CN114497455A - 一种射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法及锂离子电池极片 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂离子电池制造技术领域，公开了一种射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法及锂离子电池极片。该方法包括对使用粘结剂的锂离子电池极片依次进行微波加热和射线辐照。本发明利用微波辐照快速除去锂离子电池极片中包括水在内的极性小分子，避免了高温烘箱烘烤引起的粘结剂老化的问题。利用射线辐照交联粘结剂，避免了化学交联剂的裂解产物残留污染电池体系的问题，避免了在加热条件下进行的化学交联破坏锂离子电池极片的尺寸稳定的问题。本发明方法对提高电池使用寿命，降低电池全寿命周期内的使用成本具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池制造技术领域，具体地，涉及一种射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法及锂离子电池极片。
背景技术
锂离子电池中的粘结剂作为一种将活性材料、导电剂粘结在集流体上的媒介，在维持极片结构的完整性，进而保持锂离子电池电化学性能方面起到重要作用。在电池制造过程中为除去极片中水分，采用长时间高温烘烤极片的方法，造成了粘结剂加速老化。在电池使用过程中电解液对粘结剂的溶胀作用都会降低粘结剂的粘结作用，破坏极片的完整性，进而影响电池的性能。因此，如何避免长时间高温烘烤极片，有效快速除去水分，同时提高粘结剂的粘结强度成为锂离子电池领域急需解决的课题之一。
传统的极片除水使用高温烘箱长时间烘烤。在此过程中，热量由极片外层向内部传递，传热效率较低。尤其在制备大尺寸、厚度大的极片时，烘烤时间更长，粘结剂老化更严重，粘结剂的粘结作用大大降低。
交联是使线型或支链型高分子链转变成网状或体型高分子的过程。交联可以提高粘结剂的耐高温性能和力学强度，降低溶剂对粘结剂的溶胀作用，提高极片的结构稳定性，使电池的性能稳定发挥。目前，粘结剂的交联均采用化学交联的方法。然而，化学交联过程不可避免地残留交联剂裂解产物，这将严重污染电池体系，损害电池的性能。此外，化学交联需在加热条件下热解交联剂。这使得粘结剂体系处于熔融状态，极易使极片产生严重变形。
因此，目前亟待提出一种提高电池极片粘结性的方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法及锂离子电池极片。利用本发明方法生产的锂离子电池极片避免了高温烘箱长时间烘烤引起的粘结剂老化，同时避免了化学交联剂的裂解产物残留污染电池体系的问题。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法，该方法包括对使用粘结剂的锂离子电池极片依次进行微波加热和射线辐照。
本发明另一方面提供了根据所述的射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法制备的锂离子电池极片。
本发明的技术方案具有如下有益效果：
(1)本发明利用微波辐照快速除去锂离子电池极片中包括水在内的极性小分子，避免了高温烘箱长时间烘烤引起的粘结剂老化的问题，提高粘结剂的粘结性，保持锂离子电池极片的结构稳定性，使电池性能长期稳定发挥。
(2)本发明利用射线辐照交联粘结剂，避免了化学交联剂的裂解产物残留污染电池体系的问题，避免了在加热条件下进行的化学交联破坏锂离子电池极片的尺寸稳定的问题，解决了生产、使用过程中锂离子电池极片的结构完整性问题，提高粘结剂的耐溶剂溶胀作用。此外，辐照交联过程与极片制造过程分开进行，在工艺上具有良好的灵活适用性。
(3)本发明方法对提高电池使用寿命，降低电池全寿命周期内的使用成本具有重要意义。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明一方面提供了一种射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法，该方法包括对使用粘结剂的锂离子电池极片依次进行微波加热和射线辐照。
本发明中，在微波作用下，极片由于内部介质的极化而产生的基化强度矢量落后于外电场一个角度，导致与电场相同的电流产生，构成了极片内部的功率耗散，将微波能转变成热能，产生热效应。因这种独特的“分子内”均匀加热方式，微波使极片内外部加热均匀，更快速除去包括水分在内的极性小分子，减少对粘结剂的老化作用。
本发明中，辐照交联是在射线辐照下高分子产生自由基，通过自由基的相互结合而产生新键。与化学交联相比，辐射交联过程无化学交联剂，不污染电池体系。辐射交联发生在非晶区，无需对材料进行加热，在常温下即可进行，使极片具有良好的尺寸稳定性。
根据本发明，优选地，所述锂离子电池极片选自磷酸铁锂极片、三元极片、石墨极片、硅碳极片、钛酸锂极片或硬碳材料极片。
根据本发明，优选地，所述的粘结剂选自聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、羧甲基纤维素钠、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚烯烃和聚氨酯中的至少一种。
根据本发明，优选地，所述微波加热的步骤包括将所述使用粘结剂的锂离子电池极片从密闭的微波加热仪器中通过，对所述使用粘结剂的锂离子电池极片进行微波加热，快速除去包括水在内的极性小分子。
