CN113948680B - 一种极片制备方法及锂离子电池 - Google Patents

一种极片制备方法及锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种极片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将电极活性材料、导电剂和粘结剂混合，得到粘合物；(2)所述箔材表面设置有粘合物涂布区和阻燃区，所述粘合物涂布区和所述阻燃区相间分布，所述粘合物涂布区涂覆所述粘合物，所述阻燃区涂覆阻燃剂。本发明提供的极片制备方法，极片局部热失控时，能够及时阻断电芯大面积起火，从而起到提高电芯安全性能的作用。本发明提供的锂离子电池，包括本发明提供的极片，具有与本发明提供的极片相同的作用和效果。

Description

一种极片制备方法及锂离子电池
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种极片制备方法及锂离子电池。
背景技术
随着人们对环境和能源意识的提高，新能源技术进入了大众的视野，锂离子电池因其具有高能量密度，高输出电压，无记忆效应，环境友好等优点，被广泛应用于电子移动设备，动力交通运输网，智能电网等领域。目前随着锂离子电池的能量密度越做越高，其安全性能备受关注。电池在大倍率充放电时，以及运输过程的碰撞，跌落，容易引起隔膜的收缩或翻折，从而导致电池短路发生起火。为了赢得人们对锂离子电池的信任，提升锂离子电池的安全性能至关重要。
公开号为“CN206250284”的现有技术公开了“一种阳极极片及电芯”，在阳极宽度方向上设置绝缘层，防止分切时产生极片毛刺刺穿隔膜，以及高温气氛下因隔离膜收缩引起的阴阳极短路，从而提高电芯的安全性能，但是该技术方案在隔离膜收缩严重的情况下，因绝缘层的宽度有限，不能起到绝缘作用，对安全性能的提升有限。因此，如何提高极片和锂离子电池的安全性能是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种极片制备方法及锂离子电池，具有高安全性能。
一种极片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将电极活性材料、导电剂和粘结剂混合，得到粘合物；
(2)箔材表面设置有粘合物涂布区和阻燃区，所述粘合物涂布区和所述阻燃区相间分布，所述粘合物涂布区涂覆所述粘合物，所述阻燃区涂覆阻燃剂。
上述的一种极片制备方法，作为优选方案，所述粘合物和所述阻燃剂均使用干法涂布方式涂覆于所述箔材表面。
上述的一种极片制备方法，作为优选方案，所述阻燃区的宽度为1－5um。
上述的一种极片制备方法，作为优选方案，所述阻燃剂为三氧化二铝、三氧化二锑、勃姆石、水滑石、氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一种。
上述的一种极片制备方法，作为优选方案，所述电极活性材料包括正极活性材料或负极活性材料。
上述的一种极片制备方法，作为优选方案，所述负极活性材料为石墨、硬碳、钛酸锂和硅材的至少一种。
上述的一种极片制备方法，作为优选方案，所述正极活性材料为钴酸锂、三元材料、锰酸锂和磷酸铁锂中的至少一种。
上述的一种极片制备方法，作为优选方案，所述粘结剂为PVDF、羟甲基纤维素和丁苯橡胶中的至少一种。
一种锂离子电池，包括上述的极片制备方法制备的极片。
本发明的有益效果：本发明提供的极片制备方法，由于在极片上每隔一定距离涂覆有一条阻燃区，即粘合物涂布区与阻燃区相间分布，当极片局部热失控时，阻燃区能够及时阻断电芯大面积起火，从而起到提高极片安全性能的作用。本发明提供的锂离子电池，包括本发明提供的极片，具有与本发明提供的极片相同的作用和效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的极片的结构示意图；
1－箔材，2－粘合物涂布区，3－阻燃区，4－极耳。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
本发明实施例提供一种极片制备方法，包括以下步骤：
(1)将电极活性材料、导电剂和粘结剂混合，得到粘合物；
(2)箔材1表面设置有粘合物涂布区2和阻燃区3，粘合物涂布区2和阻燃区3相间分布，粘合物涂布区2涂覆粘合物，阻燃区3涂覆阻燃剂。
粘合物涂布区2和阻燃区3在箔材1表面的分布如图1所示，展示了箔材1、粘合物涂布区2、阻燃区3、极耳4。
本发明实施例提供的极片制备方法，由于在极片上每隔一定距离涂覆有一条阻燃区3，即粘合物涂布区2与阻燃区3相间分布，当极片局部热失控时，阻燃区3能够及时阻断电芯大面积起火，从而起到提高极片安全性能的作用。
本发明实施例提供的一种极片制备方法，作为优选方案，粘合物和阻燃剂均使用干法涂布方式涂覆于箔材1表面。
