CN117976824A - 干法电池正极片制备方法、装置、正极片和二次电池 - Google Patents

干法电池正极片制备方法、装置、正极片和二次电池 Download PDF

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Abstract

本发明属于电池制造技术领域，公开了一种干法电池正极片制备方法、装置、正极片和二次电池，其中，方法包括：将正极活性物质和粘结剂A进行混合，经过压制裁切，形成第一膜片；将导电剂、补锂剂与粘结剂B进行混合，经过压制裁切，形成第二膜片；将所述第一膜片与所述第二膜片交替堆叠到集流体的一侧或两侧，形成第二堆叠体；将所述第二堆叠体进行热压形成所述正极片。本发明能够增强正极片的均匀度和一致性，增强整体性能。

Description

干法电池正极片制备方法、装置、正极片和二次电池
技术领域
本申请涉及电池制造技术领域，特别是涉及到一种干法电池正极片制备方法、装置、正极片和二次电池。
背景技术
干法电极工艺特点是工艺过程简单、电极更厚、无溶剂化。电极制造过程没有溶剂参与的固液两相悬浮液混合，湿涂层的干燥过程，工艺更简单，更具有灵活性。这种独特干法成型工艺不使用任何溶剂，是一种环境友好的绿色工艺，并节省了材料、时间和人工等生产成本。现有技术中，干法电极生产时则无需使用有毒的有机溶剂，直接将正负极材料、导电剂与粘结剂混合，得到纤维化的混合物，然后挤压或喷涂在铜铝箔上，制成极片。但是此种制造方法，虽然无需使用有毒的有机溶剂但干法电极成膜的均匀度和一致性更难控制，且电动汽车电池的电极比超级电容器的电极更大更厚，根据此种制造方法，保证生产过程中的均匀度和一致性的难度更高，导致电池DCR高、首次效率低和循环寿命差的问题。
因此，如何通过提升法电极成膜的均匀度和一致性，解决电池DCR高、首次效率低和循环寿命差问题，是非常迫切的和紧急的。
发明内容
本发明提供一种干法电池正极片制备方法、装置、正极片和二次电池，旨在解决如何通过提升法电极成膜的均匀度和一致性，解决电池DCR高、首次效率低和循环寿命差的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明第一方面提出一种干法电池正极片制备方法，包括以下步骤：
将正极活性物质和粘结剂A进行混合，经过压制裁切，形成第一膜片；
将补锂剂、导电剂与粘结剂B进行混合，经过压制裁切，形成第二膜片；
将所述第一膜片与所述第二膜片交替堆叠到集流体的一侧或两侧，形成第二堆叠体；
将所述第二堆叠体进行热压形成所述正极片。
进一步地，所述将正极活性物质和粘结剂A进行混合，经过压制裁切，形成第一膜片的步骤包括：
将所述正极活性物质和所述粘结剂A进行混合，形成第一混合物；
将所述第一混合物经过辊压压制成指定厚度的第一薄膜；
将所述第一薄膜裁切成第一指定尺寸，形成所述第一膜片。
进一步地，所述将补锂剂、导电剂与粘结剂B进行混合，经过压制裁切，形成第二膜片的步骤包括：
将所述导电剂、补锂剂与所述粘结剂B进行混合，形成第二混合物；
将所述第二混合物经过辊压压制成指定厚度的第二薄膜；
将所述第二薄膜裁切成第二指定尺寸，形成所述第二膜片。
进一步地，所述将所述第一膜片与所述第二膜片交替堆叠到集流体的一侧或两侧，形成第二堆叠体的步骤包括：
将所述第一膜片与所述第二膜片交替堆叠形成第一堆叠体；
将所述第一堆叠体中为第二膜片的一侧与所述集流体的一侧或两侧进行贴合堆叠，形成所述第二堆叠体。
进一步地，所述正极活性物质包括磷酸铁锂、复合镍钴锰氧化物、锰酸锂或磷酸锰铁锂中的其中一种或两种以上。
进一步地，所述补锂剂包括氧化镍锂、氧化铁锂、氧化锰锂、氧化钴锂或氧化铼锂中的其中一种或两种以上。
进一步地，所述导电剂包括导电石墨、导电炭、石墨纤维、碳纳米管或石墨烯中的其中一种或两种以上。
进一步地，所述第一膜片中包含的所述正极活性物质与所述粘结剂A的质量百分比为85%～98%：2%～15%。
进一步地，所述补锂剂、所述导电剂与所述粘结剂B的质量百分比为0%～10%：45%～80%：20%～45%。
进一步地，所述正极活性物质、所述导电剂、粘结剂与所述补锂剂的质量百分比为75%～98%：1%～10%：1%～10%：0~5%，其中，所述粘结剂包括粘结剂A和粘结剂B。
进一步地，所述第一膜片的厚度为1um-10um。
进一步地，所述第二膜片的厚度为1um-10um。
进一步地，所述集流体的厚度为6-20um。
本申请的第二方面还提出一种正极片，通过上述中任意一项所述的干法电池正极片制备方法制得。
本申请的第三方面还提出一种干法电池正极片制备装置，用于实现对上述正极片的制造，包括：
第一牵引机构，所述第一牵引机构的输入端设置有第一挤出机构，用于将所述正极活性物质和所述粘结剂A混合并挤出第一混合物，且所述第一牵引机构朝向所述第一牵引机构的牵引前进方向上依次设置有第一辊压机构、第一裁切机构，用于依次对第一混合物进行辊压和裁切，制成所述第一膜片；
第二牵引机构，所述第二牵引机构的输入端设置有第二挤出机构，用于将所述导电剂、所述粘结剂B和所述补锂剂混合并挤出第二混合物，且所述第二牵引机构朝向所述第二牵引机构的牵引前进方向上依次设置有第二辊压机构、第二裁切机构和第二传送机构，用于依次对挤出的第二混合物进行辊压和裁切，制成所述第二膜片；
