CN117712292A - 一种复合集流体的涂布方法、涂布系统、极片及电芯 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复合集流体的涂布方法、涂布系统、极片及电芯，所述的涂布方法包括：(Ⅰ)将PET粉末、PVA粉末与PP粉末进行混合，并加入添加剂，得到改性PET浆料；(Ⅱ)对集流体进行造孔，得到多孔基底，所述多孔基底具有相对的第一表面与第二表面，将所述改性PET浆料涂覆在第一表面，形成改性隔膜，再对第二表面进行活性浆料的一次涂布，以形成活性材料层；(Ⅲ)将所述改性隔膜由第一表面揭除，得到单层极片，再对第一表面一侧进行活性浆料的二次涂布。本发明将多孔基底与改性隔膜复合，并对其涂布工艺进行改进，大大提升了电芯的浸润能力与动力学性能。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，涉及一种极片的涂布方法、制备系统、极片及电芯。
背景技术
随着锂离子电池在各行各业得到广泛的应用，用户对电芯的要求越来越高，快充和高比能已经被研发人员视为战略高地，而电解液的快速浸润和传输则是实现该目标的核心技术。当电芯型号越大，对于浸润要求越高，如280Ah储能电芯，绝大多数失效源于中心部位的贫液。
众多学者和研发人员通过电解液配方、材料粒径设计、高浸润隔膜等方式来改善电芯的浸润能力。如CN113193236A通过高温降低电解液的粘度，然后在配合梯度压力提高浸润速度，但梯度压力只在化成段变化，对化成前的浸润无改善作用。CN112331918A采用具有高浸润能力的电解液添加剂提高浸润能力，但是改善有限且可能引起副反应。CN115632111A在极片中植入高比表、高吸附的活性炭，通过活性炭的高吸附能力实现电解液迅速传输。CN115832204A通过冲孔设备与模具在极片上冲出规定大小和数量的通孔，形成打孔正极片。
然而，上述采用高温和延长时间的方式提高电解液的浸润能力的方案，无法从根本上解决中心部位贫液的问题，且耗时耗能，制约量产效率。虽然通过电解液添加剂有一定作用，但也会带来不可控的副反应，其余一些创新方法要么很难得到实际应用，要么技术壁垒太高。许多企业都在尝试打孔集流体的导入，但是由于孔的存在导致极片透液、粘辊，极片频繁断带，且还会污染传动辊，导致极片面密度波动大。并且，现有技术应用的造孔集流体，会使得集流体的强度较大幅度降低，在涂布制造工序中尤为明显。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种复合集流体的涂布方法、涂布系统、极片及电芯，采用脉冲激光对集流体造孔，再将其与改性隔膜复合，并对其涂布工艺进行改进，解决了电解液只能在层间传输，而无法透过集流体的问题，大大提升了电芯的浸润能力与动力学性能。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种复合集流体的涂布方法，所述的涂布方法包括：
(Ⅰ)将PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯，Polyethylene terephthalate)粉末、PVA(聚乙烯醇，Polyvinyl Alcohol)粉末与PP(聚丙烯，PolyPropylene)粉末进行混合，并加入添加剂，得到改性PET浆料；
(Ⅱ)对集流体进行造孔，得到多孔基底，所述多孔基底具有相对的第一表面与第二表面，将所述改性PET浆料涂覆在第一表面，形成改性隔膜，再对第二表面进行活性浆料的一次涂布，以形成活性材料层；
(Ⅲ)将所述改性隔膜由第一表面揭除，得到单层极片，再对第一表面一侧进行活性浆料的二次涂布。
本发明提供的涂布工艺对PET隔膜进行改性，提高了PET隔膜的耐热性能与机械性能，实现改性PET隔膜与集流体的复合与分离，并且能够防止在去膜时出现胶残留；通过对集流体进行造孔，解决了电解液只能在层间传输，而无法透过集流体的问题，大大提升了电芯的浸润能力和动力学性能；并将改性PET隔膜与多孔基底进行复合，解决了打孔集流体由于漏液、粘辊与断带，导致无法量产的问题，增强了多孔型集流体在涂布阶段的稳定度，提升了电芯生产效率及良品率。
作为本发明一个优选技术方案，步骤(Ⅰ)中，将所述改性PET浆料的质量记为100％，所述PET粉末的含量为50～70wt％，例如可以50wt％、52wt％、54wt％、55wt％、58wt％、60wt％、63wt％、65wt％、68wt％或70wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
所述PVA粉末的含量为20～40wt％，例如可以20wt％、22wt％、24wt％、25wt％、28wt％、30wt％、33wt％、35wt％、38wt％或40wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
所述PP粉末的含量为10～20wt％，例如可以10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％或20wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述混合包括搅拌混合。
