CN114335409B - 一种干法电极、其制备方法、干法电芯和电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种干法电极、其制备方法、干法电芯和电池。所述方法包括以下步骤：将隔膜、干法电极膜和集流体层叠后进行热辊压，得到干法电极；其中，所述干法电极膜位于所述隔膜和所述集流体之间。采用该干法电极用于叠片，避免了隔膜来回缠绕，从而提高了叠片的速度和叠片过程中的对齐度，提高生产效率和良品率。同时，由于干法电极膜与隔膜和集流体复合成一体，在电芯遇到外力撞击、针刺等过程中，极片与隔膜之间不会发生移动错位等问题，实验表明，在针刺过程中，干法电极也会限制隔膜在高温情况下的收缩，从而避免了正负极接触短路，提高了安全性。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，涉及一种干法电极、其制备方法、干法电芯和电池。
背景技术
随着新能源汽车的快速发展以及电子产品的大量普及，对车用储能器件能量密度及安全性能的要求不断提升。具有质量轻、体积小、工作电压高、能量密度高、输出功率大、比功率高、充电效率高、循环性能好、无环境污染和无记忆效应等优点的锂离子电池被认为是最佳选择。预计到2025年，动力电池能量密度将达到500Wh/kg以上。而随着动力电池能量密度的不断提升，其安全性能也面临更加严峻的考验。
近年来，业内不断涌现出寻求高负载量、无溶剂介入的新型干法复合电极加工技术。该技术一旦导入量产成功，具有以下优势：1、能在现有体系电池基础上再提升能量密度；2、可精简掉匀浆和极片烘烤两道工序，减少电极车间厂房占地面积以及降低设备直接投资，降低设备及厂建投资成本；同时由于无需NMP溶剂，节省原材料成本且有利于环境安全，降低了环境管控运营成本；4、干法极片可制作厚电极，柔韧性好，安全性高，有望用于预锂和固态电池技术开发领域。
对于电芯的制备工艺，无论是湿法涂布工艺，还是干法电极工艺，目前在电芯制备过程中主要采用叠片、卷绕等工艺，与叠片工艺相比，卷绕工艺中存在内阻偏高，高倍率放电容量偏少，放电平台低，不易做太厚电芯且厚度不易控制，电池形状单一，容易变形等劣势，现在越来越多的电池厂家开始选择叠片工艺。但是，叠片工艺相对卷绕工艺，操作复杂，良品率低，极片与隔膜之间对齐度不易控制，且容易出现错位等问题，从而引起正负极错位或直接接触短路造成安全问题。
CN214898757U公开了一种高安全性的叠片式锂离子电池，通过在隔膜的表面间隔设置粘结层，能够将隔膜的端部与极片的端部紧密粘结，进一步防止隔膜、正极片和负极片发生错位，避免由于正负极片接触短路而导致的电池起火或爆炸，进而提高了叠片式锂离子电池的安全性能。但是，该专利采用先制备极片，再将极片与隔膜进行端部粘接，不仅增加了工艺步骤，同时，只有端部贴合很难保证极片和隔膜之间贴合的紧密性，很有可能造成隔膜起皱等问题。
因而，提供一种简单、高效的电极的制备方法，同时解决极片错位，提升电池的安全性能具有重要意义。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种干法电极、其制备方法、干法电芯和电池。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种干法电极的制备方法，所述方法包括以下步骤：
将隔膜、干法电极膜和集流体层叠后进行热辊压，得到干法电极；
其中，所述干法电极膜位于所述隔膜和所述集流体之间。
本发明采用干法电极一体化工艺，在裁片之前先将隔膜与干法电极膜和集流体直接辊压复合成一体，得到的干法电极自带隔膜。采用该干法电极用于叠片，避免了隔膜来回缠绕，从而提高了叠片的速度和叠片过程中的对齐度，提高生产效率和良品率。同时，由于干法电极膜与隔膜和集流体复合成一体，在电芯遇到外力撞击、针刺等过程中，极片与隔膜之间不会发生移动错位等问题，实验表明，在针刺过程中，干法电极也会限制隔膜在高温情况下的收缩，从而避免了正负极接触短路，提高了安全性。
相对湿法涂布极片(也即采用浆料涂布后干燥得到的极片)，本发明的干法电极可以在隔膜表面没有热熔胶或粘结剂的情况下直接与隔膜复合在一起，而且该制备工艺及设备相对湿法涂布工艺更简洁，方便，易操作。本发明采用高负载量、无溶剂介入的新型干法复合电极加工技术，具有以下优势：1、能在现有体系电池基础上再提升能量密度；2、可精简掉匀浆和极片烘烤两道工序，减少电极车间厂房占地面积以及降低设备直接投资；3、降低设备及厂建投资成本，环境管控运营成本；4、干法电极制备无需NMP溶剂，节省原材料成本且有利于环境安全；5、干法极片可制作厚电极，柔韧性好，安全性高，且有希望用于预锂和固态电池技术开发领域。