本发明实施例提供的一种极片制备方法，作为优选方案，阻燃区3的宽度为1－5um。
采用干法涂布方式，可以准确保证极片的粘合物涂布区2之间的距离较小，控制为1－5um，在该位置锂离子会向两边的料区扩散，防止电芯大面积析锂，引发安全隐患。
本发明实施例提供的一种极片制备方法，作为优选方案，阻燃剂为三氧化二铝、三氧化二锑、勃姆石、水滑石、氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一种。
本发明实施例提供的一种极片制备方法，作为优选方案，电极活性材料包括正极活性材料或负极活性材料。
本发明实施例提供的一种极片制备方法，作为优选方案，负极活性材料为石墨、硬碳、钛酸锂和硅材的至少一种。
本发明实施例提供的一种极片制备方法，作为优选方案，正极活性材料为钴酸锂、三元材料、锰酸锂和磷酸铁锂中的至少一种。
其中，本发明所指的三元材料是三元材料是指镍钴锰酸锂材料，其是以镍盐、钴盐、锰盐为原料，里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整，常见的镍钴锰比例为4：2：4、3：3：3、5：2：3、6：2：2、以及8：1：1。
本发明实施例提供的一种极片制备方法，作为优选方案，粘结剂为PVDF、羟甲基纤维素和丁苯橡胶中的至少一种。
本发明实施例还提供一种锂离子电池，包括上述的极片制备方法制备的极片。本发明实施例提供的锂离子电池，由于在极片上每隔一定距离涂覆有一条阻燃区3，即粘合物涂布区2与阻燃区3相间分布，当极片局部热失控时，阻燃区3能够及时阻断电芯大面积起火，从而起到提高极片安全性能的作用。
下面提供具体实施例
实施例1
(1)制作负极极片
将石墨：导电碳：粘结剂以97％：1％：2％的比例混合均匀，得到粘合物；在铜箔表面设置粘合物涂布区和阻燃区，其中，粘合物涂布区和阻燃区相间分布，按照干法涂布技术，将粘合物刷覆在8um的铜箔上，再通过辊压机辊压产生热量将粘结剂融化，使粘合物粘附在铜箔上，随后，在阻燃区涂上一层勃姆石，阻燃区宽度约为3±1um，厚度应小于负极活性物质辊压厚度。最后通过分条，极耳焊接等制成负极极片，其中料区宽度不超过电芯宽度。
(2)制作正极极片
将钴酸锂：导电碳：粘结剂以97％：2％：1％的比例混合均匀，得到粘合物；在铝箔表面设置粘合物涂布区和阻燃区，其中，粘合物涂布区和阻燃区相间分布，按照干法涂布技术，将粘合物刷覆在10um的铝箔上，再通过辊压机辊压产生热量将粘结剂融化，使粘合物粘附在铝箔上。最后通过焊接机贴胶等工艺得到正极极片。
(3)制作卷绕电芯
将上述制好的负极极片，正极极片和隔离膜一起卷绕，得到卷绕电芯，最后组装成电芯。
(4)制作锂离子电池。
以上对本发明所提供的一种极片制备方法及锂离子电池进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例2
(1)制作负极极片
将石墨：硬碳：导电碳：粘结剂以65％：30％：2.5％：2.5％的比例混合均匀，得到粘合物；在铜箔表面设置粘合物涂布区和阻燃区，其中，粘合物涂布区和阻燃区相间分布，按照干法涂布技术，将粘合物刷覆在8um的铜箔上，再通过辊压机辊压产生热量将粘结剂融化，使粘合物粘附在铜箔上，随后，在阻燃区涂上一层水滑石，阻燃区宽度约为4±1um，厚度应小于负极活性物质辊压厚度。最后通过分条，极耳焊接等制成负极极片，其中料区宽度不超过电芯宽度。
(2)制作正极极片
将N0.6C0.2M0.3：锰酸锂：导电碳：粘结剂以64：30％：3％：3％的比例混合均匀，得到粘合物；在铝箔表面设置粘合物涂布区和阻燃区，其中，粘合物涂布区和阻燃区相间分布，按照干法涂布技术，将粘合物刷覆在10um的铝箔上，再通过辊压机辊压产生热量将粘结剂融化，使粘合物粘附在铝箔上。最后通过焊接机贴胶等工艺得到正极极片。
(3)制作卷绕电芯
将上述制好的负极极片，正极极片和隔离膜一起卷绕，得到卷绕电芯，最后组装成电芯。
(4)制作锂离子电池。
实施例3
(1)制作负极极片
将石墨：SiOx：导电碳：粘结剂以76％：20％：2％：2％的比例混合均匀，得到粘合物；在铜箔表面设置粘合物涂布区和阻燃区，其中，粘合物涂布区和阻燃区相间分布，按照干法涂布技术，将粘合物刷覆在8um的铜箔上，再通过辊压机辊压产生热量将粘结剂融化，使粘合物粘附在铜箔上，随后，在阻燃区涂上一层三氧化二铝，阻燃区宽度约为2±1um，厚度应小于负极活性物质辊压厚度。最后通过分条，极耳焊接等制成负极极片，其中料区宽度不超过电芯宽度。
(2)制作正极极片
将钴酸锂：导电碳：粘结剂以98％：1％：1％的比例混合均匀，得到粘合物；在铝箔表面设置粘合物涂布区和阻燃区，其中，粘合物涂布区和阻燃区相间分布，按照干法涂布技术，将粘合物刷覆在10um的铝箔上，再通过辊压机辊压产生热量将粘结剂融化，使粘合物粘附在铝箔上。最后通过焊接机贴胶等工艺得到正极极片。
(3)制作卷绕电芯
