CN116525748A - 极片及其制作方法和电池 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种极片及其制作方法和电池，涉及电池技术领域。极片的制作方法包括获取至少两片活性物质膜片；将至少两片活性物质膜片重叠，且相邻的两片活性物质膜片之间施加导电胶水，相邻的两片活性物质膜片的纤维化方向相互垂直或呈夹角；对重叠的至少两片活性物质膜片进行辊压，以得到电极膜；将电极膜与集流体复合，以得到极片。本申请提供的制作方法能够增加电极膜的强度，使其不容易开裂。通过使相邻的两个活性物质膜片的纤维化方向呈夹角，能够构建电极膜的纤维化网络，有效增大了极片的机械强度，改善了单次辊压横向强度低、极片容易开裂的问题。本申请的电池包括上述极片。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域，具体而言，涉及极片及其制作方法和电池。
背景技术
极片上活性物质材料的纤维化程度是干法电极技术的关键因素，以PTFE(聚四氟乙烯)为例，目前为增大PTFE纤维化程度的手段有多种，包括但不限于高速搅拌、分步加料、气流磨、烘烤、自支撑等。但目前这些方式取得的效果并不理想，一些方式结合使用甚至会相互引起副作用。如烘烤会使辊压成膜过程更易纤维化，但也会破坏一些本已纤维化或有纤维化趋势的PTFE的结构。又如一次辊压纵向的纤维化程度较好而横向的较差。因此目前工艺的纤维化效果不佳，极片强度不佳，容易出现开裂等问题。
鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本申请的目的在于提供一种极片及其制作方法和电池，该制作方法能够提高极片的强度，缓解容易开裂的问题。
本申请是这样实现的：
第一方面，本申请提供一种极片的制作方法，包括：
获取至少两片活性物质膜片；
将至少两片活性物质膜片重叠，且相邻的两片活性物质膜片之间施加导电胶水，相邻的两片活性物质膜片的纤维化方向呈夹角；
对重叠的至少两片活性物质膜片进行辊压，以得到电极膜；
将电极膜与集流体复合，以得到极片。
在可选的实施方式中，相邻的两片活性物质膜片的纤维化方向相互垂直。
在可选的实施方式中，获取至少两片活性物质膜片的步骤包括：
活性材料、导电剂、聚四氟乙烯以及添加剂混合并搅拌，以得到混合粉体；
将混合粉体通过辊压机开炼成型，以得到活性物质膜片。
在可选的实施方式中，辊压机的辊面温度为40～240℃。
在可选的实施方式中，在对重叠的至少两片活性物质膜片进行辊压之前，导电胶水的厚度为1～20μm。
在可选的实施方式中，对重叠的至少两片活性物质膜片进行辊压的步骤中，辊面温度为100～130℃，过辊速度为1～1.5m/min。
在可选的实施方式中，在将电极膜与集流体复合的步骤之前，极片的制作方法还包括：
对辊压得到的电极膜进行减薄处理。
在可选的实施方式中，减薄处理通过热压方式实现。
在可选的实施方式中，在减薄处理之前，电极膜的厚度为150～165μm；用于负极极片的电极膜在减薄处理之后的厚度为65～75μm，用于正极极片的电极膜在减薄处理之后的厚度为50～60μm。
在可选的实施方式中，将电极膜与集流体复合的步骤中，使用平板热压机进行复合，平板热压机表面温度为185℃，压力为2～6.7Mpa。
第二方面，本申请提供一种极片，通过前述实施方式中任一项的极片的制作方法制得。
第三方面，本申请提供一种电池，包括前述实施方式的极片。
本申请具有以下有益效果：
本申请的极片的制作方法包括获取至少两片活性物质膜片；将至少两片活性物质膜片重叠，且相邻的两片活性物质膜片之间施加导电胶水，相邻的两片活性物质膜片的纤维化方向相互垂直或呈夹角；对重叠的至少两片活性物质膜片进行辊压，以得到电极膜；将电极膜与集流体复合，以得到极片。本申请提供的制作方法通过在相邻两片活性物质膜片之间施加导电胶水，使得活性物质膜片之间的可复合性得到提高，从而增加了电极膜的强度，使其不容易开裂。同时，导电胶水也降低了膜面电阻，使得极片具有较佳的导电性。通过使相邻的两个活性物质膜片的纤维化方向呈夹角，能够构建电极膜的纤维化网络，有效增大了极片的机械强度，改善了单次辊压横向强度低、极片容易开裂的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请一种实施例中极片的制作方法的流程图；