与现有技术中先制备极片，再将极片与隔膜进行端部粘接的方案相比，本发明采用干法膜与集流体和隔膜一体化制备的工艺，不仅缩减了制备过程中的工艺步骤，同时将隔膜与极片热辊压复合后，隔膜和极片之间完全贴合，则两者之间贴合紧密性更好，不存在隔膜起皱的问题。
在一个可选的实施方式中，干法电极的制备方法包括：放卷、辊压和收卷，通过放卷装置放出集流体、干法电极膜和隔膜，汇集至辊压处，辊压后通过收卷装置收卷，得到一体化带隔膜干法电极片，也即得到干法电极。
在一个可选的实施方式中，集流体、干法电极膜和隔膜汇集至辊压处进行热辊压，收卷得到干法电极。
在另一个可选的实施方式中，集流体和干法电极膜汇集后进行一次辊压，然后再将一次辊压得到的自支撑膜与集流体汇集后进行二次辊压，收卷得到干法电极。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
优选地，所述干法电极膜通过将电极活性材料、可纤维化粘结剂和导电剂混合后辊压获得。
优选地，以质量百分比计，所述干法膜包括电极活性材料80％-99.8％(例如80％、82％、84％、85％、88％、90％、92％、94％、95％、96％、98％或99％等)、导电剂0.1％-10％(例如0.1％、0.5％、1％、2％、2.5％、3％、4％、5％、5.5％、6％、8％、9％或10％等)和可纤维化粘结剂0.1％-10％(例如0.1％、0.5％、1％、2％、2.5％、3％、4％、5％、5.5％、6％、8％、9％或10％等)。需要说明的是，上述质量百分比以干法膜的总质量为100％计。
优选地，所述干法电极为干法正极，所述干法正极中的干法电极膜为干法正极膜。
优选地，所述干法正极的压实密度在3.0g/cm3-3.6g/cm3，例如3.0g/cm3、3.1g/cm3、3.2g/cm3、3.3g/cm3、3.4g/cm3、3.5g/cm3或3.6g/cm3等，优选3.2-3.55g/cm3。
优选地，所述干法电极为干法负极，所述干法负极中的干法电极膜为干法负极膜。
优选地，所述干法负极的压实密度在1.1g/cm3-1.65g/cm3，例如1.1g/cm3、1.2g/cm3、1.3g/cm3、1.4g/cm3、1.5g/cm3或1.6g/cm3等，优选1.4g/cm3-1.6g/cm3。
优选地，所述干法负极的剥离强度在20N/m-100N/m，例如20N/m、30N/m、40N/m、50N/m、60N/m、70N/m、80N/m、90N/m或100N/m等，优选50N/m-100N/m。
在一个实施方式中，干法电极为干法正极，包括正极集流体，位于所述正极集流体两侧的干法正极膜，和位于两侧的干法正极膜外表面的隔膜。
在一个实施方式中，干法电极为干法负极，包括负极集流体，位于所述负极集流体两侧的干法负极膜，和位于两侧的干法负极膜外表面的隔膜。
对于干法正极膜，其中的活性物质为正极活性物质，正极活性物质的种类包括但不限于Li1+xNiyCozMntMsO2-δ(其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤t≤1，0≤s≤1，0≤δ≤0.2，)、LiMxMn2-xO4(其中0≤x≤0.5)、LiFe1-xMxPO4(其中0≤x≤1)、Li2Fe1-xM'xSiO4(其中0≤x≤1)以及LiFe1-xM”xSO4F(其中0≤x≤1)中的任意一种或至少两种的组合。上述化学式中，M、M'和M”独立地选自Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Er、Tm、Yb、Lu、W、Pt或Au中的至少一种。
对于干法负极膜，其中的活性物质为负极活性物质，负极活性物质的种类包括但不限于石墨、硅氧、硅或锂金属负极中的任意一种或至少两种的组合。
本发明对干法电极膜的制备方法不作具体限定，现有技术公开的无需采用溶剂而直接制备自支撑电极膜的方法均适用于本发明，本领域技术人员可参照现有技术公开的方法进行制备。在一个可选的实施方式中，干法电极膜的制备方法包括以下步骤：
(a)将电极活性物质、导电剂和可纤维化粘结剂粉体混合，以3000rpm-25000rpm(例如3000rpm、4000rpm、5000rpm、6000rpm、7000rpm、8000rpm、9000rpm、10000rpm、11000rpm、12000rpm、13000rpm、15000rpm、16000rpm或18000rpm等)的转速进行搅拌，得到混合料；
