CN114613943A - 极片、电芯、极片制备工艺及电芯制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种极片、电芯、极片制备工艺及电芯制备工艺，所述锂电池极片制备工艺包括：获取箔材基体；对所述箔材基体进行强化处理；对所述箔材基体上的涂炭区进行涂炭处理并烘干；对所述箔材基体上的涂浆区进行浆料涂布并烘干；对所述箔材基体进行辊压；按照所需极片的尺寸大小对所述箔材基体进行分切，以及对所述极耳留白区进行成型模切形成极耳，以形成初级极片；制备H形隔膜；将所述初级极片通过热压复合的方式放置在所述H形隔膜的凹槽中，以形成正极片或负极片。本发明在保证得到的锂电池极片以及锂电池电芯的性能的基础上，优化锂电池极片以及锂电池电芯制备工艺。

Description

极片、电芯、极片制备工艺及电芯制备工艺
技术领域
本发明涉及电池制造技术领域，尤其涉及一种极片、电芯、极片制备工艺及电芯制备工艺。
背景技术
在锂离子电池制作过程中，涂布是一道非常关键的工序，涂布的好坏直接影响着电池的性能。而在正极片涂布时，正极片的边缘会涂上陶瓷边。在正极片上涂陶瓷目的有两点，第一是降低极片上毛刺产生的短路风险，因为直接模切铝箔基材会产生很多毛刺，毛刺也具备一定的导电能力，所以会造成极片漏电以及短路风险，而模切极片上的陶瓷边所产生的毛刺会少很多；第二是绝缘，因极耳未被隔膜覆盖，若隔膜对极片的包覆不严密，那么负极片上的极耳可能会和正极片接触，或正极片上的极耳和负极片接触，造成短路安全问题，因此，在极片上靠近极耳的一侧涂上陶瓷，可以起到绝缘作用。
目前在极片上涂陶瓷遇到的问题是：1)工艺复杂，在涂陶瓷时，要保证主料与陶瓷容易互溶，否则会产生虚边、鼓边以及后续工序抓边困难等问题；2)在极片经历陶瓷涂边后，被辊压时容易造成极片断带等后果；3)所用的陶瓷浆料的成本较高，提高了电池制造的成本；4)在叠片时，由于陶瓷涂边后，隔膜与极片之间存在厚度差，所以容易造成极片卷边等问题，影响电芯安全。
因此，本发明提出了一种极片、电芯、极片制备工艺及电芯制备工艺，从而在保证得到的锂电池极片以及锂电池电芯的性能的基础上，优化锂电池极片以及锂电池电芯制备工艺。
发明内容
本发明提出了一种极片、电芯、极片制备工艺及电芯制备工艺，从而在保证得到的锂电池极片以及锂电池电芯的性能的基础上，取缔了陶瓷涂边相关步骤，优化了锂电池极片以及锂电池电芯制备工艺。
第一方面，本发明提供一种锂电池极片制备工艺，包括：获取箔材基体，所述箔材基体上设有极耳留白区、涂炭区以及涂浆区；对所述箔材基体进行强化处理；对所述箔材基体上的涂炭区进行涂炭处理并烘干，以形成涂炭层；对所述箔材基体上的涂浆区进行浆料涂布并烘干，以形成涂浆层；对所述箔材基体进行辊压；按照所需极片的尺寸大小对所述箔材基体进行分切，以及对所述极耳留白区进行成型模切形成极耳，以形成初级极片；制备H形隔膜；将所述初级极片通过热压复合的方式放置在所述H形隔膜的凹槽中，以形成正极片或负极片。
其有益效果在于：本发明所提供的所述锂电池极片制备工艺，取缔了现有技术中的陶瓷涂边步骤，在保持极片性能的基础上，优化了锂电池极片制备的工艺流程。
可选地，所述对所述箔材基体进行强化处理，包括：对所述箔材基体进行除静电、除磁以及加热处理。其有益效果在于：对所述箔材基体进行强化处理的目的，是为了保证后续对所述箔材基体上的涂炭区进行涂炭处理的一致性和稳定性。
进一步可选地，所述锂电池极片制备工艺，包括：所述箔材基体通过走带方式，依次经过放卷、除静电、除磁、加热、再除磁、再除静电以及收卷处理。
又进一步可选地，所述对所述箔材基体进行加热处理包括：通过使用走带速度为每分钟20-50米的走带方式以及使用设置加热温度为100-135摄氏度的烤箱对所述箔材基体进行加热处理。
再进一步可选地，所述对所述箔材基体进行辊压，包括：对所述箔材基体进行至少两次辊压。其有益效果在于：对于负极片的制备过程中对所述箔材基体进行至少两次辊压，不仅可以尽可能地降低活性颗粒的破裂，并使得最终形成的所述负极片上的孔径分布均匀，从而提高了电池电解液对负极片的浸润效果，最终显著地提高了电池性能；对于正极片的二次辊压，可以降低延展以防止断带。