第三牵引机构，所述第三牵引机构的输入端设置有上料区，且所述第三牵引机构朝向牵引前进方向上设置有第三裁切机构，用于对箔材进行裁切，形成所述集流体；
所述第一牵引机构、所述第二牵引机构和所述第三牵引机构的输出端分别对应设置有第一传送机构、第二传送机构和第三传送机构，所述第一传送机构、第二传送机构和第三传送机构用于分别对所述第一膜片、第二膜片和集流体进行传送，且所述第一传送机构、所述第二传送机构和所述第三传送机构的传送方向上对应设置有伺服运动机构，用于按照指定顺序转移所述第一传送机构上的第一膜片和所述第二传送机构上传送的第二膜片到所述第三传送机构上的所述集流体上，形成所述第二堆叠体；
热压机构，所述热压机构设置在所述第三传送机构的传送路径上，用于对第三传送机构上的所述第二堆叠体进行热压成型，形成所述正极片。
本申请的第四方面提出一种二次电池，包括上述的正极片，还包括：负极片，所述正极片和所述负极片之间设置有隔膜，所述隔膜呈z字形设置。
有益效果：
本申请通过分层制备正极材料涂料层膜片，即由第一膜片、第二膜片与集流体（箔材）叠片热压成正极片；本申请通过将正极片分解成多层进行复合，每一层成膜的均匀度和一致性更好进行控制，同时极片上的正极活性物质、导电剂和粘结剂的分布更加均匀有序，此方法能够使正极干法粘结性能得到提升，循环和阻抗得到有效的改善。
附图说明
图1 为发明一实施例的干法电池正极片制备方法的流程示意图；
图2 为发明一实施例的干法电池正极片制备装置的结构示意框图；
其中，1、第一挤出机构；2、第二挤出机构；3、上料区；4、第一辊压机构；5、第二辊压机构；6、第一裁切机构；7、第二裁切机构；8、第三裁切机构；9、第一传送机构；10、第二传送机构；11、第三传送机构；12、第一移动位置；13、第二移动位置；14、第三移动位置；15、伺服运动机构；17、热压机构；18、物料盒；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“上述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在特征、整数、步骤、操作、元件、模块、模块和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、模块、模块、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一模块和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语），具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
参照图1，本发明实施例提供一种干法电池正极片制备方法，包括以下步骤S1-S4：
S1：将正极活性物质和粘结剂A进行混合，经过压制裁切，形成第一膜片。
本步骤用于制作第一膜片，在这一步骤中，正极活性物质和粘结剂A被混合在一起。正极活性物质是指能够储存和释放电荷的物质，正极活性物质包括磷酸铁锂、复合镍钴锰氧化物、锰酸锂或磷酸锰铁锂中的其中一种或两种以上，用于储存和释放锂离子。而粘结剂A可以将正极活性物质黏合在一起，用于固定活性物质并提供电池的结构稳定性，粘结剂A包括聚丙烯酸、聚乙烯酸、聚丙烯酰胺、聚四氟乙烯（PTFE）的其中一种或两种以上，此处粘结剂A优选聚四氟乙烯，在混合过程中，粘结剂A会纤维化，即形成纤维状的结构。这有助于增强正极层的机械强度和电子传导性能。然后将混合物放置在辊压结构中通过辊轮的作用施加压力，使得混合物被压制成具有指定厚度的层状结构，通过调整辊压的力度和时间，可以控制正极层的厚度，此处的厚度可以控制在1um-10um，例如，第一膜片的厚度为1um、1.5um、2 um、2.5um、3um 、3.5um、 4um 、4.5um、5 um 、5.5um 、6um 、6.5um、7 um 、7.5um 、8um 、8.5um、9 um 、9.5um 、10um，然后根据电池需要裁剪成对应的大小和尺寸，形成第一膜片。
S2：将补锂剂、导电剂与粘结剂B进行混合，经过压制裁切，形成第二膜片。
本步骤可以与步骤1同时进行，用于制作第二膜片，其中导电剂包括导电石墨、导电炭、石墨纤维、碳纳米管或石墨烯中的其中一种或两种以上，所述补锂剂包括Li2NiO2、Li5FeO4、Li2MnO3、Li6CoO4、Li6MnO4或Li5ReO6中的其中一种或两种以上，第二膜片加入补锂剂除了解决了厚正极片开裂问题，使得厚正极片具有较高的剥离强度和较低的电阻，而且可以提高干法电极成膜的均匀度和一致性，并通过加入补锂剂，补充形成SEI膜导致不可逆损失，能够提高电池的首效、能量密度和循环性能。另外，导电纤维，例如碳纳米管、碳纤维等，它们具有高比表面积和良好的导电性能，也能够提高正极片的充放电性能，粘结剂B包括聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚酰胺等，可以和步骤S1中所使用的粘结剂A为同一种材质，也可以为不同材质。通过混合将粘结剂B纤维化，使得导电剂与粘结剂B更加均匀地混合在一起。纤维化的粘结剂B能够更好地固定导电剂，并且提高了正极片的力学稳定性和电化学性能，从而延长了电池的使用寿命。另外，采用此步骤还能够有效控制正极片的厚度和均匀性，提高了电池的性能稳定性。