图2为本申请实施例中两片活性物质膜片与中间的导电胶水的重叠示意图。
主要元件符号说明：100-活性物质膜片；200-导电胶水。
具体实施方式
现有的干法电极制作工艺中存在使用一次辊压来实现纤维化，一次辊压纵向的纤维化程度较好但横向的纤维化较差。通过多次折叠辊压的方法虽然一定程度的解决了这个问题但也造成极片致密度太高，难以减薄；同时该方法效率低、操作繁琐、质量难以把控。针对目前干法电极因各向纤维化程度不够造成的横向或纵向的强度差、多次折叠辊压后难以减薄的问题，本申请提供了一种使极片在纵、横方向上均有一定强度、易于操作和量产、能够降低抹面电阻、同时可以减薄到合适的厚度的干法极片制作方法。此外，本申请还提供一种由该制作方法制得的极片以及包括该极片的电池。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
图1为本申请一种实施例中极片的制作方法的流程图。如图1所示，本申请实施例提供的极片的制作方法包括：
步骤S100，获取至少两片活性物质膜片。
在本申请实施例中，活性物质膜片用于后续制作电极膜。具体的，步骤S100可包括以下步骤：
步骤S110，活性材料、导电剂、聚四氟乙烯以及添加剂混合并搅拌，以得到混合粉体。
步骤S120，将混合粉体通过辊压机开炼成型，以得到活性物质膜片。
可选的，本申请实施例提供的极片的制作方法即可以用于制作正极片，也可以用于制作负极片。当制作正极片时，活性材料应选用正极活性材料(比如NCM、LFP、LCO、LMO等)；相应的，当制作负极片时，活性材料应选用负极活性材料。
可选的，导电剂包括但不限于SP、CSX、CNT等。
可选的，步骤S110中，活性材料、导电剂、聚四氟乙烯(PTFE)以及添加剂可以在搅拌罐中，通过高速搅拌造粒得到混合粉体。具体步骤可包括：将活性材料、导电剂投入搅拌罐中，以3200r/min的搅拌速率搅拌10～15min；再加入PTFE和添加剂粉体以4000r/min的搅拌速率搅拌5min得到混合粉体。
可选的，步骤S120中，混合粉体开炼成型的过程中辊压机的辊面温度为40～240℃，比如，选用辊面温度为40℃、60℃、80℃、100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、220℃以及240℃中的任一值或者任意两点之间的值。辊压机可采用立式辊压机。
可选的，制作得到的活性物质膜片厚度为80～125μm。
步骤S200，将至少两片活性物质膜片重叠，且相邻的两片活性物质膜片之间施加导电胶水，相邻的两片活性物质膜片的纤维化方向呈夹角。
图2为本申请实施例中两片活性物质膜片100与中间的导电胶水200的重叠示意图。如图2所示，活性物质膜片100上的条纹延伸方向即为纤维化方向。可选的，既可以将两片活性物质膜片100重叠，也可以根据需要将三片以上的活性物质膜片100重叠。
可选的，相邻的两片活性物质膜片100的纤维化方向相互垂直，以使得制作得到的极片在各个方向上的纤维化程度更加均匀，减小各向异性。
在将活性物质膜片100重叠放置之后，可以通过裁剪使得各个活性物质膜片100的尺寸一致。比如，在一个可选的实施例中，可将活性物质膜片100裁剪为长80cm，宽40cm。
可选的，在对重叠的至少两片活性物质膜片100进行辊压之前，相邻两个活性物质膜片100之间的导电胶水200的厚度为1～20μm；可选的，导电胶水200的厚度为5～15μm；进一步的，导电胶水200的厚度为8～10μm。导电胶水200既能够保证活性物质膜片100之间的结合强度，同时也能够保证后续得到的电极膜具有较佳的导电性。导电胶水200过多可能导致电极膜中活性材料的占比降低，影响性能；导电胶水200过少可能导致电极膜的导电性、强度等参数降低。
导电胶水200包括但不限于环氧树脂导电胶水、丙烯酸树脂导电胶水、聚酰亚胺树脂导电胶水、酚醛树脂导电胶水等。
步骤S300，对重叠的至少两片活性物质膜片进行辊压，以得到电极膜。
可选的，对重叠的活性物质膜片100进行辊压的过程中，辊压压力为9t，辊面温度为40～240℃；进一步的，辊面温度可选为100～130℃。过辊速度可选为1～1.5m/min，比如选用1m/min、1.1m/min、1.2m/min、1.3m/min、1.4m/min或者1.5m/min的过辊速度。通过辊压可以使各个活性物质膜片100复合在一起，同时达到烘干导电胶水200的目的。此次辊压之后的复合膜片厚度可选为150～165μm。
