CN114050235B - 电池极片制备方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电池极片制备方法及系统，其包括：原料提供：提供粉末状的活性材料（活性材料的成分组成包括：正极材料或负极材料、导电剂、粘接剂等）；原料入料：对粉末状的活性材料进行加热，得到熔融状的活性材料，并使熔融状态的活性材料进入成型模具的型腔中；固化成型：使活性材料在成型模具中成型，得到固体状的电池极片；成品脱模：从成型模具中取出电池极片。在基于成型模具进行电池极片制备的过程中，不需要用机溶剂和活性材料混合形成浆料，因此可以省去挥发溶剂的步骤，更加环保，并且适用于多种厚度、多种形状的电池极片的制备，降低了对电池极片设计要求的局限性，使电池极片的设计能够更加多元化，电池极片的可塑性更好。

Description

电池极片制备方法及系统

技术领域

本申请涉及锂电池制造工艺的领域，尤其是涉及电池极片制备方法及系统。

背景技术

锂电池具有放点电压高、能量密度高、无记忆效应等特点，目前已经广泛应用于消费电子、电动工具、医疗电子等小型电池领域，且由于锂电池中减少了镉、铅、汞等对环境有污染的元素，因此锂电池在新能源行业中也正在逐步得到推广和应用。

现有技术如申请公布号为CN111389665A的中国发明专利申请公开的涂布机及涂布方法，其公布的方法中包括有以下步骤：在基材的背面侧粘贴胶纸或涂覆胶水，粘贴的胶纸或涂覆的胶水部分覆盖基材的第一拉直段的背面侧表面；在粘贴有胶纸或涂覆有胶水的基材的曲折段的正面侧第一次涂布浆料，以形成所述涂布图形；在粘贴有胶纸或涂覆有胶水的基材的第二拉直段的反面侧第二次涂布浆料，以形成间歇涂布图形或异形涂布图形；将两面涂布有浆料的基材的背面侧的胶纸或胶水进行光照或加热进行处理，使胶纸或胶水从基材脱落；收集从基材的背面侧表面脱落的胶纸或胶水。

上述涂布方法也称为湿法涂布，是用于制备锂电池极片的常用方法。但是，湿法涂布需要将锂电池的活性材料和溶剂混合成浆料涂布在基材上，并且在后续工艺中需要通过烘干基材，以除去活性材料中的溶剂，而在烘干过程中挥发出来的溶剂容易对环境造成空气污染。

发明内容

本申请目的一是提供一种电池极片制备方法，具有环保、提高生产效率的特点。

本申请的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：

电池极片制备方法，包括：

原料提供：提供粉末状的活性材料；

原料入料：对粉末状的活性材料进行加热，得到熔融状的活性材料，并使熔融状态的活性材料进入成型模具的型腔中；

固化成型：使活性材料在成型模具中成型，得到固体状的电池极片；其中，所述电池极片的尺寸与所述型腔的尺寸相匹配；

成品脱模：从成型模具中取出电池极片。

通过采用上述技术方案，对粉末状的活性材料进行加热，得到熔融状态的活性材料，以使活性材料能够进入成型模具的型腔中，然后使活性材料在成型模具的型腔中固化成型，从而得到固体状态的电池极片。在基于成型模具进行电池极片制备的过程中，由于并不需要用机溶剂和活性材料混合形成浆料，因此可以省去挥发溶剂的步骤，减少挥发后的溶剂对环境的污染，并且减少收集回收溶剂的成本，更加环保。

另一方面，在基于成型模具进行电池极片制备的过程中，成型模具的型腔决定了电池极片的厚度和形状，当使用者需要得到指定厚度或者指定形状的电池极片时，通过使用对应厚度或对应形状的成型模具即可制备电池极片。因此，上述制备电池极片的方法适用于多种厚度、多种形状的电池极片的制备，降低了对电池极片设计要求的局限性，使电池极片的设计能够更加多元化，电池极片的可塑性更强。