S3：将所述第一膜片与所述第二膜片交替堆叠到集流体的一侧或两侧，形成第二堆叠体；
首先需要将第一膜片与第二膜片进行一定数量的交替堆叠，形成第一堆叠体，再将第一堆叠体堆叠到集流体的一侧或两侧，形成第二堆叠体，也可以是直接依次在集流体的任意一侧上进行第一膜片与第二膜片的交替堆叠，直接形成第二堆叠体，具体堆叠方式可以根据实际制备条件进行调整。其中，这些膜片的堆叠数量可以根据设计要求和材料特性进行确定，以交替堆叠的方式进行，此处优选第一膜片与第二膜片堆叠数量各交替堆叠30片。通过交替堆叠，可以促进薄膜材料的均匀性，减少材料局部特性对整体性能的影响，从而提高整体薄膜的均匀性，改善薄膜材料的机械性能。同时还可以增加整体薄膜的强度和韧性，提高其抗拉伸、抗压缩等机械性能，也可以改善薄膜的电学性能，例如改善绝缘性能或电导率。将堆叠后的第一膜片与第二膜片再次堆叠到集流体上，形成第二堆叠体，本步骤中的集流体指一种能够收集和传输电荷的材料，在本实施例中集流体具体可以是涂炭铝箔或铝箔；将铝箔或涂炭铝箔根据电池大小和尺寸进行对应大小的裁剪，集流体需要裁剪的大小与所述第二膜片以及第一膜片的大小一致，确保各个膜片之间的匹配和贴合度。
S4：将所述第二堆叠体进行热压形成所述正极片。
本步骤需要在热压设备下根据预设的温度、时间等参数条件下对堆叠体进行热压。此处优选热压温度90℃，时间5min，热压结束后形成正极片。
综上所述，本实施例通过分层制备第一膜片、第二膜片与集流体（箔材）叠片热压成正极片的极片；可以控制每一层膜片的厚度和均匀性，从而提高电池的性能稳定性和循环寿命，具有较高的可扩展性和适应性，可以应用于大规模制备电池正极片的生产过程中，且比传统的浆料涂布法更加简便和高效，且通过调整材料比例和堆叠顺序等参数，可以根据不同的需求和应用定制不同性能的电池正极，且表现出卓越的循环稳定性和持久性，同时在电导性方面也有出色表现，有助于减少能量损失，能够提升电池的整体质量。
在一实施例中，所述将正极活性物质和粘结剂A进行混合，经过压制裁切，形成第一膜片的步骤包括：
S11：将所述正极活性物质和所述粘结剂A进行混合，形成第一混合物；
S12：将所述第一混合物经过辊压压制成指定厚度的第一薄膜；
S13：将所述第一薄膜裁切成第一指定尺寸，形成所述第一膜片。
在本实施例中，正极活性物质是指电池中正极的活性材料，例如锂离子电池中的锂铁酸或锂钴酸。粘结剂A用于将活性物质固定成型，并提供层间粘结强度。此处所述正极活性物质和粘结剂A按照85%～98%：2%～15%的混合比例进行混合，优选95%：5%的比例进行混合。然后使用辊压机或类似设备，将第一混合物均匀地压制成所需的厚度，厚度范围为1um-10um，此处优选2um，辊压能够确保良好的结合和紧密堆积，裁切操作可以使用切割工具或切割机进行，根据特定要求将第一薄膜切割成所需的尺寸和形状，形成第一膜片。
在一实施例中，所述将补锂剂、导电剂与粘结剂B进行混合，经过压制裁切，形成第二膜片的步骤包括：
S21：将所述导电剂、补锂剂与粘结剂B进行混合，形成第二混合物；
S22：将所述第二混合物经过辊压压制成指定厚度的第二薄膜；
S23：将所述第二薄膜裁切成第二指定尺寸，形成所述第二膜片。
在本实施例中，粘结剂B用于将导电剂固定成型，并提供层间粘结强度。此处所述补锂剂、所述导电剂和粘结剂B按照0%～10%：45%～80%：20%～45%的混合比例进行混合。然后使用辊压机或类似设备，将第一混合物均匀地压制成所需的厚度，厚度范围为1um-10um，此处优选2um，辊压能够确保良好的结合和紧密堆积，裁切操作可以使用切割工具或切割机进行，根据特定要求将第一薄膜切割成所需的尺寸和形状，形成第一膜片，其中第二膜片与第一膜片的大小相等。
在一实施例中，所述第一膜片与所述第二膜片交替堆叠到集流体的一侧或两侧，形成第二堆叠体的步骤包括：
S31：将所述第一膜片与所述第二膜片交替堆叠形成第一堆叠体；
S32：将所述第一堆叠体中为第二膜片的一侧与所述集流体进行贴合堆叠，形成所述第二堆叠体。
在本实施例中，首先需要将第一膜片与第二膜片进行一定数量的交替堆叠，形成第一堆叠体，再将第一堆叠体堆叠到集流体的一侧，形成第二堆叠体，将所述第一堆叠体的含有导电剂的一侧与所述集流体的一侧或两侧进行贴合堆叠，形成所述第二堆叠体，这个步骤可以有效地将导电剂与集流体结合在一起，确保电池内部的电流能够顺畅地在导电剂、集流体和第一堆叠体之间流动，这样可以提高电池的电导率，减小电池内部的电阻，从而提高电池的性能和效率。
在一实施例中，上述所述正极活性物质包括磷酸铁锂、复合镍钴锰氧化物、锰酸锂或磷酸锰铁锂中的其中一种或两种以上。
