CN114188499A - 一种用于减小负极片反弹的冷压方法及负极极片 - Google Patents

一种用于减小负极片反弹的冷压方法及负极极片 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于减小负极片反弹的冷压方法及负极极片，包括：(Ⅰ)将负极活性材料、导电剂、分散剂和粘结剂混合均匀后得到负极浆料，将负极浆料涂覆在集流体表面得到负极极片；(Ⅱ)将步骤(Ⅰ)中的负极极片进行一次冷压；(Ⅲ)将经一次冷压后的负极极片依次进行喷雾处理和干燥；(Ⅳ)将干燥后的负极极片进行二次冷压至目标厚度。本发明方法简单、便于操作，能够减少负极极片反弹问题。

Description

一种用于减小负极片反弹的冷压方法及负极极片
技术领域
本发明属于电池技术领域，涉及极片的冷压，尤其涉及一种用于减小负极片反弹的冷压方法及负极极片。
背景技术
随着动力电池能量密度的不断提升和成本的不断降低，电动汽车的续航里程也在不断增加，今年推出的电动汽车的续航里程普遍超过400km，部分中高端车型续航里程达到500km以上，基本上满足日常通勤需求。因此充电速度也就成为了新能源汽车推广应用的主要障碍，缩短充电时间能够更好的提升电动汽车的使用体验，对于推广电动汽车具有重要的意义。
在锂离子电池的各组分中，粘结剂所占份量较少，但对电池的性能却起到了关键性作用，市场上的粘结剂产品种类繁多，如何使用或搭配粘结剂以充分发挥其功能至关重要。在实际生产中，动力电池的各大客户对电池的快充能力提出了高要求，同时快充技术也是提升电芯性能的重要一环，通过研究粘结剂改善快充性能具有重要意义。快充型粘结剂的推广和使用势在必行，然而快充型粘结剂带来的极片反弹问题是由于其分子结构造成也是不可避免的，需要采取一定的措施来解决这类粘结剂的极片反弹问题。
CN112701251A公开了一种锂离子电池负极片的碾压方法，所述的碾压方法包括以下步骤：将涂布后的负极极片烘干，得初始负极极片；然后初始负极极片通过热压辊进行碾压，得到一次碾压负极极片；再将一次碾压负极极片进行烘烤；随后极片通过冷压辊进行碾压，直接碾压至目标厚度即可得到所需负极极片。
CN112103566A公开了一种使用凝胶隔膜的锂离子电池制作方法，包括制作正极极片、制作负极极片、极片烘烤、叠片、预热、一次热压、一次冷压、电芯制作、预充、陈化、二次热压、二次冷压、化成和完成电芯制作。
CN102709524A一种锂离子电池负极极片制作方法,包括以下步骤：1)首先将去离子水加入容器，开始搅拌；然后依次加入增稠剂、导电剂，最后加入粘接剂，最终得到导电剂浆料；2)将导电剂浆料涂覆于集流体上，然后烘干，得到表面具有导电剂浆料涂层的集流体；3)往导电剂浆料涂层的集流体上表面涂布负极浆料，涂覆过程中对此负极浆料涂层进行磁化处理，涂布完成后烘干冷压，最后得到锂离子负极极片。
极片反弹对于产品质量造成一定的影响，需要采取一定的措施来解决缓解极片反弹问题，提高产品质量。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于减小负极片反弹的冷压方法及负极极片，方法简单、便于操作，能够减少负极极片反弹问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种用于减小负极极片反弹的冷压方法，所述的冷压方法包括：
(Ⅰ)将负极活性材料、导电剂、分散剂和粘结剂混合均匀后得到负极浆料，将负极浆料涂覆在集流体表面得到负极极片；
(Ⅱ)将步骤(Ⅰ)中的负极极片进行一次冷压；
(Ⅲ)将经一次冷压后的负极极片依次进行喷雾处理和干燥；
(Ⅳ)将干燥后的负极极片进行二次冷压至目标厚度。
本发明提供的用于减小负极极片反弹的冷压方法，工艺简单，便于操作，能够改善负极极片的反弹问题，提高负极极片面密度及厚度的一致性，进而提高电池的动力学性能及循环寿命。