同时，由于电池极片的形状由成型模具的型腔决定，固化成型后的电池极片可以直接得到完整的形状，省去了模切工序，提高工作效率。进一步的，由于电池极片在型腔中直接成型，减少了使用者在制备过程中需要设置的留白，并且减少了使用者后期需要对电池极片的裁切，提高工作效率。

可选的，在原料入料步骤的具体方法中，包括：

对粉末状的活性材料进行加热，得到熔融状的活性材料；

使熔融状的活性材料通过挤出方式或者注塑方式进入成型模具的型腔中。

通过采用上述技术方案，挤出方式或者注塑方式能够更加精确地控制活性材料在型腔中的进入量，使活性材料更加稳定地进入成型模具中，同时，还可以维持型腔内对活性材料的压力。

可选的，通过熔融供料装置，使熔融状的活性材料通过挤出方式或者注塑方式进入成型模具的型腔中。

通过采用上述技术方案，螺杆泵既能够使活性材料更加稳定地挤入或者注入成型模具中，又可以对活性原料进行搅拌和加热，以提高电池极片的成品质量。

可选的，在原料入料步骤中，持续对活性材料进行搅拌。

通过采用上述技术方案，持续对活性材料进行搅拌，以提高电池极片的成品质量。

可选的，在原料入料步骤之前，所述电池极片制备方法还包括：

镶件安装：将镶件可分离式固定于成型模具的型腔中；其中，所述镶件用于形成所述电池极片的极耳；

在固化成型步骤之后，所述电池极片与所述镶件相对固定，且所述电池极片与所述镶件之间能够让电流通过。

通过采用上述技术方案，在型腔内可分离式地安装镶件，当型腔内的活性材料逐渐固化时，活性原料与镶件也逐渐固定。当电池极片成型后，镶件形成电池极片的极耳。通过在成型模具内预设镶件的方式，可以使活性材料在固定过程中同时与极耳逐渐固定，省去了后续需要将极耳焊接在电池极片上的步骤，更加直接方便，提高生产效率。

可选的，在原料入料步骤中，所述活性材料的温度大于或等于所述活性材料的成膜温度。

通过采用上述技术方案，使活性材料的温度大于或等于成膜温度，减少活性材料在进入成型模具的过程中自行发生固化、堵塞的风险。

可选的，所述型腔的数量至少为2。

通过采用上述技术方案，多个型腔可同时加工出多个电池极片，相较于需要留白和裁切的传统制备工艺，成型模具多型腔式的制备工艺省去了裁切电池极片的步骤，多片电池极片可在同一制备环境中同时成型，提高工作效率。

可选的，在固化成型步骤的具体方法中，包括：

在指定时间内对活性材料进行冷却，得到固体状的电池极片。

通过采用上述技术方案，首先对熔融状态的活性材料进行加压加热，在指定时间之后，冷却成型模具，对活性材料进行冷却，以得到固化的活性材料，进而得到电池极片。

本申请目的二是提供一种电池极片制备系统，具有环保、提高生产效率的特点。

本申请的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：

电池极片制备系统，包括：

储料装置，用于提供粉末状的活性材料；

入料装置，连通于所述储料装置，用于对所述储料装置提供的粉末状的活性材料进行加热，得到熔融状的活性材料；

成型模具，连通于所述入料装置，所述入料装置能够使熔融状态的活性材料进入成型模具的型腔中，成型模具能够对活性材料进行热压成型，得到固体状的电池极片。

所述的电池极片制备系统，所述入料装置包括有螺杆泵。

附图说明

图1是本申请公开的电池极片制备方法的实施例一的流程示意图。

图2是本申请公开的电池极片制备方法的实施例一的子流程示意图。

图3是本申请公开的电池极片制备方法的成型模具的示意图。

图4是本申请公开的电池极片制备方法的实施例二的流程示意图。

图5是本申请中公开的一种电池极片的实施例一的结构示意图，其中，图示中的活性材料均为固态活性材料。

图6是本申请中公开的一种电池极片的实施例二的结构示意图，其中，图示中的活性材料均为固态活性材料。

图7是本申请中公开的一种电池极片的实施例三的结构示意图，其中，图示中的活性材料均为固态活性材料。

图8是本申请中公开的一种电池极片的实施例三的中注射入料口的分布示意图。

图9是本申请中公开的一种电池极片的实施例四的结构示意图，其中，图示中的活性材料均为固态活性材料。

图10是本申请实施例三的电池极片制备系统的模块示意图。

附图标记说明：1、储料装置；2、入料装置；3、成型模具。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，本实施例中各步骤的标号仅为方便说明，不代表对各步骤执行顺序的限定，在实际应用时，可以根据需要各步骤执行顺序进行调整，或同时进行，这些调整或者替换均属于本发明的保护范围。