可选地，所述制备H形隔膜，包括：按照凹槽深度与所述初级极片的厚度一致，且宽度略大于所述锂电池极片的宽度，制备H形隔膜。其有益效果在于：便于将所述初级极片放置于所述H形隔膜的凹槽中。
第二方面，本发明提供一种锂电池电芯制备工艺，包括：获取根据第一方面中任一项所述的制备工艺所制备得到的正极片和负极片；将至少两张负极片和至少一张正极片按照相邻的极片极性相反的次序叠加所述负极片和所述正极片，以形成电芯，且所述电芯的外层均为所述负极片。
其有益效果在于：通过第一方面中任一项所述的制备工艺所制备得到的正极片和负极片尺寸相同，有利于提高叠片式电芯中正、负极片的对齐度。并且通过H形隔膜可以进一步保证正、负极片的对齐度，而且不会造成塌边、卷边等不良现象。
第三方面，本发明提供一种锂电池极片，通过如第一方面中任一项所述的制备工艺制备得到，包括：箔材基体，所述箔材基体上设有极耳和呈双面对称的涂炭区以及涂浆区；所述涂炭区上设置有涂炭层，所述涂浆区上设置有涂浆层；H形隔膜，所述箔材基体上的涂浆层与所述H形隔膜凹槽底部上的隔膜相贴合。
可选地，所述H形隔膜包括第一隔膜和第二隔膜，所述第一隔膜为双面胶层隔膜，所述第二隔膜为单面胶层隔膜，所述第二隔膜贴合于所述第一隔膜的边缘。
第四方面，本发明提供一种锂电池电芯，通过如第二方面中任一项所述的制备工艺制备得到，包括：按照相邻的极片极性相反的次序叠加的至少一张正极片和至少两张负极片，且所述电芯的外层均为所述负极片。
关于上述第三方面至第四方面的有益效果可以参见上述第一方面和第二方面中的描述。
附图说明
图1为本发明提供的一种锂电池极片制备工艺实施例的流程图；
图2为本发明提供的一种箔材基体单面涂层区域分布的情况示意图；
图3为本发明提供的一种锂电池电芯制备工艺实施例的流程图；
图4为本发明提供的一种H形隔膜的结构示意图；
图5为本发明提供的一种锂电池极片的结构示意图；
图6为本发明提供的一组关于K值的实验数据对比图；
图7为本发明提供的一组关于DG容量的实验数据对比图；
图8为本发明提供的一组关于OCV2电压实验数据对比图；
图9为本发明提供的一组关于OCV2电阻实验数据对比图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。其中，在本申请实施例的描述中，以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一种”、“该”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，在本申请以下各实施例中，“至少一个”、“一个或多个”是指一个或两个以上(包含两个)。术语“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系；例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A、B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“连接”包括直接连接和间接连接，除非另外说明。“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
在本申请实施例中，“示例性地”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性地”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性地”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
本发明提供一种锂电池极片制备工艺，其流程如图1所示，包括步骤如下：
S101，获取箔材基体，所述箔材基体上设有极耳留白区、涂炭区以及涂浆区。
在本步骤中，所述箔材基体上设有呈双面对称的极耳留白区、涂炭区以及涂浆区，所述涂浆区与所述涂炭区上的部分区域重叠，所述极耳留白区至少设置于所述涂炭区的一侧。
S102，对所述箔材基体进行强化处理。
在本步骤中，所述箔材基体通过除静电机构进行去除静电，通过除磁机构对极片表面进行除磁处理，再通过走带方式进行加热处理，加热温度为100-135℃，走带速度20-50米/分钟，强化处理的目的是为了保证凹版涂布(即涂炭)的稳定性和一致性，为后续工作奠定基础。示例性地，加热温度为100、110、120或135℃，走带速度20、30、40或50米/分钟。