作为本发明一个优选技术方案，步骤(Ⅰ)中，所述添加剂包括稳定剂与交联剂。
优选地，将所述改性PET浆料的质量记为100％，所述稳定剂的含量为2～10wt％，例如可以是2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％或10wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
所述交联剂的含量为2～10wt％，例如可以是2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％或10wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述添加剂包括硬脂酸钙、硬脂酸锌或蓖麻油酸锌中的任一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为：硬脂酸钙与硬脂酸锌的组合，硬脂酸锌与蓖麻油酸锌的组合，硬脂酸钙与蓖麻油酸锌的组合，硬脂酸钙、硬脂酸锌与蓖麻油酸锌的组合。
优选地，所述交联剂为氮吡啶。
优选地，所述改性PET浆料中还包括溶剂。
优选地，所述溶剂包括水。
本发明中将PET粉末、PVA粉末、PP粉末、稳定剂、交联剂按照比例高速混合均匀后，加入适量水，使PET与PVA发生溶胀，得到水性改性PET浆料。
作为本发明一个优选技术方案，步骤(Ⅱ)中，所述造孔采用脉冲激光打孔工艺。
优选地，所述造孔的脉冲宽度为10～10000ps，例如可以是10ps、50ps、80ps、100ps、500ps、800ps、1000ps、2000ps、3000ps、4000ps、5000ps、6000ps、7000ps、8000ps、9000ps、9500ps或10000ps，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述造孔的激光功率为250～1000W，例如可以是250W、300W、350W、400W、450W、500W、550W、600W、650W、700W、750W、800W、850W、900W、950W或1000W，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述多孔基底的孔径≤1mm。
优选地，所述的涂布方法还包括：结束所述造孔后，对所述多孔基底依次进行超声清洗与一次干燥。
优选地，所述超声清洗的时间为0.5～20min，例如可以是0.5min、1min、2min、4min、5min、10min、12min、15min、16min、18min或20min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述一次干燥的温度为70～120℃，例如可以是70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃或120℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一个优选技术方案，步骤(Ⅱ)中，所述涂覆的方式为：采用膜流延机将所述改性PET浆料分配在所述多孔基底的第一表面。
优选地，所述膜流延机的长径比为25～35:1，例如可以是25:1、26:1、27:1、28:1、29:1、30:1、31:1、32:1、33:1、34:1或35:1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
需要说明的是，本发明中膜流延机的模具幅宽依据集流体的宽度进行调整。
优选地，所述改性隔膜的厚度为5～100μm，例如可以是5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm或100μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明以多孔基底为涂覆载体，其孔径较小，当改性PET浆料在其第一表面分配成膜时，浆料无法透过多孔基底的微孔，改性隔膜能够保持平整。
作为本发明一个优选技术方案，步骤(Ⅲ)中，所述活性浆料包括正极活性浆料或负极活性浆料。
优选地，在结束所述一次涂布后，进行二次干燥。
优选地，所述二次干燥的温度为80～120℃，例如可以80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃或120℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明在所述一次涂布过程中，正极活性浆料或负极活性浆料填充至多孔基底的微孔内，待二次干燥后，使其内部具有孔隙，可利用毛细效应达到电解液的传输。需要说明的是，本发明中所述正极活性浆料与负极活性浆料均为本领域技术人员所熟知的用于制备极片所必须的材料。
优选地，所述揭除的方式包括：采用分离辊将所述改性隔膜与多孔基底进行分离。
