CN113948671A - 一种正极极片的制备方法及正极极片和二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种正极极片的制备方法及正极极片和二次电池，通过优化现有安全涂层凹版辊的设计，在安全涂层需预留第一槽位的区域对应在凹版辊版面上预留第一非雕刻区，从而实现了预留第一槽位的安全涂层的涂布；而后再在安全涂层的表面涂覆正极活性物质层，因常规采用的正极活性物质层中的粘结剂较少，采用常规的激光清洗+擦拭的方法即可将第一槽位上的正极活性物质去除，避免了第一槽位出现的安全涂层残留或过激光清洗灼伤集流体的问题，解决了带安全涂层的二次电池无法有效实施嵌入式极耳结构的问题。本发明提供的制备方法更加简单容易，可快速导入量产，更符合企业的生产应用。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池领域，具体涉及一种正极极片的制备方法及正极极片和二次电池。
背景技术
锂离子电池具备高能量密度、高输出功率、高循环寿命的优点，广泛应用于消费类电子产品中。然而锂离子电池在受到碰撞、挤压或者穿刺等异常情况时，容易着火、爆炸，造成严重后果。为了提升锂离子电池安全性能，目前主要采用在正极集流体表面和活性材料之间涂布一层安全涂层的方法。在发生内部短路时，安全涂层可以有效防止正极集流体与负极活性材料的直接接触短路的失效模式；同时，随着短路过程中温度升高，安全涂层内阻显著增大，可有效抑制电芯热失控。
在3C消费类电子产品中，安全涂层最早用在非快充大容量电池中，大容量电池由于容量大，安全性能差，安全涂层可以极大改善大容量电池的安全性能。而随着用户对锂离子电池充电时间的要求越来越高，采用嵌入式极耳结构的锂离子电池因为高充电速率的优点，已逐渐取代常规极耳结构(即极耳直接焊接在正极极片头部的空箔处)。
而原先非快充大容量电池是采用常规极耳结构，设置安全涂层时只需要在正极集流体表面连续涂布一层安全涂层，然后在安全涂层的表面涂布活性材料，即可完成正极极片的制备。但如果是转化为嵌入式极耳结构，则存在以下问题：目前嵌入式极耳结构比较有效的一种工艺是通过激光清洗处理掉极耳焊接区域的大部分活性物质，再通过擦拭的方法去除剩余少量浮粉，漏出箔材，以用于极耳焊接；而增加安全涂层后，为了保证安全性能，安全涂层与正极集流体需具备较高的粘接强度，安全涂层的粘接剂含量较活性材料涂层中粘接剂含量要高得多，因为安全涂层的高粘结剂含量及与正极集流体的高粘结强度，通过反复验证发现，现有的激光清洗+擦拭的工艺无法实现对带有安全涂层正极极片的有效清洗，存在安全涂层残留无法完全清洗干净或过激光过清洗灼伤铝箔的问题。
有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。
发明内容
本发明的目的之一在于：提供一种正极极片的制备方法，以解决目前嵌入式极耳结构的锂离子电池增加安全涂层后安全涂层残留无法完全清洗干净或过激光清洗灼伤铝箔的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种正极极片的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用凹版涂布在正极集流体的至少一表面涂覆安全涂层，所述凹版涂布的凹版辊包括第一非雕刻区，所述第一非雕刻区用于在所述安全涂层的涂层区中预先嵌留第一槽位；
S2、在所述安全涂层远离所述正极集流体的一面涂覆有正极活性物质层，清除所述第一槽位上的至少部分正极活性物质，以使得所述正极活性物质层留设出第二槽位和露出至少部分所述第一槽位；
S3、在露出的第一槽位上焊接极耳，完成正极极片的制备。
优选的，所述第一槽位的宽度大于或等于所述第二槽位的宽度。
优选的，所述第一槽位的边缘覆盖有所述正极活性物质。
优选的，步骤S1中，所述凹版辊中设置有若干个间隔分布的第一非雕刻区。
优选的，步骤S1中，所述第一非雕刻区贯通所述凹版辊设置。
优选的，步骤S1中，所述凹版辊还包括用于涂覆形成所述涂层区的雕刻区，所述雕刻区环绕所述第一非雕刻区设置。
优选的，步骤S1中，所述凹版辊还包括第二非雕刻区，所述第二非雕刻区用于形成所述正极极片的尾部空箔区。
优选的，所述正极极片的尾部空箔区的表面还涂覆有绝缘层。
优选的，步骤S2中，清除所述第一槽位上的至少部分正极活性物质的方法包括激光清洗、刮片、激光清洗+刮片、激光清洗+擦拭中的至少一种。
本发明的目的之二在于，提供一种由上述任一项所述的正极极片的制备方法制备得到的正极极片。
本发明的目的之三在于，提供一种二次电池，包括正极极片、负极极片和间隔于所述正极极片和所述负极极片之间的隔离膜，所述正极极片为上述所述的正极极片。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供的正极极片的制备方法，通过优化现有安全涂层凹版辊的设计，在安全涂层需预留第一槽位的区域对应在凹版辊版面上预留第一非雕刻区，从而实现了预留第一槽位的安全涂层的涂布；而后再在安全涂层的表面涂覆正极活性物质层，因常规采用的正极活性物质层中的粘结剂较少，采用常规的激光清洗+擦拭的方法即可将第一槽位上的正极活性物质去除，避免了第一槽位出现的安全涂层残留或过激光清洗灼伤集流体的问题，解决了带安全涂层的二次电池无法有效实施嵌入式极耳结构的问题。本发明提供的制备方法更加简单容易，可快速导入量产，更符合企业的生产应用。