S103，对所述箔材基体上的涂炭区进行涂炭处理并烘干，以形成涂炭层。
在本步骤中，主要是通过凹版涂布机对箔材基体进行涂炭处理，即底涂(凹版涂)，根据工艺需求对极片进行底涂，其中底涂浆料的工艺参数如下：
Figure BDA0003559545630000061
底涂涂布的工艺参数如下：
Figure BDA0003559545630000062
底涂设备烘箱参数要求如下：
Figure BDA0003559545630000063
底涂设备张力参数控制：
Figure BDA0003559545630000071
一般对箔材基体进行双面底涂后，箔材基体上涂炭层的厚度在2-6微米(不含基材厚度)之间，示例性地，箔材基体上涂炭层的厚度在2、3、4、6微米(不含基材厚度)。
S104，对所述箔材基体上的涂浆区进行浆料涂布并烘干，以形成涂浆层。
在本步骤中，对所述箔材基体上的涂浆区进行浆料涂布方式，有挤压涂布和转移涂布两种，本方案以挤压涂布为例，但不限于挤压涂布。所述挤压涂布为在已经做好凹版底涂的箔材基体上的涂浆区进行浆料涂布，涂布面密度以工艺要求为准，加强面密度的一致性。
示例性地，如图2展示了所述箔材基体单面上的涂炭区、涂浆区以及极耳留白区的分布情况，其中，涂炭区为区域B、区域C、区域D、区域F、区域G和区域H，涂浆区为区域C和区域G，极耳留白区为区域A、区域E和区域I。可以在区域E中进行裁剪，将图示箔材基体分成两个初级极片。所述箔材基体仅以图2为例解释涂炭区、涂浆区和极耳留白区的分布情况，实际上所述箔材基体可以分成初级极片的数量不受限制，根据实际尺寸需求设定。
S105，对所述箔材基体进行辊压。
在本步骤中，对所述箔材基体进行辊压，就是对所述箔材基体进行压实处理，一般正极片的压实密度在2.4-2.55克每立方厘米(g/cm3)之间(包括端点值)，负极片的压实密度在3.4-3.55g/cm3之间(包括端点值)。
S106，按照所需极片的尺寸大小对所述箔材基体进行分切，以及对所述极耳留白区进行成型模切形成极耳，以形成初级极片。
在本步骤中，所述分切就是在极耳留白区对所述箔材基体进行分切。
S107，制备H形隔膜以放置所述初级极片。
在本步骤中，所述H形隔膜为边缘较厚、中间常规的隔膜。
S108，将所述初级极片通过热压复合的方式放置在所述H形隔膜的凹槽中，以形成正极片或负极片。
在本步骤中，将所述初级极片居中放入在已经制作好的所述H形隔膜中，且保证与所述H形隔膜接触的是所述初级极片上设置有涂浆层的一面。然后使用2-6吨(T)的压力，75-100摄氏度(℃)的温度对所述初级极片和所述H形隔膜的接触面进行热压复合。所述初级极片与所述H形隔膜的边缘之间的间隙控制在0.5-0.75毫米(mm)。示例性地，所述压力为2、4或6吨；所述温度为75、80、90或100℃；所述初级极片与所述H形隔膜的边缘之间的间隙控制在0.5、0.6或0.75mm。
在一种可能的实施例中，所述对所述箔材基体进行强化处理，包括：对所述箔材基体进行除静电、除磁以及加热处理。在本实施例中，对所述箔材基体进行强化处理的目的，是为了保证后续对所述箔材基体上的涂炭区进行涂炭处理的一致性和稳定性。
在又一种可能的实施例中，所述锂电池极片制备工艺，包括：所述箔材基体通过走带方式，依次经过放卷、除静电、除磁、加热、再除磁、再除静电以及收卷处理。
在还一种可能的实施例中，所述对所述箔材基体进行加热处理包括：通过使用走带速度为每分钟20-50米的走带方式以及使用设置加热温度为100-135摄氏度的烤箱对所述箔材基体进行加热处理。示例性地，通过使用走带速度为20、25、30或50米每分钟的走带方式以及使用设置加热温度为100、110、120或135摄氏度的烤箱对所述箔材基体进行加热处理。
在再一种可能的实施例中，所述对所述箔材基体进行辊压，包括：对所述箔材基体进行至少两次辊压。在本实施例中，对于负极片的制备过程来说，只进行一次辊压容易导致活性颗粒破裂和破碎，对应极片上层(远离铜箔)的孔径会大于极片下层(靠近铜箔)的孔径，所述对所述负极片的箔材基体进行至少两次锟压，不仅可以尽可能地降低活性颗粒的破裂，并使得最终形成的所述负极片上的孔径分布均匀，从而提高了电池电解液对负极片的浸润效果，最终显著地提高了电池性能；对于正极片的二次辊压，可以先对所述箔材基体表明进行机械压花处理，可以降低延展以防止断带。