可选的，步骤S300还包括对辊压得到的电极膜进行减薄处理。具体的，仍可以采用热压方式对上述得到的复合膜片进行减薄。减薄之前的复合膜片厚度为150～165μm，减薄后得到电极膜可根据需要选择厚度，比如用于负极极片的电极膜在减薄处理之后的厚度为65～75μm，用于正极极片的电极膜在减薄处理之后的厚度为50～60μm。应理解，减薄处理的最终厚度也可根据需要选择上述范围外的其他值，比如，应用于负极片的电极膜最低可减薄到46μm。在可选的一些实施例中，也可以不进行减薄处理，将辊压复合之后的复合膜片作为电极膜。
减薄处理方式可以通过将复合膜片过辊来实现，可选的一个实施例中，辊压压力为11.5t，辊面温度为65℃(制作正极的电极膜)或115℃(制作负极的电极膜)。
步骤S400，将电极膜与集流体复合，以得到极片。
在可选的实施例中，使用平板热压机进行复合；可选的，平板热压机表面温度为185℃，压力为2～6.7Mpa，热压时长不低于2.5s。集流体可选用热熔型凹版箔材(比如铜箔)。
本申请实施例提供的电池包括由本申请提供的制作方法制得的极片。
本申请实施例提供的制作方法所制得的极片中，电极膜具有纤维化网络结构，因此在横向、纵向(分别与两个纤维化方向一致)上具有较佳的抗拉强度。以下结合不同实施例、对比例以及试验对本申请实施例的有益效果进行介绍。
实施例1
本实施例的制作方法用于制作正极片，包括：
1)将正极活性材料NCM、导电剂投入搅拌罐中，以3200r/min搅拌10～15min，再加入PTFE和添加剂粉体以4000r/min均匀混合5min得到混合粉体。
2)将混合粉体通过辊压机辊压成型，得到两片活性物质膜片，将两片活性物质膜片纤维化方向垂直放置，通过裁剪使其尺寸一致，长80cm，宽40cm，每个活性物质膜片的厚度为110～125μm。两个活性物质膜片的纤维化方向分别与长度、宽度方向一致。
3)在两个活性物质膜片间涂覆10μm厚度的环氧树脂导电胶水并贴合，通过表面115℃的热辊以1.4m/min的速度过辊进行复合，复合后的厚度为150～165μm。
4)将复合膜片再次通过热压减薄，得到厚度为50～60μm的正极电极膜。
5)将电极膜与集流体通过平板热压复合，平板温度185℃，压力3.5Mpa，热压时长3s。
实施例2
本实施例的制作方法用于制作负极片，包括：
1)将负极活性材料(石墨)、导电剂投入搅拌罐中，以3200r/min搅拌10～15min，再加入PTFE和添加剂粉体以4000r/min均匀混合5min得到混合粉体。
2)将混合粉体通过辊压机辊压成型，得到两片活性物质膜片，将两片活性物质膜片纤维化方向垂直放置，通过裁剪使其尺寸一致，长80cm，宽40cm，每个活性物质膜片的厚度为80～100μm。两个活性物质膜片的纤维化方向分别与长度、宽度方向一致。
3)在两个活性物质膜片间涂覆10μm厚度的环氧树脂导电胶水并贴合，通过表面115℃的热辊以1.4m/min的速度过辊进行复合，复合后的厚度为140～160μm。
4)将复合膜片再次通过热压减薄，得到厚度为65～75μm的负极电极膜。
5)将电极膜与集流体通过平板热压复合，平板温度185℃，压力3.5Mpa，热压时长3s。
对比例1
该对比例制作正极片。包括：
1)将正极活性材料NCM、导电剂投入搅拌罐中，以3200r/min搅拌10～15min，再加入PTFE和添加剂粉体以4000r/min均匀混合5min得到混合粉体。
2)将混合粉体通过辊压机辊压成型，得到活性物质膜片，尺寸为长80cm，宽40cm，厚度为110～125μm。纤维化方向与长度方向一致。
3)通过热压减薄，得到厚度为50～60μm的正极电极膜。
4)将电极膜与集流体通过平板热压复合，平板温度185℃，压力3.5Mpa，热压时长3s。
对比例2
该对比例制作负极片。包括：
1)将负极活性材料(石墨)、导电剂投入搅拌罐中，以3200r/min搅拌10～15min，再加入PTFE和添加剂粉体以4000r/min均匀混合5min得到混合粉体。
2)将混合粉体通过辊压机辊压成型，得到活性物质膜片，尺寸为长80cm，宽40cm，厚度为80～100μm。纤维化方向与长度方向一致。
