CN115425185A - 一种正极片及其制备方法，锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种正极片及其制备方法，锂离子电池，包括如下步骤：(1)将正极活性物质、导电剂、粘结剂与溶剂混匀，制成正极浆料；(2)将正极浆料涂覆在铝箔的表面，形成正极涂层，得到电极膜片；(3)将绝缘材料、粘结剂与溶剂混匀，制成绝缘浆料；(4)将绝缘浆料涂覆在铝箔与电极膜片的交界边沿，形成绝缘涂层，得到涂布膜片；(5)将涂布膜片烘干、辊压，模切，形成模切膜片；(6)将模切膜片分条，制成正极片。本发明的绝缘涂层可显著地降低铝箔反射率，降低激光输出功率，节省能耗，同时也可降低熔珠产生的风险，增强电池安全性能。

Description

一种正极片及其制备方法，锂离子电池
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种正极片及其制备方法，锂离子电池。
背景技术
随着新能源的发展及运用，方型电芯作为新型电池，封装可靠度高，系统能量效率高，相对重量轻，能量密度较高，结构较为简单，稳定性较好，在汽车能源领域得到了越来越广泛的应用。
锂电池生产过程，需要切割铝箔形成极耳即激光模切工序，但是铝具有高反射率的特点，对激光的吸收率极低，同时还有良好的导热性能；激光照射在铝箔上，大部分能量会被反射出去，同时还会迅速的热量传递到周围，造成了铝合金材料激光切割极其困难，甚至不能被加工。
在锂电池设计过程中，为防止析锂，需要负极包覆正极，正极激光模切产生的铝熔珠，可能刺穿隔膜与负极搭接，造成电池短路，增大电池失效风险。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种正极片的制备方法，显著地降低正极集流体(铝箔)反射率，降低激光输出功率，节省能耗，同时降低熔珠产生的风险，增强采用此正极片的电池的安全性能。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种正极片的制备方法，包括如下步骤：
(1)将正极活性物质、导电剂、粘结剂与溶剂混合搅拌均匀，达到黏度5000～8000mPa·s、固含量70～80％，制成正极浆料；
(2)将所述正极浆料涂覆在铝箔的表面，干燥，形成正极涂层，得到电极膜片；
(3)将绝缘材料、粘结剂与溶剂混合搅拌均匀，制成绝缘浆料；
(4)将所述绝缘浆料涂覆在铝箔与电极膜片的交界边沿，干燥，形成绝缘涂层，得到涂布膜片；
(5)将所述涂布膜片烘干、辊压，模切，形成模切膜片；
(6)将所述模切膜片分条，制成正极片。
优选地，步骤(1)，所述正极活性物质、导电剂和粘结剂之间的质量比为94～96∶1～3∶1～3。
优选地，步骤(3)，所述绝缘材料和粘结剂之间的质量比为8～12∶1。
优选地，所述正极活性物质为磷酸铁锂，一次颗粒的粒径为100～200nm。
优选地，所述导电剂选自乙炔黑、科琴黑或炭黑中的一种。
优选地，所述绝缘材料选自二氧化硅、碳化硅、钛酸钡、氧化钛、氧化钒、氧化铝或水合氧化铝中的一种或两种以上的组合。
优选地，所述粘结剂选自聚偏二氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸钠、丁苯橡胶、聚醚酰亚胺、羧甲基纤维素、丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚丙烯或聚乙烯中的一种或两种以上的组合。
优选地，所述铝箔的厚度为16～20μm，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
基于一个总的发明构思，本发明另一个目的在于保护通过上述制备方法制备得到的正极片，其中，所述绝缘涂层的单面厚度为10～100μm，宽度为0.1～10mm；以及包含使用此正极片的锂离子电池，所述锂离子电池还包括负极片、隔膜和电解液，所述负极片可采用现有技术，例如采用人造石墨作为负极；选用Celgard 2400膜为隔膜，按照现有技术组装成电芯，再注入电解液，制得锂离子电池。
铝箔具有高反射率的特点，对激光的吸收率极低，同时还有良好的导热性能，激光照射在铝箔上，大部分能量会被反射出去，同时还会迅速的热量传递到周围，造成了铝箔激光切割极其困难，加大功率又会增大熔珠产生的风险，本发明绝缘涂层涂敷在铝箔表面，降低了激光切割铝箔所需能量；另一方面，激光切割铝箔过程中，由于高温熔融铝箔产生熔珠，熔珠刺穿隔离膜而造成电池短路，现有的真空吸附技术，虽可以除去大部分熔珠，但仍有个别不能被吸附走，而造成短路风险，本发明绝缘涂层从根本上杜绝熔珠的产生，大大提高了电池的安全性能；另外，铝箔上涂绝缘浆料，可使电池结构由负极包正极，转变为″正极″包负极，负极极片高度低于正极片和绝缘涂层的高度之和，负极模切的熔珠刺穿隔膜搭接在绝缘涂层上，不会造成电池短路，提高电池安全性能。
附图说明
图1本发明涂布膜片的俯视图；
图2本发明涂布膜片模切一分为二之后的模切膜片的侧视图；