(b)对步骤(a)所述混合料进行热压处理，至厚度30um-500um，得到干法电极膜。
在一个可选的实施方式中，电极活性物质、导电剂和可纤维化粘结剂粉体混合的方式为：先将电极活性物质和导电剂以100rpm-800rpm(例如100rpm、200rpm、300rpm、400rpm、500rpm、600rpm、700rpm或800rpm等)的速度低速混合，然后加入可纤维化粘结剂粉体，继续以原转速低速混合。
在一个可选的实施方式中，以3000rpm-25000rpm的转速进行搅拌的时间为2min-2h，例如2min、10min、20min、30min、40min、1h、1.2h、1.5h、1.7h或2h等。
在一个可选的实施方式中，热压处理的温度为60℃-250℃，例如60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、125℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃或240℃等。
本发明对隔膜的种类不作具体限定，包括但不限于PP、PE、PI及其他改性类的隔膜材料。
优选地，所述集流体为涂炭金属箔，所述涂炭金属箔包括金属箔材和设置于所述金属箔材表面的碳层，所述碳层中包含热熔胶。
优选地，所述碳层的单面厚度为1μm-5μm，例如1μm、2μm、3μm、4μm或5μm等，优选为1μm-2μm。碳层偏厚不仅会造成电芯整体的厚度提升，降低电芯的能量密度，同时较厚的碳层会造成极片内阻增大，极化程度增高，从而降低电芯的整体电化学性能。
优选地，所述集流体为涂炭铜箔或涂炭铝箔。对于干法正极膜，集流体选用涂炭铝箔；对于干法负极膜，集流体选用涂炭铜箔。
优选地，所述层叠时，涂炭金属箔的碳层与干法电极膜接触。
优选地，所述热辊压采用的热辊压设备的辊径为100mm-800mm，例如100nm、200nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、750nm或800nm等，优选为120mm-300mm。过大的辊径所具有的线压力会偏大，干法膜辊压减薄过程中很难减薄，同时设备成本也会大幅度增高。
优选地，所述热辊压的温度为20℃-200℃，例如20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、125℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃等，优选为80℃-120℃。温度偏低的情况下，干法膜内部的粘结剂在辊压过程中纤维化程度偏低，所制备的干法膜柔性差，极片偏脆或不成形；温度偏高则辊压机的辊径会发生微量形变，造成干法膜厚度一致性偏差。
第二方面，本发明提供一种干法电极，所述干法电极根据第一方面所述的方法制备得到。
第三方面，本发明提供一种干法电芯的制备方法，所述方法包括以下步骤：
采用第一方面所述的方法制备干法电极，所述干法电极为干法正极或干法负极；
采用所述的干法正极和/或干法负极裁切后叠片，得到所述的干法电芯。
本发明中，所述“采用所述的干法正极和/或干法负极裁切后叠片”指的是：可以是采用本发明的干法正极与常用的负极进行叠片，也可以是采用本发明的干法负极与常用的正极进行叠片，还可以是采用本发明的干法正极和本发明的干法负极进行叠片。
本发明对所述常用的正极和常用的负极的制备方法不作限定，可以是干法极片(即极片制备过程中不使用溶剂，无匀浆工序)，也可以是湿法涂布极片。
第四方面，本发明提供一种电池，所述电池包括第三方面所述的方法制备得到的干法电芯。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明采用干法电极一体化工艺，在裁片之前先将隔膜与干法电极膜和集流体直接辊压复合成一体，得到的干法电极自带隔膜。采用该干法电极用于叠片，避免了隔膜来回缠绕，从而提高了叠片的速度和叠片过程中的对齐度，提高生产效率和良品率。同时，由于干法电极膜与隔膜和集流体复合成一体，在电芯遇到外力撞击、针刺等过程中，极片与隔膜之间不会发生移动错位等问题，实验表明，在针刺过程中，干法电极也会限制隔膜在高温情况下的收缩，从而避免了正负极接触短路，提高了安全性。
相对湿法涂布极片(也即采用浆料涂布后干燥得到的极片)，本发明的干法电极可以在隔膜表面没有热熔胶或粘结剂的情况下直接与隔膜复合在一起，而且该制备工艺及设备相对湿法涂布工艺更简洁，方便，易操作。