需要说明的是，本发明中的负极活性材料主要包括石墨，导电剂可选自导电炭黑、乙炔黑、科琴黑或导电石墨中；分散剂包括羧甲基纤维素；当然可以理解的是能够用于制备负极极片的其他负极活性材料、导电剂和分散剂的材料同样落入本发明的保护范围和公开范围之内，因此现有技术中已公开或新技术中未公开的其他负极活性材料、导电剂和分散剂的材料同样可以用于本发明中。
作为本发明一个优选技术方案，步骤(Ⅰ)中，所述的粘结剂为含有丙烯酸酯类单体的二元共聚物或三元共聚物。
优选地，所述的二元共聚物包括丙烯酸酯类单体-苯乙烯共聚物。
优选地，所述的三元共聚物包括丙烯酸酯类单体-苯乙烯与丁二烯共聚物。
优选地，所述的丙烯酸酯类单体包括丙烯酸酯、丙烯酸、丙烯腈、甲基丙烯酸酯或丙烯酰胺。
需要说明的是，本发明中所述的二元共聚物是由两种单体同时参与的聚合，所述的三元共聚物则是由三种单体进行共聚形成的共聚物，其中单体间通过阴离子聚合、阳离子聚合、自由基聚合、配位聚合或开环聚合形成共聚物，本领域技术人员可根据实际情况调整共聚物中各单体的配比。
还需要说明的是，本发明提供的方法操作简单，适用性强，特别适用于采用的粘结剂为苯丙类粘结剂的极片制备；由于苯丙类粘结剂与常规的SBR相比，分子链上含有丙烯酸酯类基团，该基团对电解液具有较好的亲和性和溶胀性能，而电解液是锂离子运动的载体，因此丙烯酸酯类基团可以提高粘结剂的溶胀性，有利于锂离子的传输，提高了离子导电率，有助于改善极片性能。但是丙烯酸酯类基团使得分子链产生了支化结构，支化程度的增加使得分子间的距离增加，分子间的相互作用力减小，因此材料的拉伸强度和弹性模量会降低。粘结剂的弹性模量直接影响到了极片反弹，弹性模量越小，极片反弹越大，因此该粘结剂的极片反弹都大于常规的SBR粘结剂，本发明提供的方法则能有效地减少极片的反弹，提高产品质量。
作为本发明一个优选技术方案，步骤(Ⅰ)中，所述的集流体为铜箔。
优选地，所述集流体的厚度为6～10μm，例如可以是6μm、8μm或10μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的涂覆为对所述集流体的双面均进行负极浆料的涂覆。
优选地，所述集流体两侧设有宽度为8～10mm的留白区域，例如可以是8mm、8.1mm、8.2mm、8.3mm、8.4mm、8.5mm、8.6mm、8.7mm、8.8mm、8.9mm、9mm、8.1mm、9.2mm、9.3mm、9.4mm、9.5mm、9.6mm、9.7mm、9.8mm、9.9mm或10mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述负极极片的单面面密度为105～110g/cm2，例如可以是105g/cm2、106g/cm2、107g/cm2、108g/cm2、109g/cm2或110g/cm2，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一个优选技术方案，步骤(Ⅱ)中，所述一次冷压的速度为2～5m/min，例如可以是2m/min、2.2m/min、2.5m/min、2.7m/min、3m/min、3.2m/min、3.5m/min、4m/min、4.3m/min、4.5m/min、4.8m/min或5m/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述一次冷压的压力为20～48Mpa，例如可以是20Mpa、22Mpa、25Mpa、23Mpa、32Mpa、35Mpa、36Mpa、37Mpa、38Mpa、39Mpa、40Mpa、43Mpa、45Mpa或48Mpa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一个优选技术方案，步骤(Ⅲ)中，所述的喷雾处理包括在负极极片表面喷洒水雾。
优选地，所述喷雾时间为5～8min，例如可以是5min、5.5min、6min、6.5min、7min、7.5min或8min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