优选地，在结束所述二次涂布后，进行三次干燥，得到极片。
优选地，所述三次干燥的温度为80～120℃，例如可以80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃或120℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的涂布方法还包括：对揭除后的改性隔膜进行四次干燥。
优选地，所述的涂布方法还包括：将所述极片与揭除的改性隔膜独立地进行收卷处理。
第二方面，本发明提供了一种涂布系统，所述的涂布系统用于第一方面所述的复合集流体的涂布方法中，所述的涂布系统包括依次连接的复合集流体制作单元、一次涂布单元、分离单元与二次涂布单元。
作为本发明一个优选技术方案，所述的复合集流体制作单元包括放卷装置、激光打孔装置、浆料分配装置、收放卷装置与第一传送机构，所述第一传送机构用于驱动集流体移动，依次经过所述放卷装置、激光打孔装置、浆料分配装置与收放卷装置。
优选地，所述激光打孔装置与浆料分配装置之间沿集流体移动方向还依次设置有超声水洗装置与第一干燥装置。
优选地，所述第一传送机构包括第一传送辊与第一牵引辊。
优选地，所述浆料分配装置包括混料罐、第一流延机与第二流延机，所述混料罐用于容纳改性PET浆料，所述混料罐通过输料管道连接所述第一流延机，所述第一流延机用于将改性PET浆料分配至集流体表面，所述第二流延机位于所述第一流延机远离所述第一干燥装置的一侧。
优选地，所述一次涂布单元包括沿集流体移动方向依次设置的第一涂布装置与第二干燥装置。所述第一涂布装置对接所述收放卷装置，所述第二干燥装置对接所述分离单元。
优选地，所述分离单元包括分离辊。
优选地，所述二次涂布单元包括第二涂布装置、第三干燥装置、第一收卷装置与第二传送机构，所述第二传送机构用于驱动所述单层极片移动，并依次经过所述第二涂布装置、第三干燥装置与第一收卷装置。
优选地，所述第二传送机构包括沿单层极片移动方向依次对接的第二传送辊、第二牵引辊与第三传送辊。
优选地，所述的涂布系统还包括收膜单元，所述收膜单元包括第四干燥装置、第二收卷装置与第三传送机构，所述第四干燥装置对接所述分离单元，所述第三传送机构用于驱动改性隔膜移动，并依次经过所述第四干燥装置与第二收卷装置。
优选地，所述第三传送机构包括沿改性隔膜移动方向依次设置的第四传送辊与第三牵引辊。
第三方面，本发明提供了一种极片，所述的极片采用第一方面所述的涂布方法进行涂布。
第四方面，本发明提供了一种电芯，包括正极极片与负极极片，所述电芯的正极极片和/或负极极片为第三方面所述的极片。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述系统是指设备系统、装置系统或生产装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供的一种复合集流体的涂布方法、涂布系统、极片及电芯，对PET隔膜进行改性，提高了PET隔膜的耐热性能与机械性能，实现改性PET隔膜与集流体的复合与分离，并且能够防止在去膜时出现胶残留；通过对集流体进行造孔，解决了电解液只能在层间传输，而无法透过集流体的问题，大大提升了电芯的浸润能力和动力学性能；并将改性PET隔膜与多孔基底进行复合，解决了打孔集流体由于漏液、粘辊与断带，导致无法量产的问题，增强了多孔型集流体在涂布阶段的稳定度，提升了电芯生产效率及良品率。
附图说明
图1为本发明提供的复合集流体的涂布系统的结构示意图；图2为本发明提供的复合集流体制作单元的结构示意图。
其中，1-集流体；2-激光打孔装置；3-超声水洗装置；4-第一干燥装置；5-混料罐；6-第一传送辊；7-第一流延机；8-第二流延机；9-第一牵引辊；10-收放卷装置；11-输料管道；12-第一涂布装置；13-第二干燥装置；14-分离辊；15-第二传送辊；16-第四传送辊；17-第二牵引辊；18-第三传送辊；19-第二涂布装置；20-第一收卷装置；21-第三牵引辊；22-第二收卷装置；23-第三干燥装置；24-第四干燥装置。
具体实施方式
需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
下述内容中所述常规正极集流体与常规负极集流体分别是指未打孔的正极极片或负极极片。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种复合集流体的涂布方法，具体包括如下步骤：
(1)将PET粉末、PVA粉末、PP粉末、稳定剂与交联剂进行混合，并加入适量水，得到改性PET浆料；
其中，将改性PET浆料的质量记为100％，PET粉末的含量为50～70wt％，PVA粉末的含量为20～40wt％，PP粉末的含量为10～20wt％，稳定剂的含量为2～10wt％，交联剂的含量为2～10wt％，添加剂包括硬脂酸钙、硬脂酸锌或蓖麻油酸锌中的任一种或至少两种的组合，交联剂为氮吡啶；