在一种可能的实施例中，所述制备H形隔膜，包括：按照凹槽深度与所述初级极片的厚度一致，且宽度略大于所述锂电池极片的宽度，制备H形隔膜。
基于上述实施例所提供的锂电池极片制备工艺，本发明提供一种锂电池电芯制备工艺，其流程如图3所示，包括步骤如下：
S301，获取根据上述任一项实施例所述的制备工艺所制备得到的正极片和负极片。
S302，将至少两张负极片和至少一张正极片按照相邻的极片极性相反的次序叠加所述负极片和所述正极片，以形成电芯，且所述电芯的外层均为所述负极片。
在本实施例中，通过上述任一项所述的制备工艺所制备得到的正极片和负极片尺寸相同，有利于提高叠片式电芯中正、负极片的对齐度。并且通过H形隔膜可以进一步保证正、负极片的对齐度，而且不会造成塌边、卷边等不良现象。
基于上述实施例所提供的锂电池极片制备工艺，本发明还提供一种锂电池极片，包括：箔材基体，所述箔材基体上设有极耳和呈双面对称的涂炭区以及涂浆区；所述涂炭区上设置有涂炭层，所述涂浆区上设置有涂浆层；H形隔膜，所述箔材基体上的涂浆层与所述H形隔膜凹槽底部上的隔膜相贴合。
在一种可能的实施例中，所述H形隔膜包括第一隔膜和第二隔膜，所述第一隔膜为双面胶层隔膜，所述第二隔膜为单面胶层隔膜，所述第二隔膜贴合于所述第一隔膜双面的边缘，以形成H形结构。使用聚偏氟乙稀(Polyvinylidene Fluoride，PVDF)胶液或者其他绝缘胶液在所述第二隔膜上喷一层胶，凹槽深度与极片厚度相同，宽度比极片一边多0.5-0.75毫米(mm)。具体结构如图4所示，其中第一隔膜401为双面胶层隔膜，第二隔膜402为单面胶层隔膜，胶面朝上，且所述第二隔膜402上方覆盖一层胶层403。示例性地，将所述初级极片501放置所述H形隔膜中形成的结构如图5所示，其中所述初级极片501设有涂浆层的面与所述H形隔膜上的所述第一隔膜接触，且所述初级极片501与所述第二隔膜之间存在0.5-0.75mm的间隙，所述间隙可以是0.5、0.6、0.75mm。
基于上述实施例所提供的锂电池电芯制备工艺，本发明提供一种锂电池电芯，包括：按照相邻的极片极性相反的次序对齐叠加的至少一张正极片和至少两张负极片，且所述电芯的外层均为所述负极片。
为了进一步解释本发明提供的锂电池极片、锂电池电芯的性能，将通过本发明提供的所述锂电池电芯制备得到的第一锂电池与通过现有技术制备得到的二号锂电池的性能进行对比，其中第一锂电池没有陶瓷涂边，第二锂电池有陶瓷涂边。
首先，分别取300个第一锂电池和300个第二锂电池，然后将所述第一锂电池和所述第二锂电池的极耳状态进行对比，得到的结论是：所述第一锂电池的负极状态与所述第二锂电池的负极状态相同。
接着，继续将上述实施例中提到的所述第一锂电池和所述第二锂电池进行对比，分别测量300个所述第一锂电池和300个第二锂电池的K值，所述K值为行业内用于判断电池好坏的数据。实验结果如图6所示，其中，颜色较深的点表示所述第一锂电池，颜色较浅的点表示所述第二锂电池；横坐标表示测试的数目，纵坐标表示K值取值，单位为毫伏每小时(mv/h)。根据图6所示的实验结果，得到，所述第一锂电池的K值取值在0.01～0.03mv/h之间(包括端点值)，所述第二锂电池的K值取值在0.0014～0.0319mv/h之间(包括端点值)。两者均在规格要求范围(-0.06～0.05mv/h)内，且无明显区别。
然后，分别测量300个所述第一锂电池和300个所述第二锂电池的容量(OG)。实验结果如图7所示，其中，颜色较深的点表示所述第一锂电池，颜色较浅的点表示所述第二锂电池；横坐标表示测试的数目，纵坐标表示DG容量取值，单位为毫安时(mAh)。根据图7所示的实验结果，得到，所述第一锂电池的DG容量取值在281931～294596mAh之间(包括端点值)，所述第二锂电池的DG容量取值在281227～303579mAh之间(包括端点值)。两者均在规格要求范围(≥280Ah)内，且无明显区别。