附图说明
图1是本发明一个实施方式中的干法电极的制备方法流程示意图。
图2是本发明一个实施例的一体化带隔膜干法电极片的结构示意图，其中，1-隔膜；2-干法电极膜；3-涂炭集流体。
图3是本发明一个实施例采用一体化带隔膜干法电极片制备电芯的工艺流程图。
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。
本发明在一个实施例方式中提供了一种干法电极的制备方法，所述方法包括以下步骤：
将隔膜、干法电极膜和集流体层叠后进行热辊压，得到干法电极；
其中，所述干法电极膜位于所述隔膜和所述集流体之间。
在本发明的一个实施方式中，通过采用干法电极一体化工艺，在裁片之前先将隔膜与干法电极膜和集流体直接辊压复合成一体，得到的干法电极自带隔膜。采用该干法电极用于叠片，避免了隔膜来回缠绕，从而提高了叠片的速度和叠片过程中的对齐度，提高生产效率和良品率。同时，由于干法电极膜与隔膜和集流体复合成一体，在电芯遇到外力撞击、针刺等过程中，极片与隔膜之间不会发生移动错位等问题，实验表明，在针刺过程中，干法电极也会限制隔膜在高温情况下的收缩，从而避免了正负极接触短路，提高了安全性。
相对湿法涂布极片(也即采用浆料涂布后干燥得到的极片)，本发明的干法电极可以在隔膜表面没有热熔胶或粘结剂的情况下直接与隔膜复合在一起，而且该制备工艺及设备相对湿法涂布工艺更简洁，方便，易操作。
本发明实施方式采用高负载量、无溶剂介入的新型干法复合电极加工技术，具有以下优势：1、能在现有体系电池基础上再提升能量密度；2、可精简掉匀浆和极片烘烤两道工序，减少电极车间厂房占地面积以及降低设备直接投资；3、降低设备及厂建投资成本，环境管控运营成本；4、干法电极制备无需NMP溶剂，节省原材料成本且有利于环境安全；5、干法极片可制作厚电极，柔韧性好，安全性高，且有希望用于预锂和固态电池技术开发领域。
在一个可选的实施方式中，干法电极的制备方法(流程示意图参见图1)包括：放卷、辊压和收卷，通过放卷装置放出集流体、干法电极膜和隔膜，汇集至辊压处，辊压后通过收卷装置收卷，得到一体化带隔膜干法电极片，也即得到干法电极。
在一个可选的实施方式中，集流体、干法电极膜和隔膜汇集至辊压处进行热辊压，收卷得到干法电极。
在另一个可选的实施方式中，集流体和干法电极膜汇集后进行一次辊压，然后再将一次辊压得到的自支撑膜与集流体汇集后进行二次辊压，收卷得到干法电极。
在一个实施方式中，所述干法电极膜通过将电极活性材料、可纤维化粘结剂和导电剂混合后辊压获得。
在一个实施方式中，以质量百分比计，所述干法膜包括电极活性材料80％-99.8％、导电剂0.1％-10％和可纤维化粘结剂0.1％-10％。需要说明的是，上述质量百分比以干法膜的总质量为100％计。
在一个实施方式中，所述干法电极为干法正极，所述干法正极中的干法电极膜为干法正极膜。
在一个实施方式中，所述干法正极的压实密度在3.0g/cm3-3.6g/cm3，例如3.0g/cm3、3.1g/cm3、3.2g/cm3、3.3g/cm3、3.4g/cm3、3.5g/cm3或3.6g/cm3等，优选3.2-3.55g/cm3。
在一个实施方式中，所述干法电极为干法负极，所述干法负极中的干法电极膜为干法负极膜。
在一个实施方式中，所述干法负极的压实密度在1.1g/cm3-1.65g/cm3，例如1.1g/cm3、1.2g/cm3、1.3g/cm3、1.4g/cm3、1.5g/cm3或1.6g/cm3等，优选1.4g/cm3-1.6g/cm3。
在一个实施方式中，所述干法负极的剥离强度在20N/m-100N/m，例如20N/m、30N/m、40N/m、50N/m、60N/m、70N/m、80N/m、90N/m或100N/m等，优选50N/m-100N/m。
在一个实施方式中，干法电极为干法正极，包括正极集流体，位于所述正极集流体两侧的干法正极膜，和位于两侧的干法正极膜外表面的隔膜。
在一个实施方式中，干法电极为干法负极，包括负极集流体，位于所述负极集流体两侧的干法负极膜，和位于两侧的干法负极膜外表面的隔膜。