附图说明
图1为本发明正极极片的截面示意图。
图2为本发明凹版涂布用凹版辊的结构示意图之一。
图3为图2中的凹版辊涂布后正极极片未分条前的结构示意图。
图4为图3中的正极极片分条后及焊接完极耳的结构示意图。
图5为本发明凹版涂布用凹版辊的结构示意图之二。
图6为图5中的凹版辊涂布后正极极片未分条前的结构示意图。
图7为图6中的正极极片分条后及焊接完极耳的结构示意图。
图中：1-正极集流体；11-尾部空箔区；2-安全涂层；21-第一槽位；3-正极活性物质层；31-第二槽位；4-极耳；5-凹版辊；51-第一非雕刻区；52-第二非雕刻区；53-雕刻区。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式和说明书附图，对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明提供了一种二次电池，包括正极极片、负极极片、间隔于所述正极极片和所述负极极片之间的隔离膜、电解液和壳体，正极极片、隔离膜和负极极片依次卷绕/叠片制成裸电芯，裸电芯和电解液容纳于壳体中形成一完整二次电池。
该正极极片包括依次设置的正极集流体1、安全涂层2和正极活性物质层3。该安全涂层2包括第一导电剂和第一粘结剂，正极活性物质层3包括正极活性物质、第二导电剂和第二粘结剂，其中，该第一粘结剂在安全涂层2中的质量占比大于第二粘结剂在正极活性物质层3中的质量占比，第一粘结剂在安全涂层2中的质量百分比为9.0～30wt％，第二粘结剂在正极活性物质层3中的质量百分比为0.9～7.0wt％。
该正极极片的涂层区中还预留有槽位用于极耳4的焊接，即是采用嵌入式极耳4结构设计，优选的，该槽位设置在正极极片的中部，即是极耳4焊接在正极极片的中部。
而该负极极片包括负极集流体和涂覆于所述负极集流体至少一表面的负极活性物质层。该负极活性物质层中包含的负极活性物质可以是包括但不限于石墨、软碳、硬碳、碳纤维、中间相碳微球、硅基材料、锡基材料、钛酸锂或其他能与锂形成合金的金属等中的一种或几种。其中，所述石墨可选自人造石墨、天然石墨以及改性石墨中的一种或几种；所述硅基材料可选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅合金中的一种或几种；所述锡基材料可选自单质锡、锡氧化合物、锡合金中的一种或几种。
而隔离膜可以是本领域各种适用于锂离子电池隔膜的材料，例如，可以是包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、芳纶、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯和天然纤维等中的一种或多种的组合。
基于上述正极极片的结构，本发明人通过反复验证发现，现有的激光清洗+擦拭的工艺无法实现对带有安全涂层2正极极片的有效清洗，以在正极极片的涂层区清除出极耳槽位。
因此，基于该正极极片结构，本发明人提供了一种新的正极极片的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用凹版涂布在正极集流体1的至少一表面涂覆安全涂层2，所述凹版涂布的凹版辊5包括第一非雕刻区51，所述第一非雕刻区51用于在所述安全涂层2的涂层区中预先嵌留第一槽位21；
S2、在所述安全涂层2远离所述正极集流体1的一面涂覆有正极活性物质层3，清除所述第一槽位21上的至少部分正极活性物质，以使得所述正极活性物质层3留设出第二槽位31和露出至少部分所述第一槽位21；
S3、在露出的第一槽位21上焊接极耳4，完成正极极片的制备。
该方法优化了涂布的凹版，采用特殊设计的凹版辊5，在凹版辊5中增加了第一非雕刻区51，该第一非雕刻区51夹设于雕刻区53中，以使得涂布形成的第一槽位21设置在正极极片的涂层区中，进而从源头解决了极耳槽位需要清除安全涂层2的问题，然后再在安全涂层2上涂覆正极活性物质层3，该正极活性物质层3采用满涂的方式，在第一槽位21上同样覆盖正极活性物质，后续再通过激光清洗、刮片、激光清洗+刮片、激光清洗+擦拭中的至少一种方法清除该位置的正极活性物质，因正极活性物质层3中的粘结剂含量较少，可以较为容易的将其清除且不会残留在极耳槽位上。本文所述的极耳槽位是指第一槽位21和第二槽位31一同组成的槽位，用于极耳4的焊接，可采用激光焊、电阻焊、超声波焊接中的至少一种方式将极耳4焊接于第一槽位21和第二槽位31上。