下面结合说明书附图1-10对本发明实施例作进一步详细描述。

本发明申请提供一种电池极片制备方法。

实施例一：

参照图1，电池极片制备方法包括有以下步骤：

S1、原料提供：提供粉末状的活性材料。

其中，提供用于制备电池极片的活性材料，活性材料呈固体粉末状。

活性材料的成分组成包括但不限于：正极材料、负极材料、电解质、导电剂或粘接剂等材料，其中，正极材料包括有LiCoO2（钴酸锂）、LiMn2O4（锰酸锂）、LiFePO4（磷酸铁锂）、Li4Ti5O12（钛酸锂）、LiNixCoyAl（1-x-y）O2（镍钴铝三元）、LiNixCoyMn（1-x-y）O2（镍钴锰三元）、NaFePO4（磷酸铁钠）、NASICON结构Na3V2(PO4)3 （磷酸钒钠）等；负极材料包括有金属锂、石墨等。

S2、原料入料：对粉末状的活性材料进行加热，得到熔融状的活性材料，并使熔融状态的活性材料进入成型模具的型腔中。

其中，将粉末状的活性材料进行加热，可以得到熔融状的活性材料，熔融状态中的活性材料具有流动性，活性材料可以流进成型模具的型腔中。

参照图1和图2，在步骤S2中，包括：

S21、对粉末状的活性材料进行加热，得到熔融状的活性材料。

其中，将粉末状的活性材料加热到第一温度，能够得到熔融状的活性材料。第一温度取决于活性材料本身的物理性质，对于不同的活性材料组成，其对应的工艺参数也不同，使用者需要根据活性材料的组成成分预先设定好第一温度。

进一步的，为了使活性材料中的各种成分能够充分混合，在加热过程中还需要对活性材料进行搅拌，以提高电池极片的成品质量。

另外的，在加热活性材料的过程中，应注意使活性材料的实际温度大于或等于活性材料的成膜温度，减少活性材料在进入成型模具的过程中自行发生固化、堵塞的风险。

S22、使熔融状的活性材料进入成型模具的型腔中。

其中，活性材料进入型腔的方式为挤出方式或者注塑方式，挤出方式和注塑方式均能够较为稳定地控制活性材料的输入量，达到精准控制（精度误差在±5%以下）活性材料用量的效果。

在本实施例中，优选为使用熔融供料装置将活性材料注射进成型模具中；熔融供料装置选用为一个螺杆泵或者多个螺杆泵的组合。熔融供料装置在将活性材料逐渐注入型腔的过程，最终使活性材料填充满型腔。在其他实施例中，熔融供料装置也可以使用注射机、挤出机等能够具有挤出或注射功能的装置。

参照图3，进一步的，成型模具中型腔的数量至少为2，活性材料同时注入于多个型腔中，以加工出多个电池极片。由于成型模具的型腔数量决定了同一批次能够加工的电池极片的数量，使用者可以根据实际需求设计型腔的数量，或者在实际操作中改变注入有活性材料的型腔数量，以改变同一批次能够加工的电池极片的数量。在本实施例中，成型模具以型腔的数量为6作为示例，并且6个型腔的形状之间存在差异，可以在同批次注塑成型中制备多种形状的电池极片。