(2)采用脉冲激光打孔工艺对集流体1进行造孔，得到多孔基底，其中造孔的工艺参数包括：脉冲宽度为10～10000ps，激光功率为250～1000W，多孔基底的孔径≤1mm，且多孔基底具有相对的第一表面与第二表面，再依次进行超声清洗与一次干燥，其中，超声清洗的时间为0.5～20min，一次干燥的温度为70～120℃；
(3)利用膜流延机将改性PET浆料涂覆在第一表面，形成厚度为5～100μm的改性隔膜，膜流延机的长径比为25～35:1；
(4)再对第二表面进行正极活性浆料或负极活性浆料的一次涂布，以形成活性材料层，并在80～120℃条件下二次干燥；
(5)随后采用分离辊14将改性隔膜与多孔基底进行分离，得到单层极片；
(6)对单层极片的第二表面一侧进行二次涂布，并在80～120℃条件下进行三次干燥后收卷，对分离出的改性隔膜进行四次干燥后收卷。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了用于一个具体实施方式的涂布工艺中的涂布系统，如图1所示，所述的涂布系统包括依次连接的复合集流体制作单元、一次涂布单元、分离单元与二次涂布单元。
如图2所示，所述的复合集流体制作单元包括放卷装置、激光打孔装置2、浆料分配装置、收放卷装置10与第一传送机构，所述第一传送机构用于驱动集流体1移动，依次经过所述放卷装置、激光打孔装置2、浆料分配装置与收放卷装置10。所述激光打孔装置2与浆料分配装置之间沿集流体1移动方向还依次设置有超声水洗装置3与第一干燥装置4，得到复合集流体。具体的，所述第一传送机构包括第一传送辊6与第一牵引辊9，在第一牵引辊9的作用下对复合集流体进行收卷。
所述浆料分配装置包括混料罐5、第一流延机7与第二流延机8，所述混料罐5用于容纳改性PET浆料，所述混料罐5通过输料管道11连接所述第一流延机7，所述第一流延机7用于将改性PET浆料分配至集流体1表面，所述第二流延机8位于所述第一流延机7远离所述第一干燥装置4的一侧。
所述一次涂布单元包括沿集流体1移动方向依次设置的第一涂布装置12与第二干燥装置13。
如图1所示，所述二次涂布单元包括第二涂布装置19、第三干燥装置23、第一收卷装置20与第二传送机构。所述第二传送机构用于驱动所述单层极片移动，并依次经过所述第二涂布装置19、第三干燥装置23与第一收卷装置20。具体的，所述第二传送机构包括沿单层极片移动方向依次对接的第二传送辊15、第二牵引辊17与第三传送辊18。揭除改性隔膜的单层极片依次通过第二传送辊15、第二牵引辊17与第三传送辊18后进入第二涂布装置19内进行二次涂布。
在一些实施方式中，所述的涂布系统还包括收膜单元，所述收膜单元包括第四干燥装置24、第二收卷装置22与第三传送机构，所述第四干燥装置24对接所述分离单元，所述第三传送机构用于驱动改性隔膜移动，并依次经过所述第四干燥装置24与第二收卷装置22。具体的，所述第三传送机构包括沿改性隔膜移动方向依次设置的第四传送辊16与第三牵引辊21。分离后的改性隔膜依次经过第四传送辊16与第三牵引辊21后进入第四干燥装置24内。所述分离单元采用分离辊14。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种极片，所述的极片采用一个具体实施方式所述的涂布方法进行涂布。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种电芯，包括正极极片与负极极片，所述电芯的正极极片和/或负极极片为另一个具体实施方式所述的极片。
即，本发明提供了如下几种电芯：(1)电芯的正极极片为一个具体实施方式所述的极片，电芯的负极极片为常规负极集流体；(2)电芯的正极极片为常规正极集流体，负极极片为一个具体实施方式所述的极片；(3)电芯的正极极片与负极极片独立地为一个具体实施方式所述的极片。
实施例1
本实施例提供了一种电芯，其制备过程具体包括如下步骤：
S1将PET粉末、PVA粉末、PP粉末、蓖麻油酸锌与氮吡啶按照60:20:15:2:3的质量比混合，并高速搅拌混合均匀，再加入适量去离子水，使PET与PVA发生溶胀，得到改性PET浆料；
S2将幅宽为240mm的铜箔放卷后，以5m/min的速度进行脉冲激光打孔，脉冲激光功率500W，幅宽为50ps，得到多孔基底，多孔基底的孔径为30μm，相邻两个微孔之间的间隙为2mm，随后，对多孔基底依次进行超声清洗与一次干燥，再传送至涂膜区作为涂膜载体，超声清洗的时间为5min，一次干燥的温度为70℃；
S3通过输料管道11将制备好的改性PET浆料输送至膜流延机，并在多孔基底的第一表面分配改性PET浆料，形成厚度为50μm的改性隔膜，膜流延机的长径比为32:1，收卷形成复合集流体；
S4将复合集流体覆膜一侧朝下，通过涂布机在第二表面一侧涂敷石墨浆料，以形成活性材料层，并在80℃条件下二次干燥；
S5随后采用分离辊将改性隔膜与多孔基底进行分离，得到单层极片；
S6对去膜后的单层极片的第二表面一侧进行石墨浆料的二次涂布，并在110℃条件下三次干燥后收卷，得到负极极卷，并对分离出的改性隔膜进行四次干燥后收卷，形成负极膜卷；
S7按照S1～S6步骤，在铝箔的第一表面与第二表面独立地涂布磷酸铁锂正极浆料，形成活性材料层，得到正极极卷；