对于干法正极膜，其中的活性物质为正极活性物质，正极活性物质的种类包括但不限于Li1+xNiyCozMntMsO2-δ(其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤t≤1，0≤s≤1，0≤δ≤0.2，)、LiMxMn2-xO4(其中0≤x≤0.5)、LiFe1-xMxPO4(其中0≤x≤1)、Li2Fe1-xM'xSiO4(其中0≤x≤1)以及LiFe1-xM”xSO4F(其中0≤x≤1)中的任意一种或至少两种的组合。上述化学式中，M、M'和M”独立地选自Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Er、Tm、Yb、Lu、W、Pt或Au中的至少一种。
对于干法负极膜，其中的活性物质为负极活性物质，负极活性物质的种类包括但不限于石墨、硅氧、硅或锂金属负极中的任意一种或至少两种的组合。
本发明对干法电极膜的制备方法不作具体限定，现有技术公开的无需采用溶剂而直接制备自支撑电极膜的方法均适用于本发明，本领域技术人员可参照现有技术公开的方法进行制备。
在一个可选的实施方式中，干法电极膜的制备方法包括以下步骤：
(a)将电极活性物质、导电剂和可纤维化粘结剂粉体混合，以3000rpm-25000rpm(例如3000rpm、4000rpm、5000rpm、6000rpm、7000rpm、8000rpm、9000rpm、10000rpm、11000rpm、12000rpm、13000rpm、15000rpm、16000rpm或18000rpm等)的转速进行搅拌，得到混合料；
(b)对步骤(a)所述混合料进行热压处理，至厚度30um-500um，得到干法电极膜。
在一个可选的实施方式中，电极活性物质、导电剂和可纤维化粘结剂粉体混合的方式为：先将电极活性物质和导电剂以100rpm-800rpm(例如100rpm、200rpm、300rpm、400rpm、500rpm、600rpm、700rpm或800rpm等)的速度低速混合，然后加入可纤维化粘结剂粉体，继续以原转速低速混合。
在一个可选的实施方式中，以3000rpm-25000rpm的转速进行搅拌的时间为2min-2h，例如2min、10min、20min、30min、40min、1h、1.2h、1.5h、1.7h或2h等。
在一个可选的实施方式中，热压处理的温度为60℃-250℃，例如60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、125℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃或240℃等。
本发明对隔膜的种类不作具体限定，包括但不限于PP、PE、PI及其他改性类的隔膜材料。
在一个实施方式中，所述集流体为涂炭金属箔，所述涂炭金属箔包括金属箔材和设置于所述金属箔材表面的碳层，所述碳层中包含热熔胶。
在一个实施方式中，所述碳层的单面厚度为1μm-5μm，优选为1μm-2μm；
在一个实施方式中，所述集流体为涂炭铜箔或涂炭铝箔。
在一个实施方式中，所述层叠时，涂炭金属箔的碳层与干法电极膜接触。
在一个实施方式中，所述热辊压采用的热辊压设备的辊径为100mm-800mm，优选为120mm-300mm。
在一个实施方式中，所述热辊压的温度为20℃-200℃，优选为80℃-120℃。
本发明在一个实施例方式中提供了一种干法电极，所述干法电极根据上述的方法制备得到。
在一个实施方式中，干法电极片包括涂炭集流体和设置在所述涂炭集流体两侧表面的干法电极膜，两侧的干法电极膜的外表面均设置有隔膜。其结构示意图参见图2。
本发明在一个实施例方式中提供了一种干法电芯的制备方法，所述方法包括以下步骤：
采用上述的方法制备干法电极，所述干法电极为干法正极或干法负极；
采用所述的干法正极和/或干法负极裁切后叠片，得到所述的干法电芯。
本发明在一个实施例方式中提供了一种电池，所述电池包括上述的方法制备得到的干法电芯。
实施例1
本实施例提供了一种干法负极片的制备方法，基于一个具体的实施方式，干法负极膜(干法石墨膜)的制备方法为：采用石墨为负极活性物质、碳纳米管为导电剂，负极活性物质、导电剂和可纤维化粘结剂PVDF的质量比9:1:1，将负极活性物质和导电剂加入搅拌机中，100rpm搅拌10分钟，混合均匀，然后加入PVDF，100rpm搅拌10分钟，混合均匀，10000rpm搅拌30分钟，进行纤维化过程。将混合后的粉末放入辊压机中，在150℃下进行热辊压成自支撑膜，得到干法负极膜。
将隔膜、干法负极膜与涂炭集流体(涂炭铜箔)在100℃下热辊压，涂炭集流体包括铜箔和设置在铜箔双面的碳层，碳层的单面厚度为1μm，热辊压采用的热辊压设备的辊径为200mm，形成一体化带隔膜干法电极片(也即干法负极片)，将该干法负极片进行裁片。