在本步骤中，为了减少活性材料在进入成型模具的过程中自行发生固化、堵塞的风险，活性材料的实际温度控制为大于或等于活性材料的成膜温度。

参照图2，S3、固化成型：使活性材料在成型模具中成型，得到固体状的电池极片。

其中，在指定时间内，对对成型模具中的活性材料进行冷却，可以得到固体状的电池极片。冷却的方式可以为常温冷却，也可以为通过模具内置的水冷装置进行冷却。对于不同的活性材料组成，其对应的工艺参数也不同，使用者需要根据活性材料的组成成分预先设定好对应的温度值和指定时间。

由于活性材料填充满型腔，并在型腔内成型，因此，电池极片的尺寸与型腔的尺寸相匹配。在本实施例中，池极片的形状也与型腔的形状相匹配，从而可以得到同时具有特定形状和特定厚度的电池极片。

在基于成型模具进行电池极片制备的过程中，由于成型模具的型腔决定了电池极片的厚度和形状，其中形状包括如矩形、正多边形等规则图形，也包括不规则图形。当使用者需要得到指定厚度或者指定形状的电池极片时，通过使用对应厚度或对应形状的成型模具即可制备电池极片。因此，上述制备电池极片的方法适用于多种厚度、多种形状的电池极片的制备，降低了对电池极片设计要求的局限性，使电池极片的设计能够更加多元化，电池极片的可塑性更强。

在本实施例中，型腔中的活性材料冷却到对应的冷却温度后自身固化，然后再进行开模，可取出成型的电池极片；在其他实施例中，使用者也可以使用温控模具，控制活性材料在指定时间后冷却到冷却温度。

S4、成品脱模：从成型模具中取出电池极片。

其中，成型模具中的所有电池极片已经固化成型，可以从成型模具中取出。

本申请实施例一种电池极片制备方法的实施原理为：对粉末状的活性材料进行加热，得到熔融状态的活性材料，以使活性材料能够进入成型模具的型腔中，然后使活性材料在成型模具的型腔中固化成型，从而得到固体状态的电池极片。在基于成型模具进行电池极片制备的过程中，由于并不需要用机溶剂和活性材料混合形成浆料，因此可以省去挥发溶剂的步骤，减少挥发后的溶剂对环境的污染，并且减少收集回收溶剂的成本，更加环保。其中，本发明提及的溶剂包括水和有机溶剂。

另一方面，在基于成型模具进行电池极片制备的过程中，成型模具的型腔决定了电池极片的厚度和形状，当使用者需要得到指定厚度或者指定形状的电池极片时，通过使用对应厚度或对应形状的成型模具即可制备电池极片。因此，上述制备电池极片的方法适用于多种厚度、多种形状的电池极片的制备，降低了对电池极片设计要求的局限性，使电池极片的设计能够更加多元化。

同时，由于电池极片的形状由成型模具的型腔决定，固化成型后的电池极片可以直接得到完整的形状，省去了传统极片制备工艺中的模切工序，提高工作效率。进一步的，由于电池极片在型腔中直接成型，减少了使用者在制备过程中需要设置的留白，并且减少了使用者后期需要对电池极片的裁切，提高工作效率。

实施例二：

本实施例的电池极片制备方法与上述实施例一的不同之处在于：本实施例中制备的电池极片为具有镶件的电池极片，如锂电池极片。

参照图4，在步骤S2之前，还包括步骤：

镶件安装：将镶件可分离式固定于成型模具的型腔中。

其中，镶件由金属材料制成，镶件包括但不限于嵌件、极耳、集流体等用于汇集电流的结构零件。

在活性材料注入型腔之前，镶件固定于型腔内预设的安装位置，当活性材料注入型腔后，活性材料与镶件接触。在活性材料逐渐固化的过程中，活性材料与镶件逐渐固定，而当活性材料完全固化形成电池极片后，镶件与电池极片相对固定，镶件形成电池极片的极耳，电池极片与极耳之间能够让电流通过。使用者在取出电池极片时，由于镶件和成型模具可分离，从而可以将电池极片连带极耳一同取出。通过在成型模具内预设镶件的方式，可以使活性材料在固定过程中同时与极耳逐渐固定，省去了后续需要将极耳焊接在电池极片上的步骤，更加直接方便，提高生产效率。本发明申请提供一种利用电池极片制备方法制备的电池极片。