需要说明的是，本发明中通过在极片表面进行喷雾，使得水雾进入极片的内部，使极片上颗粒的方向重新调整，有利于极片应力的释放，从而降低极片反弹，提高极片整体性能。
优选地，所述干燥的温度为60～90℃，例如可以是60℃、62℃、65℃、68℃、70℃、75℃、80℃、83℃、85℃、88℃或90℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述干燥的时间为0.5～1h，例如可以是0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h或1h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一个优选技术方案，步骤(Ⅳ)中，所述二次冷压的速度为4～6m/min，例如可以是4m/min、4.3m/min、4.5m/min、4.8m/min、5m/min、5.2m/min、5.5m/min、5.8m/min或6m/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述二次冷压的压力为35～60Mpa，例如可以是35Mpa、36Mpa、37Mpa、39Mpa、40Mpa、43Mpa、45Mpa、48Mpa、50Mpa、53Mpa、55Mpa、58Mpa或60Mpa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
需要说明的是，本发明中的负极极片经过二次冷压后，其内部存在应力减小，负极极片的膨胀减小，厚度降低，颗粒间接触更紧密，提高了能量密度。
作为本发明一个优选技术方案，所述一次冷压与二次冷压压制的厚度比例为(1～9):(9～1)，例如可以是1:9、2:8、2:8、3:7、4:6、5:5、6:4、7:3、8:2或9:1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为9:1。
需要说明的是，本发明中通过优化依次冷压与二次冷压的厚度比例，减小了极片反弹，由于苯丙类粘结剂分子结构的影响，使得负极极片的反弹大于含有常规SBR粘结剂的极片的反弹，本发明通过改善负极极片两次冷压过程，能够减小极片的反弹，方法简单，便于操作。
作为本发明一个优选技术方案，所述的冷压方法还包括将干燥后的负极极片静置冷却。
优选地，所述静置冷却的时间为15～25min，例如可以是15min、16min、17min、18min、19min、20min、21min、22min、23min、24min或25min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
需要说明的是，本发明中将干燥的负极极片进行静置冷却，一方面能够降低负极极片表面的温度，有利于后续的二次冷压，另一方面，能够留给负极极片一定的反弹时间，能够提高二次冷压的效率。
作为本发明一个优选技术方案，所述的冷压方法具体包括以下步骤：
(1)将负极活性材料、导电剂、分散剂和粘结剂混合均匀后得到负极浆料，将负极浆料涂覆在厚度为6～10μm的集流体表面，且进行双面涂覆，集流体两侧设有宽度为8～10mm的留白区域，得到单面面密度为105～110g/cm2负极极片；
(2)将步骤(1)的负极极片在20～48Mpa的压力下，以2～5m/min的速度，进行一次冷压；
(3)向一次冷压后的负极极片表面喷洒水雾，持续5～8min，随后在60～90℃条件下干燥0.5～1h，将干燥后的负极极片静置冷却15～25min；
(4)将冷却后的负极极片在35～60Mpa的压力下，以4～6m/min的速度，进行二次冷压得到目标厚度的负极极片，其中一次冷压与二次冷压压制的厚度比例为(1～9):(9～1)。
第二方面，本发明提供了一种负极极片，所述的负极极片采用第一方面所述的冷压方法进行冷压。