本实施例得到的干法负极片包括涂炭集流体和设置在所述涂炭集流体两侧表面的干法负极膜，两侧的干法负极膜的外表面均设置有隔膜。
实施例2
本实施例提供了一种干法正极片的制备方法，与实施例1的区别在于，采用NCM811为正极活性物质制备干法正极膜(干法三元正极膜)，将隔膜、干法正极膜与涂炭集流体(涂炭铝箔)在120℃下热辊压，涂炭集流体包括铝箔和设置在所述铝箔朝向干法正极膜的一侧表面的碳层，碳层的厚度为2μm，热辊压采用的热辊压设备的辊径为300mm，形成一体化带隔膜干法电极片(也即干法正极片)，将该干法正极片进行裁片。
本实施例得到的干法正极片包括涂炭集流体和设置在所述涂炭集流体两侧表面的干法正极膜，两侧的干法正极膜的外表面均设置有隔膜。
实施例3
本实施例提供了一种干法负极片的制备方法，与实施例1的区别在于，热辊压采用的热辊压设备的辊径为100mm。
实施例4
本实施例提供了一种干法负极片的制备方法，与实施例1的区别在于，热辊压采用的热辊压设备的辊径为800mm。
实施例5
本实施例提供了一种干法负极片的制备方法，与实施例1的区别在于，碳层的单面厚度为5μm。
实施例6
本实施例提供了一种干法负极片的制备方法，与实施例1的区别在于，热辊压的温度为50℃。
应用例1
本实施例提供了一种干法电芯的制备方法(工艺流程图参见图3)，包括以下步骤：
按照实施例1的方法制备干法负极片，按照实施例2的方法制备干法负极片，采用得到的干法负极片和干法正极片进行叠片，注液，得到干法电芯。
对比例1
采用湿法匀浆工艺，负极采用石墨、SP、CMC、SBR、去离子水，正极采用NCM811、SP、CNT、PVDF、NMP进行制胶、匀浆、涂布、烘烤等工艺制备湿法涂布极片，再将得到的正负极片进行裁片、叠片组装湿法5Ah电芯；
测试：
一、正负极片压实密度测试
D代表极片压实密度，S代表极片面积，H代表极片总厚度，H1代表涂炭集流体的厚度，M代表极片总重量，M1代表涂炭集流体的重量，压实密度计算公式为结果参见表1。
二、能量密度测试
电池能量密度＝电池容量×放电平台/电池重量，其中电池容量等于0.33C放电倍率下电池实际测试容量(单位mAh)，放电电压平台单位mV，电池重量为实际测试重量(单位Kg)，结果参见表1。
三、针刺
实验在20℃±5℃的环境条件下进行，将接有热电偶的电池置于定制防爆柜中，用直径3mm的无蚀锈钢针以20mm/s-40mm/s的速度刺穿电池最大表面的中心位置，并保持1min，结果参见表1。
四、干法负极剥离强度测试
实验在室温23℃±2℃，相对湿度为65±5％条件下进行，其中胶粘带、被粘材料在该条件下放置2h以上，将胶粘带剥开，切去外面的3-5层，均匀撕剥胶粘带，使胶粘带与被粘材料的一端粘接，其夹角大于30°，被粘材料的另一端下面放置一条长约200mm，宽40mm的涤纶膜，然后用辊压装置的轮子在自重下约120mm/s的速度对试样来回辊压3次，将试样自由端折过180°，并剥开粘合面约10mm，被粘材料夹在下夹持器上，试样自由端夹在上夹持器上。使剥离面与试验机力线保持一致。试验机以300±10mm/min下降速度连续剥离。有效剥离粘合面长度约100mm，并有自动技术装置给出剥离强度和剥离力数据。
剥离强度是粘贴在一起的材料，从接触面进行单位宽度剥离时所需要的最大力。剥离强度是线强度单位，就是单位长度上的力，一般用N/m表示。
表1
从实施例1-6和对比例1的对比可以看出：
第一、采用干法极片的制备工艺，整个制备工艺过程无需再添加去离子水、NMP等溶剂，因此也无需再对极片进行烘烤，这样不仅大大降低了建线时设备和场地的投入成本和设备使用维护过程中的成本，而且不使用有毒的NMP也提升了生产过程中的环保性。
第二、本发明实施例采用一体化工艺，在裁片之前先将隔膜与干法电极膜和集流体直接辊压复合成一体，得到的干法电极自带隔膜，在电芯遇到外力撞击、针刺等过程中，极片之间不会发生移动错位等问题，而且在针刺过程中，干法电极也会限制隔膜在高温情况下的收缩，从而避免了正负极接触短路，从而提高了安全性。
通过实施例1与实施例3-4对比可知，辊径越小对应的极片压实越高。本发明的方法中，辊径存在优选范围，在120mm-300mm范围内可获得更高的剥离强度和能量密度。
通过实施例1与实施例5对比可知，碳层偏厚导致电芯的剥离强度和能量密度降低。
通过实施例1与实施例6对比可知，辊压温度偏低，干法膜与集流体之间的贴合力会降低，从剥离强度上能明显对比出。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (21)