根据本发明，优选地，所述使用粘结剂的锂离子电池极片通过所述微波加热仪器的速率为10-100m/min。
根据本发明，优选地，所述微波加热的微波频率为300MHz-300GHz，进一步优选为0.5GHz-100GHz。
根据本发明，优选地，所述微波加热的加热功率为100W-20kW，进一步优选为200W-10kW。
根据本发明，优选地，所述使用粘结剂的锂离子电池极片的温度控制在50-120℃。
根据本发明，优选地，所述射线辐照的步骤包括将经过微波加热的使用粘结剂的锂离子电池极片放入射线辐射仪器中，进行射线辐照，使粘结剂进行交联反应。作为优选方案，所述射线辐射仪器密闭。
根据本发明，优选地，所述射线辐照的射线为高能电磁波或高能荷电离子。进一步优选为高能电磁波，更进一步优选为Co-60射线源的γ射线。所述高能电磁波选自x射线或γ射线，所述高能荷电离子选自β粒子、电子、质子、α粒子或中子。
根据本发明，优选地，所述射线辐照的吸收剂量为10-100kGy，进一步优选为50-70kGy。
根据本发明，优选地，所述射线辐照的辐照时间为1-5h，进一步优选为3-4h。
根据本发明，优选地所述射线辐照的辐照方式包括平面静止辐照，平面往返移动辐照或8字型绕线双面辐照。
本发明另一方面提供了根据所述的射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法制备的锂离子电池极片。
以下通过实施例具体说明本发明。
下述各个实施例中，所述微波加热仪器均为微波加热箱，所述射线辐射仪器均为封闭的γ射线辐射箱。
实施例1
本实施例提供一种射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法，该方法包括对使用聚偏二氟乙烯(PVDF)粘结剂的磷酸铁锂极片依次进行微波加热和射线辐照，具体为将使用PVDF粘结剂的磷酸铁锂极片以20m/min的速度从微波加热箱通过，微波加热箱的微波频率为10GHz，微波加热箱的加热功率为1kW，对使用PVDF粘结剂的磷酸铁锂极片进行微波加热的过程中控制使用PVDF粘结剂的磷酸铁锂极片的温度在100±5℃，快速除水，加热后，极片水含量从800ppm降低至300ppm。
将微波处理后的使用PVDF粘结剂的磷酸铁锂极片放入封闭的γ射线辐射箱中，进行平面静止辐照，辐照时间为3h，吸收剂量为70kGy，使粘结剂进行交联反应，平面静止辐照后的极片具有良好的尺寸、结构稳定性，极片平均剥离强度从16.9N/m提高到21.3N/m，提高了26％。
实施例2
本实施例提供一种射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法，该方法包括对使用羧甲基纤维素钠和苯乙烯-丁二烯共聚物粘(CMC/SBR)粘结剂的石墨极片依次进行微波加热和射线辐照，具体为将使用CMC/SBR粘结剂的石墨极片以30m/min的速度从微波加热箱通过，微波加热箱的微波频率为5GHz，微波加热箱的加热功率为500W，对使用CMC/SBR粘结剂的石墨极片进行微波辐照的过程中控制使用CMC/SBR粘结剂的石墨极片的温度在80±5℃，快速除水和N-甲基吡咯烷酮(NMP)极性小分子，加热后，极片水含量从400ppm降低至200ppm，NMP无残留。
将微波处理后的使用CMC/SBR粘结剂的石墨极片放入封闭的γ射线辐射箱中，进行平面静止辐照，辐照时间为2.5h，吸收剂量为55kGy，使粘结剂进行交联反应，平面静止辐照后的极片具有良好的尺寸、结构稳定性，极片平均剥离强度从8.2N/m提高到11.8N/m，提高了43％。
实施例3
本实施例提供一种射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法，该方法包括对使用聚丙烯酸(PAA)粘结剂的硅碳极片依次进行微波加热和射线辐照，具体为将使用PAA粘结剂的硅碳极片以50m/min的速度从微波加热箱通过，微波加热箱的微波频率为10GHz，微波加热箱的加热功率为5kW，对使用PAA粘结剂的硅碳极片两面的活性材料进行微波加热，其过程中控制使用PAA粘结剂的硅碳极片的温度在90±5℃，快速除水，加热后，极片水含量从900ppm降低至350ppm。
将微波处理后的使用PAA粘结剂的硅碳极片放入封闭的γ射线辐射箱中，进行平面静止辐照，辐照时间为2h，吸收剂量为65kGy，使粘结剂进行交联反应，平面静止辐照后的极片具有良好的尺寸、结构稳定性，极片平均剥离强度从6.2N/m提高到8.1N/m，提高了30.6％。
实施例4
本实施例提供一种射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法，该方法包括对使用聚偏二氟乙烯(PVDF)粘结剂的三元极片依次进行微波加热和射线辐照，具体为将使用PVDF粘结剂的三元极片以70m/min的速度从微波加热箱通过，微波加热箱的微波频率为8GHz，微波加热箱的加热功率为6kW，对使用PVDF粘结剂的三元极片两面的活性材料进行微波加热，其过程中控制使用PVDF粘结剂的三元极片的温度在90±5℃，快速除水，加热后，极片水含量从900ppm降低至350ppm。