本发明提供的负极极片面密度及厚度的均一性强，反弹率小，具有较高的能力密度，较好的快充性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的用于减小负极极片反弹的冷压方法及负极极片，工艺简单，便于操作，能够改善负极极片的反弹问题，提高负极极片面密度及厚度的一致性，进而提高电池的动力学性能及循环寿命。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的用于减小负极极片反弹的冷压方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例中公开了一种用于减小负极极片反弹的冷压方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
(1)将石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素和丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物混合均匀后得到负极浆料，将负极浆料涂覆在厚度为6μm的集流体表面，进行双面涂覆后分别形成涂覆层，在集流体两侧分别留白10mm，得到单面面密度为108.8g/cm2负极极片；
(2)将步骤(1)的负极极片在35Mpa的压力下，以3m/min的冷压速度，进行一次冷压；
(3)向一次冷压后的负极极片表面喷洒水雾，持续6min，随后在80℃条件下干燥1h，将干燥后的负极极片静置冷却20min；
(4)将冷却后的负极极片在50Mpa的压力下，以5m/min的冷压速度，进行二次冷压得到目标厚度为142±2μm的负极极片，其中一次冷压与二次冷压压制的厚度比例为9:1，如表1所示。
实施例2
本实施例中公开了一种用于减小负极极片反弹的冷压方法，具体包括以下步骤：
(1)将石墨、乙炔黑、羧甲基纤维素和丙烯酸酯-苯乙烯-丁二烯共聚物混合均匀后得到负极浆料，将负极浆料涂覆在厚度为8μm的集流体表面，进行双面涂覆后分别形成涂覆层，集流体两侧设有宽度为8.5mm的留白区域，得到单面面密度为106g/cm2负极极片；
(2)将步骤(1)的负极极片在25Mpa的压力下，以2m/min的冷压速度，进行一次冷压；
(3)向一次冷压后的负极极片表面喷洒水雾，持续7min，随后在70℃条件下干燥0.5h，将干燥后的负极极片静置冷却18min；
(4)将冷却后的负极极片在40Mpa的压力下，以4m/min的冷压速度，进行二次冷压得到目标厚度为142±2μm的负极极片，其中一次冷压与二次冷压的厚度比例为9:1，如表1所示。
实施例3
本实施例中公开了一种用于减小负极极片反弹的冷压方法，具体包括以下步骤：
(1)将石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素和甲基丙烯酸酯-苯乙烯共聚物混合均匀后得到负极浆料，将负极浆料涂覆在厚度为6μm的集流体表面，进行双面涂覆后分别形成涂覆层，集流体两侧设有宽度为6mm的留白区域，得到单面面密度为109g/cm2负极极片；
(2)将步骤(1)的负极极片在40Mpa的压力下，以3m/min的冷压速度，进行一次冷压；
(3)向一次冷压后的负极极片表面喷洒水雾，持续7min，随后在75℃条件下干燥0.6h，将干燥后的负极极片静置冷却23min；
(4)将冷却后的负极极片在55Mpa的压力下，以5m/min的冷压速度，进行二次冷压得到目标厚度为142±2μm的负极极片，其中一次冷压与二次冷压的厚度比例为9:1，如表1所示。
实施例4
本实施例中公开了一种用于减小负极极片反弹的冷压方法，具体包括以下步骤：
(1)将石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素和丙烯酰胺-苯乙烯共聚物混合均匀后得到负极浆料，将负极浆料涂覆在厚度为8μm的集流体表面，进行双面涂覆后分别形成涂覆层，集流体两侧设有宽度为10mm的留白区域，得到单面面密度为110g/cm2负极极片；