在本实施例中，所述正极活性物质包括磷酸铁锂、复合镍钴锰氧化物、锰酸锂或磷酸锰铁锂中的其中一种或两种以上。以上正极活性物质具有良好的电化学性能和循环寿命。磷酸铁锂是一种新型的正极材料，具有高的比容量和优异的安全性能；复合镍钴锰氧化物具有高的比容量和优异的循环寿命；锰酸锂是一种低成本、高容量的正极材料，具有较高的比容量和较好的充放电性能，适用于中低功率的锂离子电池；磷酸锰铁锂则是一种新型的正极材料，具有高的比容量和很好的循环寿命，同时也具有良好的安全性能和热稳定性，适合用于高效率、高安全性的锂离子电池。在实际制造过程中可以根据具体的应用需求和技术要求，在以上正极活性物质中选择一种或两种以上正极活性物质进行制备，不同的正极活性物质进行组合，能够获得更好的电化学性能和循环寿命。
在一实施例中，所述导电剂包括导电石墨、导电炭、石墨纤维、碳纳米管或石墨烯中的其中一种或两种以上。
在本实施例中，所述导电剂包括导电石墨、导电炭、石墨纤维、碳纳米管或石墨烯中的其中一种或两种以上。这些导电剂可以提供电子传导通路，改善电池的导电性能和循环寿命。导电石墨具有良好的电导率和化学稳定性；导电炭是一种具有较高比表面积和良好导电性能的碳材料，可以提供更多的电子传导通道，提高电极的导电性能和储能性能；石墨纤维具有优异的导电性能和机械强度，可用于增强电极的力学性能和导电性能；碳纳米管具有优异的导电性能和机械强度，可以提供高效的电子传导通路，并具有抗膨胀性能，适用于高功率锂离子电池；石墨烯是一种单层碳原子构成的二维材料，具有极高的导电性能和表面积，可用于提高电极的导电性能和循环寿命。在实际制造过程中，在以上导电剂中选择一种或两种以上的导电剂进行使用，不同的导电剂进行组合，可以获得更好的导电性能和循环寿命，有助于提高电池的性能和可靠性。
在一实施例中，所述补锂剂包括氧化镍锂、氧化铁锂、氧化锰锂、氧化钴锂或氧化铼锂中一种或两种以上。
在本实施例中，其中，Li2NiO2：氧化镍锂，是一种具有高电压和较高比容量的正极材料。其在锂离子电池中的应用可以提高储能密度和电池的工作电压；Li5FeO4：氧化铁锂，是一种高电压正极材料，具有较高的比容量和优异的循环稳定性，由于其较高的电压平台，可以提供更高的能量密度和电池的工作电压。其中，氧化锰锂包括：Li2MnO3（二合一氧化锂锰），是一种低成本和环境友好的正极材料，它具有较高的比容量和较好的电化学性能，可以提高锂离子电池的能量密度；Li6MnO4（六合一氧化锰锂），是一种高电压和高容量的正极材料，具有较高的比容量和循环稳定性，可以提高锂离子电池的能量密度和循环寿命。Li6CoO4：氧化钴锂，是一种高容量和高电压的正极材料，具有较高的比容量和较好的循环稳定性，可用于提高锂离子电池的能量密度和功率密度。Li5ReO6：氧化铼锂，是一种高电压正极材料，具有较高的比容量和稳定的电化学性能，其高电压平台和优异的循环寿命，它可以提供高能量密度和循环寿命的锂离子电池。第二膜片加入补锂剂除了解决了厚正极片开裂问题，使得厚正极片具有较高的剥离强度和较低的电阻，而且可以提高干法电极成膜的均匀度和一致性，并通过加入补锂剂，补充形成SEI膜导致不可逆损失，能够提高电池的首效、能量密度和循环性能。
在一实施例中，所述第一膜片中包含的所述正极活性物质与所述粘结剂A的质量百分比为85%～98%：2%～15%。
在本实施例中，所述第一膜片中包含的正极活性物质与所述粘结剂A两者的质量百分比之和为100%，具体的质量百分比为85%～98%：2%～15%，本实施例优选正极活性物质与所述粘结剂A两者的质量百分比为95%：5%，经试验，该质量百分比所选定的比例范围可以获得更好的电池性能和循环寿命。
在一实施例中，所述补锂剂、所述导电剂与所述粘结剂B的质量百分比为0%～10%：45%～80%：20%～45%。
在本实施例中，所述第二膜片中包含的所述补锂剂、所述导电剂与所述粘结剂B两者质量百分比之和为100%，具体的质量百分比为0%～10%：45%～80%：20%～45%。在实际应用中，第二膜片中每个成分的质量百分比可以根据具体制备要求在以上比例范围内进行调整，获得最佳的电池性能和循环寿命。
在一实施例中，所述正极活性物质、所述导电剂、粘结剂和所述补锂剂的质量百分比为75%～98%：1%～10%：1%～10%：0~5%，其中所述粘结剂包括粘结剂A和粘结剂B。
在本实施例中，整个正极片中所包含的正极活性物质、所述导电剂、所述粘结剂与所述补锂剂的质量百分比为75%～98%：1%～10%：1%～10%：0~5%，表明在制备锂离子电池正极片的过程中，正极活性物质占总质量的75%～98%，导电剂占1%～10%，补锂剂占0~5%；粘结剂占1%～10%，其中所述粘结剂包括粘结剂A和粘结剂B。以上比例设计通过合理控制各组分的含量，调节了正极片的电化学性能和循环寿命，能够满足特定的电池性能要求。
在一实施例中，所述第一膜片的厚度为1um-10um。
在本实施例中，通过辊压工艺，混合物会被辊子挤压并逐渐变薄，最终形成均匀且一致的薄膜，较小的厚度可以提高电极的能量密度，但可能降低电极的容量；较大的厚度则可能提高电极的容量，但可能降低能量密度。本实施例中第一膜片通过辊压压制后的厚度为1μm-10μm，其中，第一膜片通过辊压压制后的厚度优选厚度为2um。本实施例能够通过合理地控制膜片的厚度，达到兼顾能量密度和电极容量的作用。
在一实施例中，所述第二膜片的厚度为1um-10um。