S8将获得的正极极卷与负极极卷通过卷绕组装成方形电芯。
实施例2
本实施例提供了一种电芯，其制备过程具体包括如下步骤：
S1将PET粉末、PVA粉末、PP粉末、蓖麻油酸锌与氮吡啶按照60:20:15:2:3的质量比混合，并高速搅拌混合均匀，再加入适量去离子水，使PET与PVA发生溶胀，得到改性PET浆料；
S2将幅宽为240mm的铜箔放卷后，以8m/min的速度进行脉冲激光打孔，脉冲激光功率800W，幅宽为100ps，得到多孔基底，多孔基底的孔径为70μm，相邻两个微孔之间的间隙为5mm，随后，对多孔基底依次进行超声清洗与一次干燥，再传送至涂膜区作为涂膜载体，超声清洗的时间为1min，一次干燥的温度为110℃；
S3通过输料管道11将制备好的改性PET浆料输送至膜流延机，并在多孔基底的第一表面分配改性PET浆料，形成厚度为20μm的改性隔膜，膜流延机的长径比为25:1，收卷形成复合集流体；
S4将复合集流体覆膜一侧朝下，通过涂布机在第二表面一侧涂敷石墨浆料，以形成活性材料层，并在80℃条件下二次干燥；
S5随后采用分离辊将改性隔膜与多孔基底进行分离，得到单层极片；
S6对去膜后的单层极片的第二表面一侧进行石墨浆料的二次涂布，并在110℃条件下三次干燥后收卷，得到负极极卷，并对分离出的改性隔膜进行四次干燥后收卷，形成负极膜卷；
S7按照S1～S6步骤，在铝箔的第一表面与第二表面独立地涂布磷酸铁锂正极浆料，形成活性材料层，得到正极极卷；
S8将获得的正极极卷与负极极卷通过卷绕组装成方形电芯。
实施例3
本实施例提供了一种电芯，其制备过程具体包括如下步骤：
S1将PET粉末、PVA粉末、PP粉末、稳定剂与氮吡啶按照70:15:10:2:3的质量比混合，并高速搅拌混合均匀，再加入适量去离子水，使PET与PVA发生溶胀，得到改性PET浆料，稳定剂为硬脂酸钙；
S2将幅宽为240mm的铜箔放卷后，以5m/min的速度进行脉冲激光打孔，脉冲激光功率900W，幅宽为200ps，得到多孔基底，多孔基底的孔径为60μm，相邻两个微孔之间的间隙为5mm，随后，对多孔基底依次进行超声清洗与一次干燥，再传送至涂膜区作为涂膜载体，超声清洗的时间为3min，一次干燥的温度为90℃；
S3通过输料管道11将制备好的改性PET浆料输送至膜流延机，并在多孔基底的第一表面分配改性PET浆料，形成厚度为8μm的改性隔膜，膜流延机的长径比为27:1，收卷形成复合集流体；
S4将复合集流体覆膜一侧朝下，通过涂布机在第二表面一侧涂敷石墨浆料，以形成活性材料层，并在90℃条件下二次干燥；
S5随后采用分离辊将改性隔膜与多孔基底进行分离，得到单层极片；
S6对去膜后的单层极片的第二表面一侧进行石墨浆料的二次涂布，并在90℃条件下三次干燥后收卷，得到负极极卷，并对分离出的改性隔膜进行四次干燥后收卷，形成负极膜卷；
S7按照S1～S6步骤，在铝箔的第一表面与第二表面独立地涂布磷酸铁锂正极浆料，形成活性材料层，得到正极极卷；
S8将获得的正极极卷与负极极卷通过卷绕组装成方形电芯。
实施例4
本实施例提供了一种电芯，其制备过程具体包括如下步骤：
S1将PET粉末、PVA粉末、PP粉末、稳定剂与氮吡啶按照50:30:10:6:4的质量比混合，并高速搅拌混合均匀，再加入适量去离子水，使PET与PVA发生溶胀，得到改性PET浆料，稳定剂为硬脂酸锌；
S2将幅宽为200mm的铜箔放卷后，以5m/min的速度进行脉冲激光打孔，脉冲激光功率250W，幅宽为200ps，得到多孔基底，多孔基底的孔径为20μm，相邻两个微孔之间的间隙为5mm，随后，对多孔基底依次进行超声清洗与一次干燥，再传送至涂膜区作为涂膜载体，超声清洗的时间为8min，一次干燥的温度为80℃；
S3通过输料管道11将制备好的改性PET浆料输送至膜流延机，并在多孔基底的第一表面分配改性PET浆料，形成厚度为8μm的改性隔膜，膜流延机的长径比为35:1，收卷形成复合集流体；
S4将复合集流体覆膜一侧朝下，通过涂布机在第二表面一侧涂敷石墨浆料，以形成活性材料层，并在95℃条件下二次干燥；
S5随后采用分离辊将改性隔膜与多孔基底进行分离，得到单层极片；
S6对去膜后的单层极片的第二表面一侧进行石墨浆料的二次涂布，并在95℃条件下三次干燥后收卷，得到负极极卷，并对分离出的改性隔膜进行四次干燥后收卷，形成负极膜卷；
S7按照S1～S6步骤，在铝箔的第一表面与第二表面独立地涂布磷酸铁锂正极浆料，形成活性材料层，得到正极极卷；
S8将获得的正极极卷与负极极卷通过卷绕组装成方形电芯。
实施例5
本实施例提供了一种电芯，其制备过程具体包括如下步骤：
S1将PET粉末、PVA粉末、PP粉末、稳定剂与氮吡啶按照50:35:10:2:2的质量比混合，并高速搅拌混合均匀，再加入适量去离子水，使PET与PVA发生溶胀，得到改性PET浆料，稳定剂为硬脂酸锌与蓖麻油酸锌的混合物；
S2将幅宽为240mm的铜箔放卷后，以8m/min的速度进行脉冲激光打孔，脉冲激光功率500W，幅宽为200ps，得到多孔基底，多孔基底的孔径为80μm，相邻两个微孔之间的间隙为5mm，随后对多孔基底依次进行超声清洗与一次干燥，再传送至涂膜区作为涂膜载体，超声清洗的时间为10min，一次干燥的温度为105℃；