(2)将步骤(1)的负极极片在48Mpa的压力下，以5m/min的冷压速度，进行一次冷压；
(3)向一次冷压后的负极极片表面喷洒水雾，持续8min，随后在90℃条件下干燥7s，将干燥后的负极极片静置冷却25min；
(4)将冷却后的负极极片在60Mpa的压力下，以6m/min的冷压速度，进行二次冷压得到目标厚度为142±2μm的负极极片，其中一次冷压与二次冷压的厚度比例为9:1，如表1所示。
实施例5
本实施例中公开了一种用于减小负极极片反弹的冷压方法，与实施例1的区别在于，一次冷压与二次冷压压制的厚度比例为1:9，其余工艺参数与操作条件与实施例1完全相同，如表1所示。
实施例6
本实施例中公开了一种用于减小负极极片反弹的冷压方法，与实施例1的区别在于，一次冷压与二次冷压压制的厚度比例为3:7，其余工艺参数与操作条件与实施例1完全相同，如表1所示。
实施例7
本实施例中公开了一种用于减小负极极片反弹的冷压方法，与实施例1的区别在于，一次冷压与二次冷压压制的厚度比例为5:5，其余工艺参数与操作条件与实施例1完全相同，如表1所示。
实施例8
本实施例中公开了一种用于减小负极极片反弹的冷压方法，与实施例1的区别在于，一次冷压与二次冷压压制的厚度比例为7:3，其余工艺参数与操作条件与实施例1完全相同，如表1所示。
对比例1
本对比例中公开了一种用于减小负极极片反弹的冷压方法，与实施例1的区别在于，步骤(3)中不进行喷洒水雾，其余工艺参数与操作条件与实施例1完全相同。
对比例2
本对比例中公开了一种用于减小负极极片反弹的冷压方法，与实施例1的区别在于，步骤(3)中不进行干燥，其余工艺参数与操作条件与实施例1完全相同。
对比例3
本对比例中公开了一种用于减小负极极片反弹的冷压方法，与实施例1的区别在于，在步骤(2)中直接将负极极片压至目标厚度，且步骤(4)中不进行二次冷压，其余工艺参数与操作条件与实施例1完全相同。
表1
Figure BDA0003391092450000111
将实施例1～8和对比例1～3得到的负极极片装入塑料封袋中常温放置，测量记录冷压后24h和48h时的厚度，计算极片反弹率，其中将得到的负极极片分切成每段长为30cm的样品，取5个样品，每个样品测量均匀的取10个点测量厚度，结果如表2所示：
表2
编号 24h(％) 48h(％)
实施例1 1.28 1.8
实施例2 1.31 1.83
实施例3 1.29 1.82
实施例4 1.30 1.83
实施例5 4.88 5.6
实施例6 4.53 5.5
实施例7 4.7 5.2
实施例8 5.04 4.9
对比例1 1.47 1.87
对比例2 1.37 1.92
对比例3 5.65 5.94
由表2可看出，实施例1得到的极片在24h和48h时的反弹率均低于实施例5～8，这主要是在负极极片冷压过程中由于一次冷压与二次冷压厚度比率不相同，在实施例1中，一次冷压将负极极片厚度降低至149±2μm，负极极片内部接触更加紧密，最大程度的减少了其内部存储的应力，在二次冷压时进一步的压缩负极极片厚度，降低了反弹率。
由表2可看出，对比例1反弹率要高于实施例1，这主要是由于对比例1中在一次冷压后，在负极极片表面并未进行喷洒水雾的过程，而实施例1中的水雾能够进入极片的内部，使极片上颗粒的方向重新调整，有利于极片应力的释放，从而降低极片反弹，提高极片整体性能。
由表2可看出，对比例2中的反弹率要高于实施例1，这主要是由于对比例2并未对喷洒水雾后的负极极片进行干燥，对比例2中将含有水雾的负极极片直接进行二次冷压，负极极片在一次冷压与二次冷压之间并未反弹完全，导致冷压效果降低，提高了后续反弹率。