通过辊压工艺，混合物会被辊子挤压并逐渐变薄，最终形成均匀且一致的薄膜，这个厚度范围的选择可以根据电池设计的要求和性能需求进行调整，本实施例中第二膜片通过辊压压制后的厚度为1um-10um，其中，第二膜片通过辊压压制后的厚度优选厚度为2um。较小的厚度可以提高电极的能量密度，但可能降低电极的容量；较大的厚度则可能提高电极的容量，但可能降低能量密度，本实施例通过将厚度控制在1um-10um，（优选厚度为2um）能够起到兼顾能量密度和电极容量的作用。
在一实施例中，所述集流体的厚度为6-20um。
在本实施例中，集流体的厚度可以根据电池的规格进行设计，此处优选12um。
在一实施例中，还提出一种正极片，通过上述中任意一项所述的干法电池正极片制备方法制得。
在本实施例中，正极片包括两个主要部分，即第一堆叠体和集流体。第一堆叠体由第一膜片与第二膜片交替堆叠而成。所述第一膜片由正极活性物质和粘结剂A混合压制而成，所述第二膜片由导电剂和粘结剂B混合压制而成，这些膜片的分层制备形成的复合结构有助于确保各层材料的均匀分布和结合，其中具体的混合比例，已经在上述内容公开，在此不作赘述。第一堆叠体与集流体通过热压连接，其中第二膜片位于第一堆叠体与集流体贴合的一侧，有助于提高电池的导电性能，因为导电剂有助于电子的传导，而粘结剂B有助于维持结构的稳定性。综上所述，本实施例的正极片通过分层复合结构以及各层交替堆叠的方式，将第一膜片、第二膜片在第一堆叠体中均匀分布，且每个对应膜片生成的过程中也会使每个材料成分的分布更加的均匀，后续通过热压连接，确保了各层之间的牢固结合，提高了电池的整体稳定性。在连接的一侧设置第二膜片有助于提高电池的导电性能，从而减少电阻，提高电池的充放电效率。通过优化结构和连接方式，提高电池的能量密度、循环寿命和整体性能。
如图2所示，在一实施例中，还提出一种干法电池正极片制备装置，用于实现对上述正极片进行制造，包括第一牵引机构，所述第一牵引机构的输入端设置有第一挤出机构1，用于将所述正极活性物质和所述粘结剂A混合并挤出第一混合物，且所述第一牵引机构朝向所述第一牵引机构的牵引前进方向上依次设置有第一辊压机构4、第一裁切机构6，用于依次对第一混合物进行辊压和裁切，制成所述第一膜片；
第二牵引机构，所述第二牵引机构的输入端设置有第二挤出机构2，用于将所述导电剂和所述粘结剂B和补锂剂混合并挤出第二混合物，且所述第二牵引机构朝向所述第二牵引机构的牵引前进方向上依次设置有第二辊压机构5、第二裁切机构7，用于依次对挤出的第二混合物进行辊压和裁切，制成所述第二膜片；
第三牵引机构，所述第三牵引机构的输入端设置有上料区3，且所述第三牵引机构朝向牵引前进方向上设置有第三裁切机构8，用于对箔材进行裁切，形成所述集流体；
所述第一牵引机构、所述第二牵引机构和所述第三牵引机构的输出端分别对应设置有第一传送机构9、第二传送机构10和第三传送机构11，所述第一传送机构9、第二传送机构10和第三传送机构11用于分别对所述第一膜片、第二膜片和集流体进行传送，且所述第一传送机构9、所述第二传送机构10和所述第三传送机构11的传送方向上对应设置有伺服运动机构15，用于按照指定顺序转移所述第一传送机构9上的第一膜片和所述第二传送机构10上传送的第二膜片到所述第三传送机构11上的所述集流体上，形成所述第二堆叠体；
热压机构17，所述热压机构17设置在所述第三传送机构11的传送路径上，用于对第三传送机构11上的所述第二堆叠体进行热压成型，形成所述正极片。
在本实施例中，所述第一牵引机构为过辊牵引机构，在第一牵引机构的输入端一侧设置了第一挤出机构1，第一挤出机构1包括入料口和挤出口，将质量比95%：5%的所述正极活性物质和所述粘结剂A从入料口倒入，通过第一挤出机构1进行搅拌混合，然后通过挤出口挤出第一混合物；且牵引方向上依次设置了第一辊压机构4、第一裁切机构6，挤出的第一混合物通过第一牵引机构牵引到第一辊压机构4，通过第一辊压机构4辊压成一定厚度的薄膜，然后经过第一牵引机构牵引到第一裁切机构6进行裁切，裁切后形成第一膜片，然后被牵引到第一传送机构9，所述第一传送机构9优选为真空皮带机构。
所述第二牵引机构为过辊牵引机构，在第二牵引机构的输入端一侧设置了第二挤出机构2，第二挤出机构2同样包括入料口和挤出口，将质量比为50%：50%的所述导电剂和所述粘结剂B和补锂剂从入料口倒入，通过第二挤出机构2进行搅拌混合，然后通过挤出口挤出第二混合物；且牵引方向上依次设置了第二辊压机构5、第二裁切机构7，挤出的第二混合物通过第二牵引机构牵引到第二辊压机构5，通过第二辊压机构5辊压成一定厚度的薄膜，然后经过第二牵引机构牵引到第二裁切机构7进行裁切，裁切后形成第二膜片，然后被牵引到第二传送机构10，所述第二传送机构10优选为真空皮带机构。
所述第三牵引机构的输入端设置了上料区3，上料区3用于放置用于制造集流体的材料，此处优选为使用12um厚的铝箔作为制造集流体的材料经过第三裁切机构8裁切，形成12um厚度的集流体，然后集流体被牵引到第三传送机构11，所述第三传送机构11优选为真空皮带机构。
