘结剂PVDF，溶剂NMP混合均匀，然后涂布、滚压、分切制备得到正极片；
负极片的制备步骤：将负极主材硅碳、导电剂SP、KS-6、粘结剂为CMC和SBR，溶剂为水，混合均匀，然后涂布、滚压、分切制备得到负极片；
将正极片、负极片、隔膜经过叠片制备成裸电芯，与铝塑膜外包装后，经过烘烤、注液、化成、分容得到三维微孔铝箔基锂离子电池。
实施例3
首先将15μm铝箔经过冲孔模具冲孔后得到三维微孔铝箔，其中冲孔模具宽度为300mm，长度为500mm，得到三维微孔铝箔的孔径大小为300μm，孔间距为400μm，孔隙率为17％，厚度为100μm，抗拉强度为450MPa。
正极片的制备步骤：将正极主材镍钴锰酸锂、导电剂SP、碳纳米管浆料和粘结剂PVDF，溶剂NMP混合均匀，然后涂布、滚压、分切制备得到正极片；
负极片的制备步骤：将负极主材硅碳、导电剂SP、碳纳米管、粘结剂为CMC和LA132，溶剂为水，混合均匀，然后涂布、滚压、分切制备得到负极片；
将正极片、负极片、隔膜经过叠片制备成裸电芯，与铝壳外包装后，经过烘烤、注液、化成、分容得到三维微孔铝箔基锂离子电池。
实施例4
首先将15μm铝箔经过冲孔模具冲孔后得到三维微孔铝箔，其中冲孔模具宽度为300mm，长度为500mm，得到三维微孔铝箔的孔径大小为300μm，孔间距为400μm，孔隙率为17％，厚度为100μm，抗拉强度为450MPa。
正极片的制备步骤：将正极主材磷酸铁锂、导电剂SP、石墨烯浆料和粘结剂PVDF，溶剂NMP混合均匀，然后涂布、滚压、分切制备得到正极片；
负极片的制备步骤：将负极主材人造石墨、导电剂SP、碳纳米管、粘结剂为CMC和LA132，溶剂为水，混合均匀，然后涂布、滚压、分切制备得到负极片；
将正极片、负极片、隔膜经过叠片制备成裸电芯，与铝壳外包装后，经过烘烤、注液、化成、分容得到三维微孔铝箔基锂离子电池。
实施例5
首先将15μm铝箔经过冲孔模具冲孔后得到三维微孔铝箔，其中冲孔模具宽度为300mm，长度为500mm，得到三维微孔铝箔的孔径大小为300μm，孔间距为400μm，孔隙率为17％，厚度为120μm，抗拉强度为650MPa。
正极片的制备步骤：将正极主材镍钴铝酸锂、导电剂SP、碳纳米管浆料和粘结剂PVDF，溶剂NMP混合均匀，然后涂布、滚压、分切制备得到正极片；
负极片的制备步骤：将负极主材硅碳、导电剂SP、碳纳米管、粘结剂为CMC和LA132，溶剂为水，混合均匀，然后涂布、滚压、分切制备得到负极片；
将正极片、负极片、隔膜经过卷绕制备成卷芯，与圆柱钢壳外包装后，经过烘烤、注液、化成、分容得到三维微孔铝箔基锂离子电池。
对比例1
与实施例3不同的是，使用未冲孔的铝箔原材作为极片。
将实施例3和对比例1得到的锂离子电池进行性能测试，结果如图2所示。
从图2可看出，与普通铝箔原材相比，采用三维微孔铝箔的锂离子电池在循环性能上的得到提升，表现出更加优异的性能。
对比例2
与实施例4不同的是，冲孔得到的铝箔不带毛刺。
将实施例4和对比例2得到的锂离子电池进行性能测试，结果如图3所示。
从图3可看出，与对比例2相比，实施例4采用带毛刺的三维微孔铝箔的锂离子电池在循环性能上的得到提升，表现出更加优异的性能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种三维微孔铝箔，其特征在于，包括多个微孔，所述微孔边缘具有毛刺。
2.根据权利要求1所述的三维微孔铝箔，其特征在于，所述微孔为通孔，孔间距为50μm-700μm，孔径大小为40μm-600μm，孔隙率为5％-60％；
优选地，所述三维微孔铝箔的厚度为40μm-400μm，抗拉强度为300MPa-800MPa。
3.一种权利要求1或2所述的三维微孔铝箔的制备方法，其特征在于，包括：
使用冲孔模具冲压铝箔原材得到所述三维微孔铝箔。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述冲孔模具的宽度为10mm-1000mm，长度为100mm-1000mm；
所述铝箔原材的厚度为8μm-30μm。
5.一种锂离子电池正极，其特征在于，包括权利要求1或2所述的三维微孔铝箔及设置在所述三维微孔铝箔表面的正极材料。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池正极，其特征在于，所述正极材料包括正极主材、正极导电剂、正极粘结剂和正极溶剂；
优选地，所述正极主材包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、富锂锰中的一种或多种；
优选地，所述正极导电剂包括SP、KS-6、KS-15、VGCF、碳纳米管和石墨烯中的一种或多种；
优选地，所述正极粘结剂包括PVDF、PTEF、CMC、LA132、LA133、LA136D和SBR中的一种或多种；
优选地，所述正极溶剂包括水和/或NMP。
7.一种权利要求5或6所述的锂离子电池正极的制备方法，其特征在于，包括：
将所述正极材料涂布在所述三维微孔铝箔的表面，后处理得到所述锂离子电池正极。
8.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求5或6所述的锂离子电池正极、锂离子电池负极和隔膜；
优选地，所述锂离子电池负极的负极材料包括负极主材、负极导电剂、负极粘结剂和负极溶剂；
优选地，所述负极主材包括天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、硅碳、锡基氧化物中的一种或多种；
优选地，所述负极导电剂包括SP、KS-6、KS-15、VGCF、碳纳米管和石墨烯中的一种或多种；
优选地，所述负极粘结剂包括PVDF、PTEF、CMC、LA132、LA133、LA136D和SBR中的一种或多种；
优选地，所述负极溶剂包括水和/或NMP。
9.一种权利要求8所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括：
将所述锂离子电池正极、所述锂离子电池负极、所述隔膜和壳体以卷绕或叠片方式组装，后处理得到所述锂离子电池；
优选地，所述壳体为铝壳、钢壳、塑壳或铝塑膜包装。
10.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求8所述的锂离子电池。
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2021
- 2021-09-30 CN CN202111161918.0A patent/CN113903885A/zh active Pending
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