实施例一：

参照图5，电池极片包括有活性材料和镶件，如图中的（a）-（f）。在制备电池极片的过程中，先将镶件固定于型腔内，然后再向型腔内注入活性材料。

其中：

图（a）所示的电池极片整体呈矩形，镶件设置于固态活性材料的边角处；

图（b）所示的电池极片整体呈不规则形，镶件设置于固态活性材料的一侧的中部；

图（c）所示的电池极片整体呈不规则形，镶件设置于固态活性材料的一侧的边缘处；

图（d）所示的电池极片整体呈矩形，镶件设置于固态活性材料的一侧；

图（e）所示的电池极片整体呈矩形，镶件设置于固态活性材料的两侧；

图（f）所示的电池极片整体呈矩形，镶件围绕固态活性材料设置。

实施例二：

参照图6，电池极片包括有固态电解质、活性材料和镶件。电池极片具有双层，每一层均设置有固态活性材料或固定电解质。

在制备电池极片的过程中，先将集流体固定于型腔内，然后再通过双组份注塑成型的方式，向型腔内逐次注入活性材料。双组份注塑成型的具体方法为：在型腔内设置两个注射入料口，每个注射入料口均可以将一种活性材料注入型腔内，先将双组份中的其中一种活性材料注入型腔内，然后再将双组份中的另外一种活性材料注入型腔内。

其中：

图（g）所示的电池极片，镶件包括集流体和极耳，其中极耳固定于集流体的一端，固态电解质设置于固态活性材料的一面；在双组份注塑成型中，先注入活性材料，再注入电解质材料。

图（h）所示的电池极片，镶件包括集流体和极耳，其中极耳固定于集流体的一端，集流体的两面分别设置有固态活性材料；在双组份注塑成型中，先注入其中一面的活性材料，再注入另外一面的电解质材料。

实施例三：

参照图7，电池极片包括有固态电解质、活性材料和镶件。电池极片具有多层，每一层均设置有固态活性材料或固定电解质。

在制备电池极片的过程中，先将集流体固定于型腔内，然后再通过多组份注塑成型的方式，向型腔内逐次注入活性材料。多组份注塑成型的具体方法为：在型腔内设置多个注射入料口，注射入料口的数量与电池极片的层数相对应，每个注射入料口均可以将一种活性材料注入型腔内，通过多个注射入料口将多组活性材料逐次注入型腔内。

如图所示的电池极片，镶件包括集流体和极耳，其中极耳固定于集流体的一端，集流体的两面形成A面和B面，A面和B面均设置有固态活性材料和固态电解质，其中固态电解质设置于固态活性材料远离集流体的一面。

参照图7和图8，在上述示例中，注射入料口的数量为4，分别为：注射入料口a、注射入料口b、注射入料口c和注射入料口d，四个注射入料口一一对应于位于A面和B面上的固态活性材料和固态电解质。多组份注射成型的具体方法为：先通过其中两个注射入料口将两面的活性材料注入型腔中，然后再通过另外两个注射入料口将两面的电解质材料注入型腔中。

实施例四：

参照图9，电池极片包括有固态电解质、多种活性材料和镶件。电池极片具有多层，每一层均设置有固态活性材料或固定电解质。

在制备电池极片的过程中，先将集流体固定于型腔内，然后再通过多层合金复合注塑成型的方式，向型腔内逐次注入活性材料。多层合金复合注塑成型的具体方法为：在型腔内设置多个注射入料口，注射入料口的数量与电池极片的层数相对应，每个注射入料口均可以将一种活性材料注入型腔内，通过多个注射入料口将多组活性材料逐次注入型腔内。

如图所示的电池极片，镶件包括集流体和极耳，其中极耳固定于集流体的一端，集流体的一面设置有多层固态活性材料，距离集流体最远的一层固态活性材料的表面设置有固态电解质。其中，固态活性材料共有3层，分别为：固态活性材料a、固态活性材料b和固态活性材料c，在多层合金复合注射成型的过程中，固态活性材料a对应于的活性材料、固态活性材料b对应于的活性材料、固态活性材料c对应于的活性材料，以及电解质材料逐次注入型腔中。