图1-2标记含义如下：1-铝箔，2-绝缘涂层，3-电极膜片，4-模切膜片。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加明白清楚，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，但是本发明并不限于这些实施例。需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为质量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如没有特别说明，均为本领域的常规方法。
本文中所用的术语″包含″、″包括″、″合有″或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或者优选值与任何范围下限或优选值的任意一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围″1至5″时，所描述的范围应被解释为包括范围″1至4″、″1至3″、″1至2″、″1至2和4至5″、″1至3和5″等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外地说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
下面对本发明的具体实施例做详细说明。
实施例1
一种正极片的制备方法，包括如下步骤：
(1)将磷酸铁锂、炭黑、聚偏二氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮混合搅拌均匀，达到黏度6500mPa·s、固含量75％，制成正极浆料；
其中，磷酸铁锂、炭黑和聚偏二氟乙烯之间质量比为95∶3∶2，磷酸铁锂一次颗粒的粒径为150nm；
(2)将所述正极浆料涂覆在铝箔的表面，干燥，形成正极涂层，得到电极膜片，其中，所述铝箔的厚度为18μm；
(3)将绝缘材料、聚偏二氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮混合，搅拌均匀，制成绝缘浆料；
其中，所述绝缘材料和聚偏二氟乙烯之间的质量比为10∶1，所述绝缘材料由二氧化硅、氧化钛和水合氧化铝按质量比10∶6∶3组成；
(4)将所述绝缘浆料涂覆在铝箔与电极膜片的交界边沿，干燥，形成绝缘涂层，得到涂布膜片；
其中，所述绝缘涂层的单面厚度为50μm，宽度为2.5mm；
(5)将所述涂布膜片烘干、辊压，模切一分为二，形成模切膜片；
(6)将所述模切膜片分条，制成正极片。
本实施例的60Ah磷酸铁锂方形电池，采用本实施例的正极片，负极片包括铜箔和涂覆于铜箔上的负极活性物，负极活性物由水、石墨、羧甲基纤维素钠、超导炭黑、丁苯橡胶均匀混合后制成，按照现有技术组装成电芯；再注入电解液，制成。
实施例2
一种正极片的制备方法，包括如下步骤：
(1)将磷酸铁锂、科琴黑、聚对苯二甲酸乙二醇酯与N-甲基吡咯烷酮混合搅拌均匀，达到黏度8000mPa·s、固含量70％，制成正极浆料；
其中，磷酸铁锂、科琴黑和聚对苯二甲酸乙二醇酯之间质量比为96∶2∶2，磷酸铁锂一次颗粒的粒径为200nm；
(2)将所述正极浆料涂覆在铝箔的表面，干燥，形成正极涂层，得到电极膜片，其中，所述铝箔的厚度为20μm；
(3)将绝缘材料、聚丙烯酸钠与N-甲基吡咯烷酮混合搅拌均匀，制成绝缘浆料；
其中，所述绝缘材料和聚丙烯酸钠之间的质量比为12∶1，所述绝缘材料由碳化硅、钛酸钡和氧化铝按质量比8∶5∶3组成；
(4)将所述绝缘浆料涂覆在铝箔与电极膜片的交界边沿，干燥，形成绝缘涂层，得到涂布膜片；
其中，所述绝缘涂层的单面厚度为80μm，宽度为5mm；
(5)将所述涂布膜片烘干、辊压，模切一分为二，形成模切膜片；
(6)将所述模切膜片分条，制成正极片。
本实施例的60Ah磷酸铁锂方形电池，采用本实施例的正极片，负极片包括铜箔和涂覆于铜箔上的负极活性物，负极活性物由水、石墨、羧甲基纤维素钠、超导炭黑、丁苯橡胶均匀混合后制成，按照现有技术组装成电芯；再注入电解液，制成。
实施例3
一种正极片的制备方法，包括如下步骤：
(1)将磷酸铁锂、乙炔黑、丙烯酸酯与N-甲基吡咯烷酮混合，搅拌均匀，达到黏度5000mPa·s、固含量80％，制成正极浆料；
其中，所述磷酸铁锂、乙炔黑和丙烯酸酯之间的质量比为94∶3∶3，磷酸铁锂一次颗粒的粒径为100nm；
(2)将所述正极浆料涂覆在铝箔的表面，干燥，形成正极涂层，得到电极膜片，其中，所述铝箔的厚度为16μm；
(3)将绝缘材料、聚对苯二甲酸丁二酯与N-甲基吡咯烷酮混合搅拌均匀，制成绝缘浆料；
其中，所述绝缘材料和聚对苯二甲酸丁二酯之间质量比为8∶1，所述绝缘材料由氧化钛、氧化钒和水合氧化铝按质量比9∶4∶2组成；
(4)将所述绝缘浆料涂覆在铝箔与电极膜片的交界边沿，干燥，形成绝缘涂层，得到涂布膜片；
其中，所述绝缘涂层的单面厚度为25μm，宽度为0.5mm；
(5)将所述涂布膜片烘干、辊压，模切一分为二，形成模切膜片；
(6)将所述模切膜片分条，制成正极片。