进一步地，所述第一槽位21的宽度大于或等于所述第二槽位31的宽度。进一步优选的，所述第一槽位21的宽度大于所述第二槽位31的宽度。将第一槽位21的宽度设置大于第二槽位31一方面在激光清洗过程中可以避免激光清洗到安全涂层2，保证安全涂层2的稳定性；另一方面第二槽位31越小，正极活性物质越多，则电池的整体能量密度也会越大，只需保证第二槽位31可满足极耳4的焊接即可。其中，第一槽位21和第二槽位31的宽度方向为图1中的X方向。
进一步地，所述第一槽位21的边缘覆盖有所述正极活性物质。该正极活性物质在涂覆正极活性物质层3时流落在第一槽位21边缘的表面，在清除第一槽位21上的正极活性物质层3时，保留第一槽位21边缘的正极活性物质，可进一步避免激光清洗损伤到安全涂层2。
进一步地，步骤S1中，所述凹版辊5中设置有若干个间隔分布的第一非雕刻区51。该凹版辊5涂布的集流体为大片的涂覆，在正极极片涂覆结束后一般需分切制得符合尺寸要求的正极极片，而该若干个第一非雕刻区51即是对应多个正极极片上的第一槽位21，相邻两个第一非雕刻区51的间距与正极极片分条的宽度相匹配。因多个第一非雕刻区51是间隔设置的，则涂布形成的安全涂层2的第一槽位21的长度可小于正极极片的宽度，即槽位不贯穿正极极片的宽度方向，可更好的提升电池的能量密度。可如图2～4所示。
进一步地，步骤S1中，所述第一非雕刻区51贯通所述凹版辊5设置。采用贯通凹版辊5设计的第一非雕刻区51，在分切后，安全涂层2的第一槽位21的长度与正极极片的宽度相等，当涂布正极活性物质层3时，采用间隙涂布的方式即可实现带有安全涂层2的嵌入式极耳4结构的正极极片的制备。可如图5～7所示。
进一步地，步骤S1中，所述凹版辊5还包括用于涂覆形成所述涂层区的雕刻区53，所述雕刻区53环绕所述第一非雕刻区51设置。即是在凹版涂布过程中，凹版辊5的雕刻区53携带安全涂层2浆料涂布到正极集流体1上，从而完成安全涂层2的涂覆，其中，因第一非雕刻区51未携带安全涂层2浆料，则完成涂覆后，正极集流体1对应于第一非雕刻区51的位置无浆料覆盖，从而实现预留有第一槽位21的安全涂层2的涂布。
而正极活性物质层3的涂布可以采用挤压涂布、转移涂布、喷涂、丝网印刷中的任意一种涂布方式进行。
进一步地，步骤S1中，所述凹版辊5还包括第二非雕刻区52，所述第二非雕刻区52用于形成所述正极极片的尾部空箔区11。
进一步地，所述正极极片的尾部空箔区11的表面还涂覆有绝缘层。在尾部空箔区11的表面通过凹版涂布、挤压涂布、喷涂、丝网印刷、转移涂布中的任意一种方式使得该空箔区覆盖上绝缘层，可完整避免集流体跟负极活性物质接触短路的失效模式，进一步提升电池的安全性能。
经本发明上述制备方法得到的正极极片，极耳槽位上没有安全涂层残留，且正极活性物质层清除容易，也不会出现因过激光清除而灼伤集流体的问题。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种正极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用凹版涂布在正极集流体的至少一表面涂覆安全涂层，所述凹版涂布的凹版辊包括第一非雕刻区，所述第一非雕刻区用于在所述安全涂层的涂层区中预先嵌留第一槽位；
S2、在所述安全涂层远离所述正极集流体的一面涂覆有正极活性物质层，清除所述第一槽位上的至少部分正极活性物质，以使得所述正极活性物质层留设出第二槽位和露出至少部分所述第一槽位；
S3、在露出的第一槽位上焊接极耳，完成正极极片的制备。
2.根据权利要求1所述的正极极片的制备方法，其特征在于，所述第一槽位的宽度大于或等于所述第二槽位的宽度。
3.根据权利要求2所述的正极极片的制备方法，其特征在于，所述第一槽位的边缘覆盖有所述正极活性物质。
4.根据权利要求1所述的正极极片的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述凹版辊中设置有若干个间隔分布的第一非雕刻区。
5.根据权利要求1所述的正极极片的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述第一非雕刻区贯通所述凹版辊设置。
6.根据权利要求1所述的正极极片的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述凹版辊还包括用于涂覆形成所述涂层区的雕刻区，所述雕刻区环绕所述第一非雕刻区设置。
7.根据权利要求1所述的正极极片的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述凹版辊还包括第二非雕刻区，所述第二非雕刻区用于形成所述正极极片的尾部空箔区。
8.根据权利要求7所述的正极极片的制备方法，其特征在于，所述正极极片的尾部空箔区的表面还涂覆有绝缘层。
9.一种由权利要求1～8任一项所述的正极极片的制备方法制备得到的正极极片。
10.一种二次电池，包括正极极片、负极极片和间隔于所述正极极片和所述负极极片之间的隔离膜，其特征在于，所述正极极片为权利要求9所述的正极极片。
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