本发明申请提供一种电池极片制备系统。

参照图10，电池极片制备系统包括有：

储料装置1，用于储存和提供粉末状的活性材料。

入料装置2，连通于储料装置，用于对储料装置提供的粉末状的活性材料进行加热，得到熔融状的活性材料。

成型模具3，连通于入料装置，入料装置能够使熔融状态的活性材料进入成型模具的型腔中，成型模具能够对活性材料进行热压成型，得到固体状的电池极片。

在本实施例中，入料装置可以为一个螺杆泵，也可以为多个螺杆泵的组合，螺杆泵既能够使活性材料更加稳定地挤入或者注入成型模具中，又可以对活性原料进行搅拌和加热，以提高电池极片的成品质量。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、方法、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电池极片制备方法，其特征在于，包括：

S1、原料提供，提供粉末状的活性材料；

S2、原料入料，对粉末状的活性材料进行加热，得到熔融状的活性材料，并使熔融状态的活性材料进入成型模具的型腔中；

S3、固化成型，使活性材料在成型模具中成型，得到固体状的电池极片；其中，所述电池极片的尺寸与所述成型模具的型腔尺寸相匹配；

S4、成品脱模，从所述成型模具中取出所述电池极片；

所述原料入料步骤中熔融状的活性材料以通过注塑方式进入所述成型模具的型腔中；

所述注塑方式是通过熔融供料装置实施；

在所述原料入料步骤之前，所述电池极片制备方法还包括：

镶件安装，将镶件可分离式固定于所述成型模具的型腔中；

其中，在所述活性材料注入所述型腔之前，所述镶件固定于所述型腔内预设的安装位置，当所述活性材料注入所述型腔后，所述活性材料与所述镶件接触；在所述活性材料逐渐固化的过程中，所述活性材料与所述镶件逐渐固定，所述活性材料完全固化以形成所述电池极片；

其中，所述电池极片包括固态电解质、固态活性材料及所述镶件；所述镶件包括集流体和极耳，其中所述极耳固定于所述集流体的一端，所述集流体的两面形成A面和B面，所述A面和B面均设置有所述固态活性材料和所述固态电解质，其中所述固态电解质设置于所述固态活性材料远离所述集流体的一面；

其中，所述熔融供料装置的注射入料口的数量为四个，分别为：注射入料口a、注射入料口b、注射入料口c和注射入料口d，四个所述注射入料口一一对应于位于所述A面和B面上的固态活性材料以及所述A面和B面上的固态电解质；先通过所述注射入料口a、注射入料口b将两面的活性材料注入所述型腔中，再通过所述注射入料口c、注射入料口d将两面的电解质材料注入所述型腔中；其中，所述注射入料口a、b与所述注射入料口c、d位于所述集流体的相对两侧。

2.根据权利要求1所述的电池极片制备方法，其特征在于，所述熔融供料装置包括多个螺杆泵。

3.根据权利要求1所述的电池极片制备方法，其特征在于，在所述原料入料步骤中，持续对活性材料进行搅拌。

4.根据权利要求1所述的电池极片制备方法，其特征在于，在所述原料入料步骤中，所述活性材料的加热温度大于或等于所述活性材料的成膜温度。

5.根据权利要求1所述的电池极片制备方法，其特征在于，所述型腔的数量至少为二。

6.根据权利要求1所述的电池极片制备方法，其特征在于，在所述固化成型步骤中还包括：

在指定时间内对活性材料进行冷却，得到固体状的所述电池极片。

7.一种电池极片制备系统，其特征在于，用于实施如权利要求1所述的一种电池极片制备方法，该电池极片制备系统包括：

储料装置，用于提供粉末状的活性材料；

入料装置，连通于所述储料装置，用于对所述储料装置提供的粉末状的活性材料进行加热，得到熔融状的活性材料；

成型模具，连通于所述入料装置，所述入料装置能够使熔融状态的活性材料进入所述成型模具的型腔中，所述成型模具能够对所述活性材料进行热压成型，得到固体状的电池极片。

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