3)通过热压减薄，得到厚度为65～75μm的负极电极膜。
4)将电极膜与集流体通过平板热压复合，平板温度185℃，压力3.5Mpa，热压时长3s。
以上述实施例1、2以对比例1、2中的方式制作电极膜，并对电极膜进行抗拉性能测试。每个实施例、对比例的电极膜均测试长度方向和宽度方向的抗拉强度各8次，测试结果如下表所示。
从上表可知，实施例1的正极电极膜在长度方向上的平均抗拉强度(18.24N/m2)略优于对比例1的正极电极膜在长度方向上的平均抗拉强度(17.06N/m2)；实施例1的正极电极膜在宽度方向上的平均抗拉强度(10.94N/m2)显著优于对比例1的正极电极膜在宽度方向上的平均抗拉强度(4.67N/m2)。实施例2的负极电极膜在长度方向上的平均抗拉强度(16.6N/m2)略优于对比例2的负极电极膜在长度方向上的平均抗拉强度(14.81N/m2)；实施例2的负极电极膜在宽度方向上的平均抗拉强度(11.71N/m2)显著优于对比例2的负极电极膜在宽度方向上的平均抗拉强度(6.36N/m2)。本申请实施例1、2中均采用了两片活性物质膜片以纤维化方向垂直的方向堆叠复合，形成了纤维化网络结构，相较于未使用两片(及以上)的活性物质膜片堆叠的对比例1、2，抗拉强度明显得到了优化。
综上所述，本申请的极片的制作方法包括获取至少两片活性物质膜片；将至少两片活性物质膜片重叠，且相邻的两片活性物质膜片之间施加导电胶水，相邻的两片活性物质膜片的纤维化方向相互垂直或呈夹角；对重叠的至少两片活性物质膜片进行辊压，以得到电极膜；将电极膜与集流体复合，以得到极片。本申请提供的制作方法通过在相邻两片活性物质膜片之间施加导电胶水，使得活性物质膜片之间的可复合性得到提高，从而增加了电极膜的强度，使其不容易开裂。同时，导电胶水也降低了膜面电阻，使得极片具有较佳的导电性。通过使相邻的两个活性物质膜片的纤维化方向呈夹角，能够构建电极膜的纤维化网络，有效增大了极片的机械强度，改善了单次辊压横向强度低、极片容易开裂的问题。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种极片的制作方法，其特征在于，包括：
获取至少两片活性物质膜片；
将至少两片所述活性物质膜片重叠，且相邻的两片所述活性物质膜片之间施加导电胶水，相邻的两片所述活性物质膜片的纤维化方向呈夹角；
对重叠的至少两片所述活性物质膜片进行辊压，以得到电极膜；
将所述电极膜与集流体复合，以得到所述极片。
2.根据权利要求1所述的极片的制作方法，其特征在于，获取至少两片活性物质膜片的步骤包括：
活性材料、导电剂、聚四氟乙烯以及添加剂混合并搅拌，以得到混合粉体；
将所述混合粉体通过辊压机开炼成型，以得到所述活性物质膜片。
3.根据权利要求2所述的极片的制作方法，其特征在于，所述辊压机的辊面温度为40～240℃。
4.根据权利要求1所述的极片的制作方法，其特征在于，在对重叠的至少两片所述活性物质膜片进行辊压之前，所述导电胶水的厚度为1～20μm。
5.根据权利要求1所述的极片的制作方法，其特征在于，对重叠的至少两片所述活性物质膜片进行辊压的步骤中，辊面温度为100～130℃，过辊速度为1～1.5m/min。
6.根据权利要求1所述的极片的制作方法，其特征在于，在将所述电极膜与集流体复合的步骤之前，所述极片的制作方法还包括：
对辊压得到的所述电极膜进行减薄处理。
7.根据权利要求6所述的极片的制作方法，其特征在于，所述减薄处理通过热压方式实现。
8.根据权利要求6所述的极片的制作方法，其特征在于，在所述减薄处理之前，所述电极膜的厚度为150～165μm；用于负极极片的所述电极膜在所述减薄处理之后的厚度为65～75μm，用于正极极片的所述电极膜在所述减薄处理之后的厚度为50～60μm。
9.根据权利要求1所述的极片的制作方法，其特征在于，将所述电极膜与集流体复合的步骤中，使用平板热压机进行复合，所述平板热压机表面温度为185℃，压力为2～6.7Mpa。
10.根据权利要求1所述的极片的制作方法，其特征在于，相邻的两片所述活性物质膜片的纤维化方向相互垂直。
11.一种极片，其特征在于，通过权利要求1-10中任一项所述的极片的制作方法制得。
12.一种电池，其特征在于，包括权利要求11所述的极片。
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