将微波处理后的使用PVDF粘结剂的三元极片放入封闭的γ射线辐射箱中，进行平面静止辐照，辐照时间为2h，吸收剂量为65kGy，使粘结剂进行交联反应，平面静止辐照后的极片具有良好的尺寸、结构稳定性，极片平均剥离强度从16.2N/m提高到21.2N/m，提高了30.8％。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法，其特征在于，该方法包括对使用粘结剂的锂离子电池极片依次进行微波加热和射线辐照。
2.根据权利要求1所述的射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法，其中，所述锂离子电池极片选自磷酸铁锂极片、三元极片、石墨极片、硅碳极片、钛酸锂极片或硬碳材料极片。
3.根据权利要求1所述的射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法，其中，所述的粘结剂选自聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、羧甲基纤维素钠、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚烯烃和聚氨酯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法，其中，所述微波加热的步骤包括将所述使用粘结剂的锂离子电池极片从密闭的微波加热仪器中通过。
5.根据权利要求4所述的射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法，其中，
所述使用粘结剂的锂离子电池极片通过所述微波加热仪器的速率为10-100m/min；
所述微波加热的微波频率为300MHz-300GHz；
所述微波加热的加热功率为100W-20kW；
所述使用粘结剂的锂离子电池极片的温度控制在50-120℃。
6.根据权利要求5所述的射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法，其中，所述微波加热的微波频率为0.5GHz-100GHz，所述微波加热的加热功率为200W-10kW。
7.根据权利要求1所述的射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法，其中，所述射线辐照的步骤包括将经过微波加热的使用粘结剂的锂离子电池极片放入射线辐射仪器中。
8.根据权利要求7所述的射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法，其中，
所述射线辐照的射线为高能电磁波或高能荷电离子；
所述射线辐照的吸收剂量为10-100kGy；
所述射线辐照的辐照时间为1-5h；
所述射线辐照的辐照方式包括平面静止辐照，平面往返移动辐照或8字型绕线双面辐照。
9.根据权利要求8所述的射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法，其中，
所述高能电磁波选自x射线或γ射线，所述高能荷电离子选自β粒子、电子、质子、α粒子或中子；
所述射线辐照的吸收剂量为50-70kGy；
所述射线辐照的辐照时间为3-4h。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法制备的锂离子电池极片。
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| CN202011164622.XA Pending CN114497455A (zh) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | 一种射线辐照提高锂离子电池极片粘结性的方法及锂离子电池极片 |
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| CN (1) | CN114497455A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106450327A (zh) * | 2016-10-13 | 2017-02-22 | 中国科学院高能物理研究所 | 一种辐照提高锂电池聚偏氟乙烯胶黏性能的方法 |
| CN206774634U (zh) * | 2017-06-12 | 2017-12-19 | 深圳市洋浦新丰科技有限公司 | 一种三维钛酸锂锂离子电池电芯的混合干燥装置 |
| WO2018107743A1 (zh) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种锂离子电池正极极片，其制备方法及使用该极片的电池 |
| CN109904383A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-06-18 | 惠州锂威新能源科技有限公司 | 一种微波加热的极片辊压方法 |
-
2020
- 2020-10-27 CN CN202011164622.XA patent/CN114497455A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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| Title |
|---|
| 吴祖兴: "《现代食品生产》", 30 September 2000, 中国农业大学出版社, pages: 13 * |
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