CN116666567A - 极片、锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

极片、锂离子电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种极片、锂离子电池及其制备方法。极片制备方法包括步骤：提供基材，基材上定义有浆料涂布区和位于浆料涂布区外围的留白区；于浆料涂布区涂布形成浆料层，以及采用凹版辊于留白区涂布形成结构型胶层；沿留白区对涂布有浆料层和结构型胶层的基材进行裁切并进行形状加工，以形成多个预设形状的极片，其中，极片包括极片主体部、极耳及保护结构，极耳与极片主体部的一端相连接，保护结构与极耳背离极片主体部的一端相连接，极片主体部和极耳表面涂布有浆料层，保护结构表面涂布有结构型胶层。本发明在不影响基材本身的情况下，可以增加极耳强度，避免极耳翻折及开裂等问题，可进一步改善极耳的焊接性能，降低生产成本。

Description

极片、锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池制造技术领域，具体涉及一种极片、锂离子电池及其制备方法。
背景技术
在常规的卷绕式电极极组或叠片式电极极组制备过程中都必须经过极耳成型工序，即需要将极片进行切割形成正负极极耳，之后与正负极极柱相连接。随着锂电池基材日益薄型化，6.5μm，4.5μm等型号的铜箔在极耳成型后强度低，容易产生上翘、下塌、折角等不良，在极片过辊、运输过程(具体包括极耳成型制备过程中的过辊和收卷成卷、成卷物料运输、卷绕式电极极组的卷绕制备过程)中容易碰撞设备部件，导致极耳发生破损或形成折角甚至断裂，影响了产品的优率，且需要增加人力处理折角极耳，造成人力资源浪费和生产效率降低。
为避免上述问题，现有技术中采用在极耳成型前在极耳上冲压加强筋(从一个表面凹入并从对应的另一个表面凸出且沿一方向延伸)以提高极耳的强度，从而使极耳不易在极片过辊、运输过程中碰撞设备部件，由此可以避免极耳发生破损或形成折角甚至断裂等问题。但采用冲压的方式形成加强筋虽然可以一定程度增加极耳强度，但同时容易导致极耳本身开裂，以及后续极耳焊接时焊接效果不佳等问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种极片、锂离子电池及其制备方法，用于解决现有技术中的铜箔在极耳成型后强度低，容易产生上翘、下塌、折角等不良，在极片过辊、运输过程(具体包括极耳成型制备过程中的过辊和收卷成卷、成卷物料运输、卷绕式电极极组的卷绕制备过程)中容易碰撞设备部件，导致极耳发生破损或形成折角甚至断裂，而采用在极耳成型前在极耳上冲压加强筋以提高极耳的强度的方法虽然可以一定程度增加极耳强度，但同时容易导致极耳本身开裂，以及后续极耳焊接时焊接效果不佳等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种极片制备方法，所述极片制备方法包括步骤：
提供基材，所述基材上定义有浆料涂布区和位于浆料涂布区外围的留白区；
于所述浆料涂布区涂布形成浆料层，以及采用凹版辊于所述留白区涂布形成结构型胶层；
沿所述留白区对涂布有浆料层和结构型胶层的基材进行裁切并进行形状加工，以形成多个预设形状的极片，其中，所述极片包括极片主体部、极耳及保护结构，所述极耳与极片主体部的一端相连接，所述保护结构与极耳背离极片主体部的一端相连接，所述极片主体部和极耳表面涂布有所述浆料层，所述保护结构表面涂布有所述结构型胶层。
可选地，涂布浆料层和涂布结构型胶层的工艺为同步进行。
可选地，在形成浆料层和结构型胶层后还包括采用烘箱烘干的步骤。
可选地，所述结构型胶层的形状包括间隔条状、网状和具有平坦表面的多边形状的若干种。
可选地，所述结构型胶层的厚度为1μm-30μm。
可选地，所述浆料涂布区为两个以上，两个以上浆料涂布区均匀间隔分布。
可选地，所述结构型胶层的材质包括PTFE、PVC、PC、PMMA和PU中的若干种。
本发明还提供一种极片，所述极片包括极片主体部、极耳及保护结构，所述极耳与极片主体部的一端相连接，所述保护结构与极耳背离极片主体部的一端相连接，所述极片主体部和极耳表面涂布有浆料层，所述保护结构表面涂布有结构型胶层。