本实施例的60Ah磷酸铁锂方形电池，采用本实施例的正极片，负极片包括铜箔和涂覆于铜箔上的负极活性物，负极活性物由水、石墨、羧甲基纤维素钠、超导炭黑、丁苯橡胶均匀混合后制成，按照现有技术组装成电芯；再注入电解液，制成。
比较例1
一种正极片的制备方法，包括如下步骤：
(1)将磷酸铁锂、炭黑、聚偏二氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮混合搅拌均匀，达到黏度6500mPa·s、固含量75％，制成正极浆料；
其中，磷酸铁锂、炭黑和聚偏二氟乙烯之间质量比为95∶3∶2，磷酸铁锂一次颗粒的粒径为150nm；
(2)将所述正极浆料涂覆在铝箔的表面，干燥，形成正极涂层，得到电极膜片，其中，所述铝箔的厚度为18μm；
(5)将所述电极膜片烘干、辊压，模切一分为二，形成模切膜片；
(6)将所述模切膜片分条，制成正极片。
本实施例的60Ah磷酸铁锂方形电池，采用本实施例的正极片，负极片包括铜箔和涂覆于铜箔上的负极活性物，负极活性物由水、石墨、羧甲基纤维素钠、超导炭黑、丁苯橡胶均匀混合后制成，按照现有技术组装成电芯；再注入电解液，制成。
试验例1
对实施例1～3和比较例1制备的锂离子电池安全性能进行检测，检测方法如下表1所示，安全性能测试结果如下表2所示。
表1安全性能检测方法
Figure BDA0003815887840000061
表2安全性能测试结果
Figure BDA0003815887840000062
注：上表中过充、针刺、热箱的测试结果中，″1/3″表示测试了3支电池，1支通过了测试，其他类推。
从上表2可以看出，采用本发明制备的正极片作为正极片制成的锂离子电池具有优越的安全性能。
本发明通过铝箔绝缘涂层降低铝箔反射率，降低激光模切能量，降低能耗；激光切割在绝缘涂层上，也可减小熔珠的产生，提高电池安全性能。
铝箔绝缘涂层高于负极极片，负极边缘落在绝缘涂层中，这样设计的好处是，负极模切即使产生熔珠刺穿隔离膜，熔珠与绝缘涂层搭接也不会造成电池短路。
本发明绝缘涂层可显著地降低铝箔反射率，降低激光输出功率，节省能耗，同时也可降低熔珠产生的风险，增强电池安全性能。
上述实施例仅是本发明的较优实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修饰、修改及替代变化，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种正极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将正极活性物质、导电剂、粘结剂与溶剂混合搅拌均匀，达到黏度5000～8000mPa·s、固含量70～80％，制成正极浆料；
(2)将所述正极浆料涂覆在铝箔的表面，干燥，形成正极涂层，得到电极膜片；
(3)将绝缘材料、粘结剂与溶剂混合搅拌均匀，制成绝缘浆料；
(4)将所述绝缘浆料涂覆在铝箔与电极膜片的交界边沿，干燥，形成绝缘涂层，得到涂布膜片；
(5)将所述涂布膜片烘干、辊压，模切，形成模切膜片；
(6)将所述模切膜片分条，制成正极片。
2.根据权利要求1所述的一种正极片的制备方法，其特征在于，步骤(1)，所述正极活性物质、导电剂和粘结剂之间的质量比为94～96∶1～3∶1～3。
3.根据权利要求1所述的一种正极片的制备方法，其特征在于，步骤(3)，所述绝缘材料和粘结剂之间的质量比为8～12∶1。
4.根据权利要求3所述的一种正极片的制备方法，其特征在于，所述正极活性物质为磷酸铁锂，一次颗粒的粒径为100～200nm。
5.根据权利要求1所述的一种正极片的制备方法，其特征在于，所述导电剂选自乙炔黑、科琴黑或炭黑中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种正极片的制备方法，其特征在于，所述绝缘材料选自二氧化硅、碳化硅、钛酸钡、氧化钛、氧化钒、氧化铝或水合氧化铝中的一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求1所述的一种正极片的制备方法，其特征在于，所述粘结剂选自聚偏二氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸钠、丁苯橡胶、聚醚酰亚胺、羧甲基纤维素、丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚丙烯或聚乙烯中的一种或两种以上的组合。
8.根据权利要求1所述的一种正极片的制备方法，其特征在于，所述铝箔的厚度为16～20μm，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
9.如权利要求1～8中任一项所述制备方法制备得到的正极片，其特征在于，所述绝缘涂层的单面厚度为10～100μm，宽度为0.1～10mm。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极片、负极片、隔膜和电解液，所述正极片采用权利要求9中的正极片。
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