S3通过输料管道11将制备好的改性PET浆料输送至膜流延机，并在多孔基底的第一表面分配改性PET浆料，形成厚度为25μm的改性隔膜，膜流延机的长径比为30:1，收卷形成复合集流体；
S4将复合集流体覆膜一侧朝下，通过涂布机在第二表面一侧涂敷石墨浆料，以形成活性材料层，并在105℃条件下二次干燥；
S5随后采用分离辊将改性隔膜与多孔基底进行分离，得到单层极片；
S6对去膜后的单层极片的第二表面一侧进行石墨浆料的二次涂布，并在95℃条件下三次干燥后收卷，得到负极极卷，并对分离出的改性隔膜进行四次干燥后收卷，形成负极膜卷；
S7按照S1～S6步骤，在铝箔的第一表面与第二表面独立地涂布磷酸铁锂正极浆料，形成活性材料层，得到正极极卷；
S8将获得的正极极卷与负极极卷通过卷绕组装成方形电芯。
实施例6
本实施例提供了一种电芯，与实施例1的区别在于：步骤S1中，将PET粉末、PVA粉末、PP粉末、蓖麻油酸锌与氮吡啶按照40:50:15:2:3的质量比混合，其余工艺参数与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供了一种电芯，与实施例1的区别在于：步骤S1中，将PET粉末、PVA粉末、PP粉末、蓖麻油酸锌与氮吡啶按照75:10:10:0.2:0.3的质量比混合，其余工艺参数与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供了一种电芯，与实施例1的区别在于：步骤S3中，改性隔膜的厚度为120μm，其余工艺参数与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供了一种电芯，与实施例1的区别在于：步骤S3中，膜流延机的长径比为36:1，其余工艺参数与实施例1相同。
实施例10
本实施例提供了一种电芯，与实施例1的区别在于：步骤S3中，膜流延机的长径比为23:1，其余工艺参数与实施例1相同。
实施例11
本实施例提供了一种电芯，其制备过程具体包括如下步骤：
S1将PET粉末、PVA粉末、PP粉末、蓖麻油酸锌与氮吡啶按照50:30:10:6:4的质量比混合，并高速搅拌混合均匀，再加入适量去离子水，使PET与PVA发生溶胀，得到改性PET浆料；
S2将幅宽为200mm的铜箔放卷后，以5m/min的速度进行脉冲激光打孔，脉冲激光功率500W，幅宽为50ps，得到多孔基底，多孔基底的孔径为30μm，相邻两个微孔之间的间隙为2mm，随后对多孔基底依次进行超声清洗与一次干燥，再传送至涂膜区作为涂膜载体，超声清洗的时间为15min，一次干燥的温度为100℃；
S3通过输料管道11将制备好的改性PET浆料输送至膜流延机，并在多孔基底的第一表面分配改性PET浆料，形成厚度为20μm的改性隔膜，膜流延机的长径比为31:1，收卷形成复合集流体；
S4将复合集流体覆膜一侧朝下，通过涂布机在第二表面一侧涂敷石墨浆料，以形成活性材料层，并在100℃条件下二次干燥；
S5随后采用分离辊将改性隔膜与多孔基底进行分离，得到单层极片；
S6对去膜后的单层极片的第二表面一侧进行石墨浆料的二次涂布，并在100℃条件下三次干燥后收卷，得到负极极卷，并对分离出的改性隔膜进行四次干燥后收卷，形成负极膜卷；
S7将步骤S6获得的负极极卷与常规正极集流体通过卷绕组装成方形电芯。
实施例12
本实施例提供了一种电芯，其制备过程具体包括如下步骤：
S1将PET粉末、PVA粉末、PP粉末、蓖麻油酸锌与氮吡啶按照60:20:15:2:3的质量比混合，并高速搅拌混合均匀，再加入适量去离子水使PET与PVA发生溶胀，得到改性PET浆料；
S2将幅宽为240mm的铜箔放卷后，以5m/min的速度进行脉冲激光打孔，脉冲激光功率800W，幅宽为50ps，得到多孔基底，多孔基底的孔径为30μm，相邻两个微孔之间的间隙为2mm，随后，对多孔基底依次进行超声清洗与一次干燥，再传送至涂膜区作为涂膜载体，超声清洗的时间为15min，一次干燥的温度为70℃；
S3通过输料管道11将制备好的改性PET浆料输送至膜流延机，并在多孔基底的第一表面分配改性PET浆料，形成厚度为50μm的改性隔膜，膜流延机的长径比为32:1，收卷形成复合集流体；
S4将复合集流体覆膜一侧朝下，通过涂布机在第二表面一侧涂敷石墨浆料，以形成活性材料层，并在80℃条件下二次干燥；
S5随后采用分离辊将改性隔膜与多孔基底进行分离，得到单层极片；
S6对去膜后的单层极片的第二表面一侧进行石墨浆料的二次涂布，并在110℃条件下三次干燥后收卷，得到负极极卷，并对分离出的改性隔膜进行四次干燥后收卷，形成负极膜卷；
S7将步骤S6获得的负极极卷与常规正极集流体通过卷绕组装成方形电芯。
实施例13
本实施例提供了一种电芯，其制备过程具体包括如下步骤：
S1将PET粉末、PVA粉末、PP粉末、蓖麻油酸锌与氮吡啶按照60:20:15:2:3的质量比混合，并高速搅拌混合均匀，再加入适量去离子水，使PET与PVA发生溶胀，得到改性PET浆料；