本发明还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括如上述任一方案中所述的极片。
本发明还提供一种锂离子电池的制备方法，所述锂离子电池的制备方法包括采用如上述任一方案中所述的极片制备方法制备极片。
如上所述，本发明的极片、锂离子电池及其制备方法，具有以下有益效果：本发明采用在基材的留白区涂覆结构胶的方法，在不影响基材本身的情况下，可以增加极耳强度，防止极耳在成型、搬运、卷绕等过程中的翻折乃至折断，避免极耳开裂等问题，进一步改善极耳的焊接性能，且结构型胶层和浆料层可以同步涂覆，可利用同一烘箱达到烘干结构胶的效果；涂胶形状由凹版辊控制，形状选择多，凹版辊换型费用相对较低，可以降低生产成本。
附图说明
图1显示为本发明提供的极片制备方法的示意图。
图2显示为本发明在留白区涂布结构型胶层的示意图。
图3显示为依本发明提供的极片制备方法形成间隔条状结构的结构型胶的示意图。
图4显示为图3在完成极耳成型后的效果示意图。
元件标号说明
10 基材
11 浆料涂布区
12 留白区
13 凹版辊
131 封闭式刮刀
132 进料口
133 出料口
14 过辊
15 涂布背辊
16 涂布模头
21 极片主体部
22 极耳
23 保护结构
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。为使图示尽量简洁，各附图中并未对所有的结构全部标示。
请参阅图1至图4。
如图1及图2所示，本发明提供一种极片制备方法，所述极片制备方法包括步骤：
提供基材10，所述基材10上定义有浆料涂布区11和位于浆料涂布区11外围的留白区12；所述基材10又可以称为基片，集流体箔片或者基底，通常为金属箔片，其材质可以根据需要而定，例如可以为铝、金、铂、钯、铱、钌、镍、铜中的一种或至少两种的合金材料、或表面形成有金属镀层或合金镀层的金属箔衬底材料，如果是用于制作正极极片，则通常可以选择铝片，且在涂布前通常需要先对基材10进行预处理，例如进行超声清洗和抛光处理，以提高所述基材10的表面平整度；在一些示例中，还可以于所述基材10表面进行涂碳处理，这可以起到提高后续涂布的浆料和基材10的粘接附着力，降低极片制造成本，还可以减小极化，提高倍率和克容量，提升电池性能等作用；所述浆料涂布区11可以为单个或两个以上，当为两个以上时，多个浆料涂布区11通常为均匀间隔分布；浆料涂布区11是制备极片主体部21的区域，即为极片的功能区，而留白区12通常是用于裁切的区域，两者的具体尺寸可以根据需要设置；较佳地，位于最边缘的留白区12的宽度(本实施例中的宽度指垂直于图1中所示的涂布走带方向的延伸长度)通常为20-30mm，而相邻两个浆料涂布区11之间的留白区12需为该尺寸的两倍以上，以确保后续切割过程中不损伤浆料涂布区11，使得加工成型后的各极片边缘均留有一定尺寸的保护结构区；
接下来于所述浆料涂布区11涂布形成浆料层，以及采用凹版辊13于所述留白区12涂布形成结构型胶层，所述结构型胶层的材质需确保注液后其不与电解液产生反应，不影响电池电性能，故其通常为绝缘材料，且较佳地为高分子材料，这可以更好地涂布成型，同时可以和基材10更好地贴合；涂布浆料层和结构型胶层的两个工艺可以先后进行，但从提高工艺效率的角度和成本等方面考虑，较佳地，这两个过程为同步进行，比如因为两个涂布过程为同步进行，因而后续的烘干也可以在同一烘箱中同步进行，可以大大缩短工艺时间，降低生产成本。