伺服运动机构15按指定顺序分别移动到与所述第一传送机构9对应的第一移动位置12、与所述第二传送机构10对应的第二移动位置13，以及与第三传送带对应的第三传送位置，用于按照指定顺序对应转移第一膜片、第二膜片到集流体所在的第三传输传送机构进行堆叠，使三者之间进行堆叠形成第二堆叠体，然后通过所述第三传送机构11将其移动到热压机构17对应的热压区域，通过热压成型，形成完整的正极片，然后再通过第三传送机构11传送到物料盒18进行收集。本装置中每个挤出、辊压、裁切环节都能控制膜片的厚度和尺寸，确保最终产生的正极片的一致性和质量，同时通过多个机构和步骤实现流水线式同步生产，提高了生产效率。
在一实施例中，还提出一种二次电池，包括上述的正极片，还包括：负极片，所述正极片和所述负极片之间设置有隔膜，所述隔膜呈z字形设置。
在本实施例中，正极片和所述负极片之间设置有隔膜，隔膜是将正极片和负极片隔开的组件，由具有良好离子传导性能的材料制成。隔膜的作用是防止正负极之间的直接电子传输，同时允许离子在正负极之间传递，以维持电池的电荷平衡。在本实施例中， Z字形隔膜通常由聚丙烯等材料制成，它可以有效地防止正负极之间的直接接触，同时允许电解液的流动。隔膜的作用是防止正负极短路，并允许离子在正负极之间传输，从而维持电池的正常工作。Z字形隔膜设计可以提供更大的表面积，增加电极与电解液的接触面积，提高电池的性能和效率，增加离子传输通道，减小内阻，提高电池的效率，同时可以降低了隔膜变形和损坏的风险，从而延长电池的寿命，有助于防止短路问题，提高电池的安全性。通过采用干法制备的正极片和设计独特的隔膜结构，整个二次电池在能量密度、循环寿命和安全性等方面都具有综合性能的优越性。
使用申请中所述正极片制作的电池（实施例1-11）与使用现有方法制成的正极片的电池（对比例1-3）的关于循环性能的实验数据如下表所示：
如上表实验数据所示，其中：
实施例1：
将正极活性物质和粘结剂A按照95%：5%的比例进行混合，经过压制裁切，形成厚度为2um的第一膜片；将补锂剂、导电剂与粘结剂B按照10%：45%：45%的比例进行混合，经过压制裁切，形成2um厚度的第二膜片；将指定数量的所述第一膜片与所述第二膜片交替堆叠到12um厚度的集流体的一侧，形成第二堆叠体，其中所述一膜片与所述第二膜片各堆叠30层；将所述第二堆叠体进行热压形成所述正极片。该正极片的首次使用带来的效率为82%，在经过300圈充放电循环后的性能为93.50%，DCR为40（mΩ），其中DCR表示直流电阻。
实施例2：
将正极活性物质和粘结剂A按照95%：5%的比例进行混合，经过压制裁切，形成厚度为5um的第一膜片；将补锂剂、导电剂与粘结剂B按照10%：45%：45%的比例进行混合，经过压制裁切，形成5um厚度的第二膜片；将指定数量的所述第一膜片与所述第二膜片交替堆叠到12um厚度的集流体的一侧，形成第二堆叠体，其中所述一膜片与所述第二膜片各堆叠20层；将所述第二堆叠体进行热压形成所述正极片。该正极片的首次使用带来的效率为83%，在经过300圈充放电循环后的性能为95.00%，DCR为45（mΩ），其中DCR表示直流电阻。
实施例3：
将正极活性物质和粘结剂A按照95%：5%的比例进行混合，经过压制裁切，形成厚度为10um的第一膜片；将补锂剂、导电剂与粘结剂B按照10%：45%：45%的比例进行混合，经过压制裁切，形成10um厚度的第二膜片；将指定数量的所述第一膜片与所述第二膜片交替堆叠到12um厚度的集流体的一侧，形成第二堆叠体，其中所述一膜片与所述第二膜片各堆叠10层；将所述第二堆叠体进行热压形成所述正极片。该正极片的首次使用带来的效率为82%，在经过300圈充放电循环后的性能为94.5%，DCR为50（mΩ），其中DCR表示直流电阻。
实施例4：
将正极活性物质和粘结剂A按照95%：5%的比例进行混合，经过压制裁切，形成厚度为10um的第一膜片；将补锂剂、导电剂与粘结剂B按照10%：45%：45%的比例进行混合，经过压制裁切，形成1um厚度的第二膜片；将指定数量的所述第一膜片与所述第二膜片交替堆叠到12um厚度的集流体的一侧，形成第二堆叠体，其中所述一膜片与所述第二膜片各堆叠10层；将所述第二堆叠体进行热压形成所述正极片。该正极片的首次使用带来的效率为81%，在经过300圈充放电循环后的性能为92.5%，DCR为60（mΩ），其中DCR表示直流电阻。
实施例5：
将正极活性物质和粘结剂A按照95%：5%的比例进行混合，经过压制裁切，形成厚度为1um的第一膜片；将补锂剂、导电剂与粘结剂B按照10%：45%：45%的比例进行混合，经过压制裁切，形成10um厚度的第二膜片；将指定数量的所述第一膜片与所述第二膜片交替堆叠到12um厚度的集流体的一侧，形成第二堆叠体，其中所述一膜片与所述第二膜片各堆叠10层；将所述第二堆叠体进行热压形成所述正极片。该正极片的首次使用带来的效率为80%，在经过300圈充放电循环后的性能为90.5%，DCR为56（mΩ），其中DCR表示直流电阻。
实施例6：