S2将幅宽为200mm的铝箔放卷后，以5m/min的速度进行脉冲激光打孔，脉冲激光功率800W，幅宽为50ps，得到多孔基底，多孔基底的孔径为30μm，相邻两个微孔之间的间隙为2mm，随后，对多孔基底依次进行超声清洗与一次干燥，再传送至涂膜区作为涂膜载体，超声清洗的时间为20min，一次干燥的温度为70℃；
S3通过输料管道11将制备好的改性PET浆料输送至膜流延机，并在多孔基底的第一表面分配改性PET浆料，形成厚度为50μm的改性隔膜，膜流延机的长径比为32:1，收卷形成复合集流体；
S4将复合集流体覆膜一侧朝下，通过涂布机在第二表面一侧涂敷磷酸铁锂正极浆料，以形成活性材料层，并在80℃条件下二次干燥；
S5随后采用分离辊将改性隔膜与多孔基底进行分离，得到单层极片；
S6对去膜后的单层极片的第二表面一侧进行磷酸铁锂正极浆料的二次涂布，并在110℃条件下三次干燥后收卷，得到正极极卷，并对分离出的改性隔膜进行四次干燥后收卷，形成正极膜卷；
S7将步骤S6获得的正极极卷与常规负极流体通过卷绕组装成方形电芯。
对比例1
本对比例提供了一种电芯，与实施例1的区别在于：并未对铜箔进行造孔处理，其余工艺参数与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供了一种电芯，与实施例1的区别在于：步骤S1中的PET改性浆料中并未添加PET粉末与PVA粉末，PP粉末的含量为95％，其余工艺参数与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供了一种电芯，与实施例1的区别在于：步骤S1中的PET改性浆料中并未添加PP粉末与PVA粉末，PET粉末的含量为95％，其余工艺参数与实施例1相同。
对比例4
本对比例提供了一种电芯，与实施例1的区别在于：步骤S1中的PET改性浆料中并未添加PET粉末，将PVA粉末、PP粉末、蓖麻油酸锌与氮吡啶按照20:75:2:3的质量比混合，其余工艺参数与实施例1相同。
本发明将实施例1～11，以及对比例2～4的改性隔膜进行热收缩温度与抗拉强度的测试，结果如表1所示。
表1
由表1的内容可知，实施例1～11中得到改性隔膜具有较高的热收缩温度与抗拉强度，主要是由于对PET膜进行改性，提高了其耐热性能与机械性能。相比于实施例1，实施例6的热收缩性能有所降低，这主要是由于PET含量过低导致其热塑性能降低，进而降低了改性隔膜的耐热能力。相比于实施例1，实施例7中改性隔膜的抗拉强度有所降低，这主要有由于改性PET浆料中PET粉末含量过高，使得PVA粉末的含量过低，降低了整体材料强度。由实施例1与对比例2～4不难看出，当对比例2仅采用PP为原料制备改性隔膜时，其热塑性能与强度均低于实施例1，使得其热收缩温度显著降低，同时，抗拉强度也降低。当对比例3仅采用PET为原料制备改性隔膜时，虽然其耐热性有所提高，但隔膜的抗拉强度降低，材料强度无法满足要求。对比例4中没有添加PET粉末，使得热塑性较差，耐热能力显著降低。
本发明还对实施例1～5、11～13，以及对比例1得到的电芯进行电学性能及1500周的循环性能测试(测试条件：0.5P，25℃)，结果如表2所示。
表2
由表2的内容可知，实施例1～5中得到电芯具有较好的电学性能，且循环保持率较高，主要是由于通过将改性PET膜与多孔集流体复合，使用该复合集流体制备的卷芯具有贯穿正负极片的通孔，可以提升了电池的浸润能力和动力学性能。实施例1中电芯的性能要优于实施例11～13的电芯的电学性能，这主要是由于实施例1中电极正极与负极均采用将改性PET膜与多孔集流体复合的方式制得，使得电解液能够透过集流体，实现电解液的跨层传输，提升了电芯的浸润能力与动力学性能，并提高了能量密度、首次库伦效率与循环保持率，同时降低了DCR。相比于实施例1，对比例1的电性能所有降低，主要是由对比例1采用的极片没有进行造孔，使得电解液只能在层间传输，而无法透过集流体，导致电芯的浸润能力与动力学性能均较差。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种复合集流体的涂布方法，其特征在于，所述的涂布方法包括：
(Ⅰ)将PET粉末、PVA粉末与PP粉末进行混合，并加入添加剂，得到改性PET浆料；
(Ⅱ)对集流体进行造孔，得到多孔基底，所述多孔基底具有相对的第一表面与第二表面，将所述改性PET浆料涂覆在第一表面，形成改性隔膜，再对第二表面进行活性浆料的一次涂布，以形成活性材料层；
(Ⅲ)将所述改性隔膜由第一表面揭除，得到单层极片，再对第一表面一侧进行活性浆料的二次涂布。
2.根据权利要求1所述的涂布方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)中，将所述改性PET浆料的质量记为100％，所述PET粉末的含量为50～70wt％；
所述PVA粉末的含量为20～40wt％；
所述PP粉末的含量为10～20wt％；
优选地，所述混合包括搅拌混合。
3.根据权利要求1或2所述的涂布方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)中，所述添加剂包括稳定剂与交联剂；