将上述制好的负极极片，正极极片和隔离膜一起卷绕，得到卷绕电芯，最后组装成电芯。
(4)制作锂离子电池并进行安全性能测试。
将制作的锂离子电池进行了针刺和重物冲击实验，和对比例1进行对比。针刺实验结果如表1示，重物冲击实验结果如表2示。根据结果显示，涂覆了阻燃区的电芯在针刺和重物冲击实验中均为燃烧，而为涂覆的电芯均已燃烧，可见，在相同的体系下，涂覆了阻燃区电芯的安全性要远优于未涂覆的电芯。
对比例1
(1)制作负极极片
将石墨：SiOx：导电碳：粘结剂以76％：20％：2％：2％的比例混合均匀，得到粘合物；在铜箔表面设置粘合物涂布区，按照干法涂布技术，将粘合物刷覆在8um的铜箔上，再通过辊压机辊压产生热量将粘结剂融化，使粘合物粘附在铜箔上，最后通过分条，极耳焊接等制成负极极片。
(2)制作正极极片
将钴酸锂：导电碳：粘结剂以98％：1％：1％的比例混合均匀，得到粘合物；在铝箔表面设置粘合物涂布区和阻燃区，其中，粘合物涂布区和阻燃区相间分布，按照干法涂布技术，将粘合物刷覆在10um的铝箔上，再通过辊压机辊压产生热量将粘结剂融化，使粘合物粘附在铝箔上。最后通过焊接机贴胶等工艺得到正极极片。
(3)制作卷绕电芯
将上述制好的负极极片，正极极片和隔离膜一起卷绕，得到卷绕电芯，最后组装成电芯。
(4)制作锂离子电池。
将制作的锂离子电池进行了针刺试验和重物冲击实验，将实施例3和对比例1所制锂离子电池的性能进行对比。
其中，针刺试验为：分别对实施例3和对比例1所制锂离子电池进行3次针刺试验，并分别测量每次试验中锂离子电池产生的最高温度。针刺试验将电池按照规定的试验方法充满电后，在20℃±5℃的环境温度，将接有热电偶的锂电池(热电偶的触点固定在电池大表面上)置于通风橱中，用直径2－8mm的无蚀锈钢针以10mm/s－40mm/s的速度刺穿电池最大表面的中心位置，并保持5秒。
其中，重物冲击实验为分别对实施例3和对比例1所制锂离子电池进行3次重物冲击试验，并分别测量每次试验后锂离子电池的电阻。重物冲击试验是将电池按照规定的试验方法充满电后，置于平台表面，将直径为15.8mm±0.2mm的金属棒横置在电池几何中心上表面，采用质量为9.1kg±0.1kg的重物从610mm±25mm的高处自由落体状态撞击放有金属棒的电池表面，撞击后自动复位，并观察，
针刺实验结果如表1示，重物冲击实验结果如表2示。
表1针刺实验结果
Figure BDA0003309282660000071
/>
Figure BDA0003309282660000081
表2重物冲击实验结果
Figure BDA0003309282660000082
Figure BDA0003309282660000091
从表1可知，对比例1的锂离子电池试验中产生的最高温度均大于实施例3的锂离子电池产生的最高温度，可知实施例3的锂离子电池安全性能远高于对比例1的锂离子电池的安全性能。
从表2可知，实施例3的锂离子电池测试后没有起火现象，而对比例1的锂离子电池测试后均产生了起火现象，可知实施例3的锂离子电池安全性能远高于对比例1的锂离子电池的安全性能。
以上对本发明所提供的一种极片制备方法及锂离子电池进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种极片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将电极活性材料、导电剂和粘结剂混合，得到粘合物；
(2)箔材表面设置有粘合物涂布区和阻燃区，所述粘合物涂布区和所述阻燃区相间分布，所述粘合物涂布区涂覆所述粘合物，所述阻燃区涂覆阻燃剂；所述阻燃剂为三氧化二铝、三氧化二锑、勃姆石、水滑石、氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一种；所述阻燃区的宽度为1－5um。
2.根据权利要求1所述的一种极片制备方法，其特征在于，所述粘合物和所述阻燃剂均使用干法涂布方式涂覆于所述箔材表面。
3.根据权利要求1所述的极片制备方法，其特征在于，所述电极活性材料包括正极活性材料或负极活性材料。
4.根据权利要求3所述的极片制备方法，其特征在于，所述负极活性材料为石墨、硬碳、钛酸锂和硅材的至少一种。
5.根据权利要求3所述的极片制备方法，其特征在于，所述正极活性材料为钴酸锂、三元材料、锰酸锂和磷酸铁锂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的极片制备方法，其特征在于，所述粘结剂为PVDF、羟甲基纤维素和丁苯橡胶中的至少一种。
7.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1—6任一所述的极片制备方法制备的极片。
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