1.一种干法电极的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将隔膜、干法电极膜和集流体层叠后进行热辊压，得到干法电极；
其中，所述干法电极膜位于所述隔膜和所述集流体之间；
所述热辊压采用的热辊压设备的辊径为120mm-300mm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干法电极膜通过将电极活性材料、可纤维化粘结剂和导电剂混合后辊压获得。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，以质量百分比计，所述干法电极膜包括电极活性材料80％-99.8％、导电剂0.1％-10％和可纤维化粘结剂0.1％-10％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干法电极为干法正极，所述干法正极中的干法电极膜为干法正极膜。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述干法正极的压实密度在3.0g/cm3-3.6g/cm3。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述干法正极的压实密度在3.2g/cm3-3.55g/cm3。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干法电极为干法负极，所述干法负极中的干法电极膜为干法负极膜。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述干法负极的压实密度在1.1g/cm3-1.65g/cm3。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述干法负极的压实密度在1.4g/cm3-1.6g/cm3。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述干法负极的剥离强度在20N/m-100N/m。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述干法负极的剥离强度在50N/m-100N/m。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述集流体为涂炭金属箔，所述涂炭金属箔包括金属箔材和设置于所述金属箔材表面的碳层，所述碳层中包含热熔胶。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述碳层的单面厚度为1μm-5μm。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述碳层的单面厚度为1μm-2μm。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述集流体为涂炭铜箔或涂炭铝箔。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述层叠时，涂炭金属箔的碳层与干法电极膜接触。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热辊压的温度为20℃-200℃。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述热辊压的温度为80℃-120℃。
19.一种干法电极，其特征在于，所述干法电极根据权利要求1-18任一项所述的方法制备得到。
20.一种干法电芯的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
采用权利要求1-18任一项所述的方法制备干法电极，所述干法电极为干法正极或干法负极；
采用所述的干法正极和/或干法负极裁切后叠片，得到所述的干法电芯。
21.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求20所述的方法制备得到的干法电芯。
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| "铝箔涂碳层厚度对锂离子电池性能的影响";王盈来等;《电池》;第51卷(第1期);50-53 * |
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