再接着，分别测量300个所述第一锂电池和300个所述第二锂电池的电压。实验结果如图8所示，其中，颜色较深的点表示所述第一锂电池，颜色较浅的点表示所述第二锂电池；横坐标表示测试的数目，纵坐标表示OCV2电压取值，单位为毫伏(mv)。根据图8所示的实验结果，得到，所述第一锂电池的OCV2电压取值在3301～3303mv之间(包括端点值)，所述第二锂电池的OCV2电压取值在3301～3303mv之间(包括端点值)。两者均在规格要求范围(3303～3304mv)内，且无明显区别。
最后，分别测量300个所述第一锂电池和300个所述第二锂电池的内阻。实验结果如图9所示，其中，颜色较深的点表示所述第一锂电池，颜色较浅的点表示所述第二锂电池；横坐标表示测试的数目，纵坐标表示OCV2电阻取值，单位为毫欧(mΩ)。根据图8所示的实验结果，得到，所述第一锂电池的OCV2电阻取值在0.18～0.23mΩ之间(包括端点值)，所述第二锂电池的OCV2电阻取值在0.19～0.23mΩ之间(包括端点值)。两者均在规格要求范围(≤0.23mΩ)内，且无明显区别。
综上所述，本发明提出的锂电池极片及其制备工艺、锂电池电芯及其制备工艺，在保证得到的锂电池极片以及锂电池电芯的性能的基础上，优化了锂电池极片以及锂电池电芯制备工艺。
以上所述，仅为本申请实施例的具体实施方式，但本申请实施例的保护范围并不局限于此，任何在本申请实施例揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请实施例的保护范围之内。因此，本申请实施例的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种锂电池极片制备工艺，其特征在于，包括：
获取箔材基体，所述箔材基体上设有极耳留白区、涂炭区以及涂浆区；
对所述箔材基体进行强化处理；
对所述箔材基体上的涂炭区进行涂炭处理并烘干，以形成涂炭层；
对所述箔材基体上的涂浆区进行浆料涂布并烘干，以形成涂浆层；
对所述箔材基体进行辊压；
按照所需极片的尺寸大小对所述箔材基体进行分切，以及对所述极耳留白区进行成型模切形成极耳，以形成初级极片；
制备H形隔膜；
将所述初级极片通过热压复合的方式放置在所述H形隔膜的凹槽中，以形成正极片或负极片。
2.根据权利要求1所述的锂电池极片制备工艺，其特征在于，所述对所述箔材基体进行强化处理，包括：
对所述箔材基体进行除静电、除磁以及加热处理。
3.根据权利要求2所述的锂电池极片制备工艺，其特征在于，包括：
所述箔材基体通过走带方式，依次经过放卷、除静电、除磁、加热、再除磁、再除静电以及收卷处理。
4.根据权利要求3所述的锂电池极片制备工艺，其特征在于，所述对所述箔材基体进行加热处理包括：
通过使用走带速度为每分钟20-50米的走带方式以及使用设置加热温度为100-135摄氏度的烤箱对所述箔材基体进行加热处理。
5.根据权利要求4所述的锂电池制备工艺，其特征在于，所述对所述箔材基体进行辊压，包括：对所述箔材基体进行至少两次辊压。
6.根据权利要求5所述的锂电池极片制备工艺，其特征在于，所述制备H形隔膜，包括：按照凹槽深度与所述初级极片的厚度一致，且宽度略大于所述锂电池极片的宽度，制备H形隔膜。
7.一种锂电池电芯制备工艺，其特征在于，包括：
获取根据权利1至6中任一项所述的制备工艺所制备得到的正极片和负极片；
将至少两张负极片和至少一张正极片按照相邻的极片极性相反的次序叠加所述负极片和所述正极片，以形成电芯，且所述电芯的外层均为所述负极片。
8.一种如权利要求1～6中任意一项所述的制备工艺制备的锂电池极片，其特征在于，包括：
箔材基体，所述箔材基体上设有极耳和呈双面对称的涂炭区以及涂浆区；
所述涂炭区上设置有涂炭层，所述涂浆区上设置有涂浆层；
H形隔膜，所述箔材基体上的涂浆层与所述H形隔膜凹槽底部上的隔膜相贴合。
9.根据权利要求8所述的锂电池极片，其特征在于，所述H形隔膜包括第一隔膜和第二隔膜，所述第一隔膜为双面胶层隔膜，所述第二隔膜为单面胶层隔膜，所述第二隔膜贴合于所述第一隔膜的边缘。
10.一种锂电池电芯，其特征在于，通过如权利要求7所述的制备工艺制备得到，包括：按照相邻的极片极性相反的次序叠加的至少一张正极片和至少两张负极片，且所述电芯的外层均为所述负极片。
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