理论上两个涂布过程可以采用同一涂布模头16进行辊涂，但本实施例中，采用不同的装置涂布浆料层和结构型胶层；浆料层的具体成分和配比根据不同的工艺而定，但通常包括均匀分散的活性物质、导电剂、分散剂、粘结剂和有机溶剂等，活性物质例如为磷酸铁锂，分散剂例如为碳纳米管，粘结剂例如为聚偏氟乙烯(PVDF)，有机溶剂例如为N-甲基吡咯烷酮(NMP)；具体地，该涂布过程可以参考图1所示，基材10通过若干过辊14和涂布背辊15，按预设方向，例如按图1中箭头所示的涂布走带方向进行传动，涂布模头16在浆料涂布区11进行涂布，而凹版辊13则在留白区12进行涂布，两个涂布工艺互不干扰；涂布结构型胶层的过程可以进一步参考图2所示，所述凹版辊13与一封闭式刮刀131相连接，该封闭式刮刀131上设置有进料口132和出料口133，基材10在过辊14等机构的传动下经过该凹版辊13，由此在留白区12形成所述结构型胶层；使用凹版辊13进行涂布，可以更精确地形成所需图形，避免胶层材料污染浆料涂布区11；在完成涂布后，通常还需要进行烘干，例如使用烘箱对浆料层和结构型胶层进行烘干固化，去除其中的有机溶剂等成分，烘干的温度和时间可以根据需要设定，例如为70-120℃，烘干时间为30min-1h；需要特别说明的是，该步骤的涂布过程可以在基材10的单个表面进行，也可以在基材10的两个相对的表面进行，从提高电池性能的角度考虑，优选在基材10的两个表面都进行前述涂布操作，即基材10的两个表面都涂布有浆料层和结构型胶层；
在涂布的材料层均固化后，得到类似图3所示的结构，之后沿所述留白区12对涂布有浆料层和结构型胶层的基材10进行裁切并进行形状加工，以形成多个预设形状的极片，其中，所述极片包括极片主体部21部、极耳22及保护结构23，所述极耳22与极片主体部21部的一端相连接，所述保护结构23与极耳22背离极片主体部21部的一端相连接，所述极片主体部21部和极耳22表面涂布有所述浆料层，所述保护结构23表面涂布有所述结构型胶层，具体可以大致参考图4(图4中还未进行最终切割，例如沿图4虚线所示的方向进行切割)。
本发明采用在基材的留白区涂覆结构胶的方法，在不影响基材本身的情况下，可以增加极耳强度，防止极耳在成型、搬运、卷绕等过程中的翻折乃至折断，避免极耳开裂等问题，进一步改善极耳的焊接性能，且结构型胶层和浆料层可以同步涂覆，可利用同一烘箱，达到烘干结构胶的效果；涂胶形状由凹版辊控制，形状选择多，凹版辊换型费用相对较低，可以降低生产成本。
所述结构型胶层的形状根据凹版辊13的形貌不同而不同，例如在一示例中，参考图3所示，所述结构型胶层的形状为间隔条状，在其他示例中，还可以为网状，或具有平坦表面的多边形状(即结构型胶层全面覆盖该留白区12，因而其形状取决于留白区的形貌)，或为其他形状，或同时包括多种形状，例如不同留白区12的结构型胶层的形状不一样，对此不做严格限制。
在较佳的示例中，所述结构型胶层的厚度为1μm-30μm，属于微米级别，因而该凹版辊13可以定义为微凹版辊。
在较佳的示例中，所述结构型胶层的材质优选但不仅限于PTFE(聚四氟乙烯)材质，其具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂，此外还具有耐高温、摩擦系数极低等优点，这将有助于提高保护结构的稳定性。当然，在其他示例中，所述结构型胶层的材质还可以是PVC(聚氯乙烯)、PC(聚碳酸酯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)和PU(聚氨酯)中的一种，或前述多种材料的组合，对此不做严格限制。
本发明提供的极片制备方法可以用于制备正极片或负极片，尤其适用于制备正极片。
本发明还提供一种极片，所述极片可以基于前述任一极片制备方法制备而成，故前述内容可以全文引用至此。所述极片的结构可大体参考图4所示(图4中还未进行最终切割，例如沿图4虚线所示的方向进行切割)，其包括极片主体部、极耳及保护结构，所述极耳与极片主体部的一端相连接，所述保护结构与极耳背离极片主体部的一端相连接，所述极片主体部和极耳表面涂布有浆料层，所述保护结构表面涂布有结构型胶层，所述结构型胶层例如为PTFE材料层，其厚度较佳地厚度为1μm-30μm，所述浆料层和结构型胶层可以位于基材的单个表面或位于基材相对的两个表面，所述极片可以为正极片或负极片。对所述极片的更多介绍还请参考前述内容，出于简洁的目的不赘述。由于采用前述方法制备而成，使得本发明提供的极片具有极耳强度高且不易翻折、制备成本相对较低等优点，将本发明提供的极片应用于锂离子电池，有助于提高电池性能。