将正极活性物质和粘结剂A按照85%：15%的比例进行混合，经过压制裁切，形成厚度为2um的第一膜片；将补锂剂、导电剂与粘结剂B按照10%：45%：45%的比例进行混合，经过压制裁切，形成2um厚度的第二膜片；将指定数量的所述第一膜片与所述第二膜片交替堆叠到12um厚度的集流体的一侧，形成第二堆叠体，其中所述一膜片与所述第二膜片各堆叠30层；将所述第二堆叠体进行热压形成所述正极片。该正极片的首次使用带来的效率为82.5%，在经过300圈充放电循环后的性能为93%，DCR为45（mΩ），其中DCR表示直流电阻。
实施例7：
将正极活性物质和粘结剂A按照98%：2%的比例进行混合，经过压制裁切，形成厚度为2um的第一膜片；将补锂剂、导电剂与粘结剂B按照10%：45%：45%的比例进行混合，经过压制裁切，形成2um厚度的第二膜片；将指定数量的所述第一膜片与所述第二膜片交替堆叠到12um厚度的集流体的一侧，形成第二堆叠体，其中所述一膜片与所述第二膜片各堆叠30层；将所述第二堆叠体进行热压形成所述正极片。该正极片的首次使用带来的效率为81.5%，在经过300圈充放电循环后的性能为95.5%，DCR为40（mΩ），其中DCR表示直流电阻。
实施例8：
将正极活性物质和粘结剂A按照95%：5%的比例进行混合，经过压制裁切，形成厚度为2um的第一膜片；将补锂剂、导电剂与粘结剂B按照80%：20%的比例进行混合，其中，补锂剂的占比为0，经过压制裁切，形成2um厚度的第二膜片；将指定数量的所述第一膜片与所述第二膜片交替堆叠到12um厚度的集流体的一侧，形成第二堆叠体，其中所述一膜片与所述第二膜片各堆叠30层；将所述第二堆叠体进行热压形成所述正极片。该正极片的首次使用带来的效率为82.0%，在经过300圈充放电循环后的性能为94.0%，DCR为45（mΩ），其中DCR表示直流电阻。
实施例9：
将正极活性物质和粘结剂A按照95%：5%的比例进行混合，经过压制裁切，形成厚度为2um的第一膜片；将补锂剂、导电剂与粘结剂B按照5%：67.5%：27.5%的比例进行混合，经过压制裁切，形成2um厚度的第二膜片；将指定数量的所述第一膜片与所述第二膜片交替堆叠到12um厚度的集流体的一侧，形成第二堆叠体，其中所述一膜片与所述第二膜片各堆叠30层；将所述第二堆叠体进行热压形成所述正极片。该正极片的首次使用带来的效率为82.0%，在经过300圈充放电循环后的性能为93.5%，DCR为50（mΩ），其中DCR表示直流电阻。
实施例10：
将正极活性物质和粘结剂A按照85%：15%的比例进行混合，经过压制裁切，形成厚度为2um的第一膜片；将补锂剂、导电剂与粘结剂B按照80%：20%的比例进行混合，其中，补锂剂的占比为0，经过压制裁切，形成2um厚度的第二膜片；将指定数量的所述第一膜片与所述第二膜片交替堆叠到12um厚度的集流体的一侧，形成第二堆叠体，其中所述一膜片与所述第二膜片各堆叠30层；将所述第二堆叠体进行热压形成所述正极片。该正极片的首次使用带来的效率为81.0%，在经过300圈充放电循环后的性能为92.0%，DCR为55（mΩ），其中DCR表示直流电阻。
实施例11：
将正极活性物质和粘结剂A按照98%：2%的比例进行混合，经过压制裁切，形成厚度为2um的第一膜片；将补锂剂、导电剂与粘结剂B按照10%：45%：45%的比例进行混合，经过压制裁切，形成2um厚度的第二膜片；将指定数量的所述第一膜片与所述第二膜片交替堆叠到12um厚度的集流体的一侧，形成第二堆叠体，其中所述一膜片与所述第二膜片各堆叠30层；将所述第二堆叠体进行热压形成所述正极片。该正极片的首次使用带来的效率为81.5%，在经过300圈充放电循环后的性能为93.5%，DCR为50（mΩ），其中DCR表示直流电阻。
对比例1：
对比例1中的正极片使用干法制造，将正极活性物质、导电剂和粘结剂按照96%:2%:2%比例进行混合，混合后进行纤维化处理，通过辊压形成厚度120um的膜片，然后跟铝箔进行复合制作成132um的极片；该正极片的首次使用带来的效率为79.0%，在经过300圈充放电循环后的性能为75.2%，DCR为80（mΩ），其中DCR表示直流电阻。
对比例2：
对比例2中的正极片使用湿法制造，将正极活性物质、导电剂和粘结剂按照96%:2%:2%比例进行混合，使用NMP（N-甲基-2-吡咯烷酮）作为溶剂制成浆料，涂布到铝箔上，通过烘烤去除溶剂，辊压压制成厚度132um的正极片；该正极片的首次使用带来的效率为75.0%，在经过300圈充放电循环后的性能为70.0%，DCR为120（mΩ），其中DCR表示直流电阻。
对比例3：
对比例3中的正极片的制备过程中，将正极活性物质、导电剂和粘结剂按照97%:2%:1%比例进行混合形成厚度为82.8um的第一膜片，将补锂剂、导电剂和粘结剂按照94%:2%:4%比例进行混合形成厚度为4.35um的第二膜片，对比例3中的正极片由正极集流体、设置在正极集流体一侧的第一膜片和第二膜片构成，其中，第一膜片和第二膜片采用的堆叠方式与本申请的实施例不同，未使用交替堆叠的方式；该正极片的首次使用带来的效率为79.5%，在经过300圈充放电循环后的性能为88.0%，DCR为70（mΩ），其中DCR表示直流电阻。