由表2可看出，对比例3中的反弹率要高于实施例1，这主要是由对比例3中进通过一次冷压将负极极片压制至目标厚度，而实施例1中的极片进行依次进行一次冷压和二次冷压，且一次冷压与二次冷压之间的厚度比例为9:1，在一次冷压后给与负极极片一定的反弹时间，再进行二次冷压，其内部存在应力减小，负极极片的膨胀减小，厚度降低，颗粒间接触更紧密，提高了能量密度。
本发明提供的用于减小负极极片反弹的冷压方法，工艺简单，便于操作，能够改善负极极片的反弹问题，提高负极极片面密度及厚度的一致性，进而提高电池的动力学性能及循环寿命。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种用于减小负极极片反弹的冷压方法，其特征在于，所述的冷压方法包括：
(Ⅰ)将负极活性材料、导电剂、分散剂和粘结剂混合均匀后得到负极浆料，将负极浆料涂覆在集流体表面得到负极极片；
(Ⅱ)将步骤(Ⅰ)中的负极极片进行一次冷压；
(Ⅲ)将经一次冷压后的负极极片依次进行喷雾处理和干燥；
(Ⅳ)将干燥后的负极极片进行二次冷压至目标厚度。
2.根据权利要求1所述的冷压方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)中，所述的粘结剂为含有丙烯酸酯类单体的二元共聚物或三元共聚物；
优选地，所述的二元共聚物包括丙烯酸酯类单体-苯乙烯共聚物；
优选地，所述的三元共聚物包括丙烯酸酯类单体-苯乙烯与丁二烯共聚物；
优选地，所述的丙烯酸酯类单体包括丙烯酸酯、丙烯酸、丙烯腈、甲基丙烯酸酯或丙烯酰胺。
3.根据权利要求1或2所述的冷压方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)中，所述的集流体为铜箔；
优选地，所述集流体的厚度为6～10μm；
优选地，所述的涂覆为对所述集流体的双面均进行负极浆料的涂覆；
优选地，所述集流体两侧设有宽度为8～10mm的留白区域；
优选地，所述负极极片的单面面密度为105～110g/cm2。
4.根据权利要求1-3任一项所述的冷压方法，其特征在于，步骤(Ⅱ)中，所述一次冷压的速度为2～5m/min；
优选地，所述一次冷压的压力为20～48Mpa。
5.根据权利要求1-4任一项所述的冷压方法，其特征在于，步骤(Ⅲ)中，所述的喷雾处理包括在负极极片表面喷洒水雾；
优选地，所述喷雾的时间为5～8min；
优选地，所述干燥的温度为60～90℃；
优选地，所述干燥的时间为0.5～1h。
6.根据权利要求1-5任一项所述的冷压方法，其特征在于，步骤(Ⅳ)中，所述二次冷压的速度为4～6m/min；
优选地，所述二次冷压的压力为35～60Mpa。
7.根据权利要求1-6任一项所述的冷压方法，其特征在于，所述一次冷压与二次冷压的压制厚度比例为(1～9):(9～1)，优选为9:1。
8.根据权利要求1-7任一项所述的冷压方法，其特征在于，所述的冷压方法还包括将干燥后的负极极片静置冷却；
优选地，所述静置冷却的时间为15～25min。
9.根据权利要求1-8任一项所述的冷压方法，其特征在于，所述的冷压方法具体包括以下步骤：
(1)将负极活性材料、导电剂、分散剂和粘结剂混合均匀后得到负极浆料，将负极浆料涂覆在厚度为6～10μm的集流体表面，且进行双面涂覆，集流体两侧设有宽度为8～10mm的留白区域，得到单面面密度为105～110g/cm2负极极片；
(2)将步骤(1)的负极极片在20～48Mpa的压力下，以2～5m/min的速度，进行一次冷压；
(3)向一次冷压后的负极极片表面喷洒水雾，持续5～8min，随后在60～90℃条件下干燥0.5～1h，将干燥后的负极极片静置冷却15～25min；
(4)将冷却后的负极极片在35～60Mpa的压力下，以4～6m/min的速度，进行二次冷压得到目标厚度的负极极片，其中一次冷压与二次冷压压制的厚度比例为(1～9):(9～1)。
10.一种负极极片，其特征在于，所述的负极极片采用权利要求1-9任一项所述的冷压方法进行冷压。
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