本发明还提供一种锂离子电池的制备方法，所述锂离子电池的制备方法包括采用如上述任一方案中所述的极片制备方法制备极片，故前述内容可以全文引用至此，出于简洁的目前不赘述。在完成极片的制备之后，通常还要进行入壳、焊接、注液等工序。由于采用前述方法制备极片，使得本发明提供的锂离子电池制备方法可以改善极耳的焊接，避免极耳损伤，有助于改善电池性能。
本发明还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括如上述任一方案中所述的极片，故前述内容可以全文引用至此，出于简洁的目前不赘述。由于采用本发明提供的极片，使得本发明提供的锂离子电池能因极耳强度提升和焊接效果改善，电池性能可以得到进一步提升。
综上所述，本发明提供一种极片、锂离子电池及其制备方法。极片制备方法包括步骤：提供基材，所述基材上定义有浆料涂布区和位于浆料涂布区外围的留白区；于所述浆料涂布区涂布形成浆料层，以及采用凹版辊于所述留白区涂布形成结构型胶层；沿所述留白区对涂布有浆料层和结构型胶层的基材进行裁切并进行形状加工，以形成多个预设形状的极片，其中，所述极片包括极片主体部、极耳及保护结构，所述极耳与极片主体部的一端相连接，所述保护结构与极耳背离极片主体部的一端相连接，所述极片主体部和极耳表面涂布有所述浆料层，所述保护结构表面涂布有所述结构型胶层。本发明采用在基材的留白区涂覆结构胶的方法，在不影响基材本身的情况下，可以增加极耳强度，防止极耳在成型、搬运、卷绕等过程中的翻折乃至折断，避免极耳开裂等问题，进一步改善极耳的焊接，且结构型胶层和浆料层可以同步涂覆，可利用同一烘箱，达到烘干结构胶的效果；涂胶形状由凹版辊控制，形状选择多，凹版辊换型费用相对较低，可以降低生产成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种极片制备方法，其特征在于，所述极片制备方法包括步骤：
提供基材，所述基材上定义有浆料涂布区和位于浆料涂布区外围的留白区；
于所述浆料涂布区涂布形成浆料层，以及采用凹版辊于所述留白区涂布形成结构型胶层；沿所述留白区对涂布有浆料层和结构型胶层的基材进行裁切并进行形状加工，以形成多个预设形状的极片，其中，所述极片包括极片主体部、极耳及保护结构，所述极耳与极片主体部的一端相连接，所述保护结构与极耳背离极片主体部的一端相连接，所述极片主体部和极耳表面涂布有所述浆料层，所述保护结构表面涂布有所述结构型胶层。
2.根据权利要求1所述的极片制备方法，其特征在于，涂布浆料层和涂布结构型胶层的工艺为同步进行。
3.根据权利要求1所述的极片制备方法，其特征在于，在形成浆料层和结构型胶层后还包括采用烘箱烘干的步骤。
4.根据权利要求1所述的极片制备方法，其特征在于，所述结构型胶层的形状包括间隔条状、网状和具有平坦表面的多边形状的若干种。
5.根据权利要求1所述的极片制备方法，其特征在于，所述结构型胶层的厚度为1μm-30μm。
6.根据权利要求1所述的极片制备方法，其特征在于，所述浆料涂布区为两个以上，两个以上浆料涂布区均匀间隔分布。
7.根据权利要求1-6任一项所述的极片制备方法，其特征在于，所述结构型胶层的材质包括PTFE、PVC、PC、PMMA和PU中的若干种。
8.一种极片，其特征在于，所述极片包括极片主体部、极耳及保护结构，所述极耳与极片主体部的一端相连接，所述保护结构与极耳背离极片主体部的一端相连接，所述极片主体部和极耳表面涂布有浆料层，所述保护结构表面涂布有结构型胶层。
9.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括如权利要求8所述的极片。
10.一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述锂离子电池的制备方法包括采用如权利要求1-7任一项所述的极片制备方法制备极片。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117019548A (zh) * 2023-10-07 2023-11-10 海目星激光科技集团股份有限公司 极耳胶涂布装置和方法

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