通过以上实验数据可以得知，通过本申请（实施例1-11）制造的正极片，首次使用带来的效率即可以超越现有技术（对比例1-3）中的正极片，另外在经过300圈充放电循环后的性能之后，仍然表现出卓越的循环稳定性和持久性，同时内部的电导性方面表现出色，有助于减少能量损失，在多个关键测量指标上均达到卓越水平；并且，由对比例3和实施例1-11对比，可以明显看出第一膜片和第二膜片交替堆叠方式带来的好处是正极活性物质、导电剂和粘结剂可以混合得更加均匀有序，从而达到提升首次效率和循环性能的效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (15)

1.一种干法电池正极片制备方法，其特征在于，包括：
将正极活性物质和粘结剂A进行混合，经过压制裁切，形成第一膜片；
将补锂剂、导电剂与粘结剂B进行混合，经过压制裁切，形成第二膜片；
将所述第一膜片与所述第二膜片交替堆叠到集流体的一侧或两侧，形成第二堆叠体；
将所述第二堆叠体进行热压形成所述正极片。
2.根据权利要求1所述的干法电池正极片制备方法，其特征在于，所述将正极活性物质和粘结剂A进行混合，经过压制裁切，形成第一膜片的步骤包括：
将所述正极活性物质和所述粘结剂A进行混合，形成第一混合物；
将所述第一混合物经过辊压压制成第一薄膜；
将所述第一薄膜裁切成第一指定尺寸，形成所述第一膜片。
3.根据权利要求1所述的干法电池正极片制备方法，其特征在于，所述将补锂剂、导电剂与粘结剂B进行混合，经过压制裁切，形成第二膜片的步骤包括：
将所述导电剂、补锂剂与粘结剂B进行混合，形成第二混合物；
将所述第二混合物经过辊压压制成第二薄膜；
将所述第二薄膜裁切成第二指定尺寸，形成所述第二膜片。
4.根据权利要求1所述的干法电池正极片制备方法，其特征在于，所述将所述第一膜片与所述第二膜片交替堆叠到集流体的一侧或两侧，形成第二堆叠体的步骤包括：
将所述第一膜片与所述第二膜片交替堆叠形成第一堆叠体；
将所述第一堆叠体中为第二膜片的一侧与所述集流体进行贴合堆叠，形成所述第二堆叠体。
5.根据权利要求1所述的干法电池正极片制备方法，其特征在于，所述正极活性物质包括磷酸铁锂、复合镍钴锰氧化物、锰酸锂或磷酸锰铁锂中的其中一种或两种以上。
6.根据权利要求1所述的干法电池正极片制备方法，其特征在于，所述补锂剂包括氧化镍锂、氧化铁锂、氧化锰锂、氧化钴锂或氧化铼锂中的其中一种或两种以上。
7.根据权利要求1所述的干法电池正极片制备方法，其特征在于，所述第一膜片中包含的所述正极活性物质与所述粘结剂A的质量百分比为85%～98%：2%～15%。
8.根据权利要求1所述的干法电池正极片制备方法，其特征在于，所述补锂剂、所述导电剂与所述粘结剂B的质量百分比为0%～10%：45%～80%：20%～45%。
9.根据权利要求1所述的干法电池正极片制备方法，其特征在于，所述正极活性物质、所述导电剂、粘结剂与所述补锂剂的质量百分比为75%～98%：1%～10%：1%～10%：0~5%；其中，所述粘结剂包括粘结剂A和粘结剂B。
10.根据权利要求1所述的干法电池正极片制备方法，其特征在于，所述第一膜片的厚度为1um-10um。
11.根据权利要求1所述的干法电池正极片制备方法，其特征在于，所述第二膜片的厚度为1um-10um。
12.根据权利要求1所述的干法电池正极片制备方法，其特征在于，所述集流体的厚度为6-20um。
13.一种正极片，其特征在于，通过权利要求1-12中任意一项所述的干法电池正极片制备方法制得。
14.一种干法电池正极片制备装置，用于实现对权利要求13所述的正极片的制造，其特征在于，包括：
第一牵引机构，所述第一牵引机构的输入端设置有第一挤出机构，用于将所述正极活性物质和所述粘结剂A混合并挤出第一混合物，且所述第一牵引机构朝向所述第一牵引机构的牵引前进方向上依次设置有第一辊压机构、第一裁切机构，用于依次对第一混合物进行辊压和裁切，制成所述第一膜片；
第二牵引机构，所述第二牵引机构的输入端设置有第二挤出机构，用于将所述导电剂和所述粘结剂B和补锂剂混合并挤出第二混合物，且所述第二牵引机构朝向所述第二牵引机构的牵引前进方向上依次设置有第二辊压机构、第二裁切机构和第二传送机构，用于依次对挤出的第二混合物进行辊压和裁切，制成所述第二膜片；
第三牵引机构，所述第三牵引机构的输入端设置有上料区，且所述第三牵引机构朝向牵引前进方向上设置有第三裁切机构，用于对箔材进行裁切，形成所述集流体；
所述第一牵引机构、所述第二牵引机构和所述第三牵引机构的输出端分别对应设置有第一传送机构、第二传送机构和第三传送机构，所述第一传送机构、第二传送机构和第三传送机构用于分别对所述第一膜片、第二膜片和集流体进行传送，且所述第一传送机构、所述第二传送机构和所述第三传送机构的传送方向上对应设置有伺服运动机构，用于按照指定顺序转移所述第一传送机构上的第一膜片和所述第二传送机构上传送的第二膜片到所述第三传送机构上的所述集流体上，形成所述第二堆叠体；
热压机构，所述热压机构设置在所述第三传送机构的传送路径上，用于对第三传送机构上的所述第二堆叠体进行热压成型，形成所述正极片。
15.一种二次电池，其特征在于，包括权利要求13所述的正极片，还包括：负极片，所述正极片和所述负极片之间设置有隔膜，所述隔膜呈z字形设置。
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