优选地，将所述改性PET浆料的质量记为100％，所述稳定剂的含量为2～10wt％；所述交联剂的含量为2～10wt％；
优选地，所述添加剂包括硬脂酸钙、硬脂酸锌或蓖麻油酸锌中的任一种或至少两种的组合；
优选地，所述交联剂为氮吡啶；
优选地，所述改性PET浆料中还包括溶剂；
优选地，所述溶剂包括水。
4.根据权利要求1所述的涂布方法，其特征在于，步骤(Ⅱ)中，所述造孔采用脉冲激光打孔工艺；
优选地，所述造孔的脉冲宽度为10～10000ps；
优选地，所述造孔的激光功率为250～1000W；
优选地，所述多孔基底的孔径≤1mm；
优选地，所述的涂布方法还包括：结束所述造孔后，对所述多孔基底依次进行超声清洗与一次干燥；
优选地，所述超声清洗的时间为0.5～20min；
优选地，所述一次干燥的温度为70～120℃。
5.根据权利要求1所述的涂布方法，其特征在于，步骤(Ⅱ)中，所述涂覆的方式为：采用膜流延机将所述改性PET浆料分配在所述多孔基底的第一表面；
优选地，所述膜流延机的长径比为25～35:1；
优选地，所述改性隔膜的厚度为5～100μm。
6.根据权利要求1所述的涂布方法，其特征在于，步骤(Ⅲ)中，所述活性浆料包括正极活性浆料或负极活性浆料；
优选地，在结束所述一次涂布后，进行二次干燥；
优选地，所述二次干燥的温度为80～120℃；
优选地，所述揭除的方式包括：采用分离辊将所述改性隔膜与多孔基底进行分离；
优选地，在结束所述二次涂布后，进行三次干燥，得到极片；
优选地，所述三次干燥的温度为80～120℃；
优选地，所述的涂布方法还包括：对揭除后的改性隔膜进行四次干燥；
优选地，所述的涂布方法还包括：将所述极片与揭除的改性隔膜独立地进行收卷处理。
7.一种涂布系统，其特征在于，所述的涂布系统用于权利要求1-6任一项所述的复合集流体的涂布方法中，所述的涂布系统包括依次连接的复合集流体制作单元、一次涂布单元、分离单元与二次涂布单元。
8.根据权利要求7所述的涂布系统，其特征在于，所述的复合集流体制作单元包括放卷装置、激光打孔装置、浆料分配装置、收放卷装置与第一传送机构，所述第一传送机构用于驱动集流体移动，依次经过所述放卷装置、激光打孔装置、浆料分配装置与收放卷装置；
优选地，所述激光打孔装置与浆料分配装置之间沿集流体移动方向还依次设置有超声水洗装置与第一干燥装置；
优选地，所述第一传送机构包括第一传送辊与第一牵引辊；
优选地，所述浆料分配装置包括混料罐、第一流延机与第二流延机，所述混料罐用于容纳改性PET浆料，所述混料罐通过输料管道连接所述第一流延机，所述第一流延机用于将改性PET浆料分配至集流体表面，所述第二流延机位于所述第一流延机远离所述第一干燥装置的一侧；
优选地，所述一次涂布单元包括沿集流体移动方向依次设置的第一涂布装置与第二干燥装置；
优选地，所述分离单元包括分离辊；
优选地，所述二次涂布单元包括第二涂布装置、第三干燥装置、第一收卷装置与第二传送机构，所述第二传送机构用于驱动所述单层极片移动，并依次经过所述第二涂布装置、第三干燥装置与第一收卷装置；
优选地，所述第二传送机构包括沿单层极片移动方向依次对接的第二传送辊、第二牵引辊与第三传送辊；
优选地，所述的涂布系统还包括收膜单元，所述收膜单元包括第四干燥装置、第二收卷装置与第三传送机构，所述第四干燥装置对接所述分离单元，所述第三传送机构用于驱动改性隔膜移动，并依次经过所述第四干燥装置与第二收卷装置；
优选地，所述第三传送机构包括沿改性隔膜移动方向依次设置的第四传送辊与第三牵引辊。
9.一种极片，其特征在于，所述的极片采用权利要求1-6任一项所述的涂布方法进行涂布。
10.一种电芯，包括正极极片与负极极片，其特征在于，所述电芯的正极极片和/或负极极片为权利要求9所述的极片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311730070.8A CN117712292A (zh) | 2023-12-15 | 2023-12-15 | 一种复合集流体的涂布方法、涂布系统、极片及电芯 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311730070.8A CN117712292A (zh) | 2023-12-15 | 2023-12-15 | 一种复合集流体的涂布方法、涂布系统、极片及电芯 |
Publications (1)
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| CN117712292A true CN117712292A (zh) | 2024-03-15 |
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| CN202311730070.8A Pending CN117712292A (zh) | 2023-12-15 | 2023-12-15 | 一种复合集流体的涂布方法、涂布系统、极片及电芯 |
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