CN1805178A - 一种锂电池电极极片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种锂电池电极极片的制备方法，该方法包括拉浆工序，滚轧工序，分切工序和切断工序，其中，在拉浆工序后，先进行分切工序，再进行滚轧工序。采用该方法可以大大减少锂离子电池极片上存在的毛刺，减小毛刺的高度，从而可以大大降低电池短路率，提高电池的合格率。
Description
技术领域
本发明是关于一种二次电池电极极片的制备方法，更具体地说是关于一种一种锂电池电极极片的制备方法。
背景技术
随着信息技术的蓬勃发展，以及对环保重视程度的不断提高，锂二次电池以其高能量密度、高电压、体积小、重量轻、安全性好等优点，近十年来获得了巨大的发展，已成为通讯类电子产品的主要能源之一。
锂离子电池包括电极片芯和非水电解液，所述电极片芯和非水电解液密封在电池壳体内，所述电极片芯包括正极极片、负极极片及隔膜，正极极片、负极极片以及隔膜通过卷针卷绕而成。
现有技术中，正极极片的制备方法依次包括拉浆工序，滚轧工序，分切工序和切断工序，其中，拉浆工序指在宽幅导电基体(集电体)上涂覆一种含有正极活性物质和粘合剂的浆液，干燥。滚轧工序指将涂覆上活性物质的导电基体进行滚轧，使涂覆上活性物质形成致密的涂层。分切工序指在分切机中将滚轧后的极片分切成预定宽度。切断工序指将分切后的极片切断，使极片长度符合不同电池需要的工序。负极极片的制备方法除了将其中的正极活性物质换为负极活性物质之外，与正极极片的制备方法相同。
由于上述极片的制备方法中，拉浆、滚轧、分切和切断可以形成一种连续生产线，自动化程度较高，因此，制备工作效率高，人工操作成本较低。所以，长久以来，锂离子电池极片的制备方法已经形成了这种固定的模式，基本上所有厂家均采用该方法制备锂离子电池极片。
然而，上述方法存在一个无法解决的致命的缺点，即采用该方法制备的电极上存在大量的毛刺，这些毛刺在后续的卷绕以及制备电池的过程中极易刺破隔膜，从而导致电池短路，电池的短路率较高，大大降低了电池的合格率，从而增加了生产成本，降低了生产效率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术制备的锂离子电池极片上存在大量的毛刺，导致电池的短路率较高的缺点，提供一种电池极片上毛刺较少，电池的短路率较低的锂离子电池电极极片的制备方法。
本发明提供的锂离子电池电极极片的制备方法包括拉浆工序，滚轧工序，分切工序和切断工序，其中，在拉浆工序后，先进行分切工序，再进行滚轧工序。
采用本发明的方法可以大大减少锂离子电池极片上存在的毛刺，减小毛刺的高度，从而可以大大降低电池短路率，提高电池的合格率。
附图说明
图1是采用本发明提供的方法制备的正极极片的扫描电镜照片；
图2是采用现有技术制备的正极极片的扫描电镜照片。
具体实施方式
本发明提供的锂离子电池电极极片的制备方法包括拉浆工序，滚轧工序，分切工序和切断工序，其中，在拉浆工序后，先进行分切工序，再进行滚轧工序。
其中，电极极片可以是正极极片或负极极片。
所述拉浆工序可以采用现有的拉浆工序，即在宽幅导电基体(或叫做集电体)上涂覆一种含有活性物质和粘合剂的浆液，干燥。在宽幅导电基体上涂覆含有活性物质和粘合剂的浆液可以采用人工涂覆的方法，或者采用在拉浆机上涂覆的方法，优选为在拉浆机上涂覆的方法。干燥的条件为本领域技术人员所公知，干燥的温度一般为50-160℃，优选80-150℃。
当所述电极极片为正极极片时，所述含有活性物质和粘合剂的浆液指含有正极活性物质和粘合剂的浆液，所述导电基体为适合用作锂离子电池正极的导电基体。所述适合用作锂离子电池正极的导电基体为本领域技术人员所公知，例如可以是铝箔。所述正极活性物质可以选自锂二次电池常规的正极活性物质，如LixNi1-yCoO2(其中，0.9≤x≤1.1，0≤y≤1.0)、LimMn2-nBnO2(其中，B为过渡金属，0.9≤m≤1.1，0≤n≤1.0)、Li1+aMbMn2-bO4(其中，-0.1≤a≤0.2，0≤b≤1.0，M为锂、硼、镁、铝、钛、铬、铁、钴、镍、铜、锌、镓、钇、氟、碘、硫元素中的一种)中的一种或几种。所述粘合剂的种类和含量为本领域技术人员所公知，例如含氟树脂和聚烯烃化合物如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡胶(SBR)中的一种或几种。一般来说，所述含有正极活性物质和粘合剂的浆液中正极活性物质的含量为40-90重量％，优选为50-85重量％；所述粘合剂的含量为正极活性物质的0.01-8重量％，优选为1-5重量％。
当所述电极极片为负极极片时，所述含有活性物质和粘合剂的浆液指含有负极极活性物质和粘合剂的浆液，所述导电基体为适合用作锂离子电池负极的导电基体。所述适合用作锂离子电池负极的导电基体为本领域技术人员所公知，例如可以选自铜泊。所述负极活性物质可以选自锂二次电池常规的负极活性物质，如天然石墨、人造石墨、石油焦、有机裂解碳、中间相碳微球、碳纤维、锡合金、硅合金中的一种或几种。所述粘合剂可以选自锂二次电池常规的粘合剂，如含氟树脂和聚烯烃化合物如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡胶(SBR)中的一种或几种。一般来说，所述含有负极活性物质和粘合剂的浆液中负极极活性物质的含量为40-90重量％，优选为50-85重量％；所述粘合剂的含量为负极活性物质的0.01-8重量％，优选为1-5重量％。所述含有负极活性物质和粘合剂的浆液中还可以包括负极助剂，所述负极助剂的种类和含量为本领域技术人员所公知，例如，所述负极助剂可以选自导电剂，如乙炔黑、导电碳黑、导电石墨中的一种或几种，其含量为负极活性物质的0-15重量％，优选为0-10重量％。
所述分切工序是指将涂覆上活性物质的宽幅导电基体进行切割，切割的宽度使经滚轧后得到的涂覆上活性物质的导电基体的宽度适合用作锂离子电池极片。一般来说，切割的宽度根据电池的大小，可以在很大范围内变动，如切割的宽度使经滚轧后得到的涂覆上活性物质的导电基体的宽度为10-200毫米，并且随着技术的发展，可以更宽或更窄。所述分切的方法可以采用现有的任意的分切方法，如人工分切的方法或用分切机进行分切的方法。
所述滚轧工序指将使涂覆上的活性物质形成致密的涂层。活性物质致密的程度使活性物质的密度符合电池的要求，活性物质致密的程度为本领域技术人员所公知。根据电池的不同，滚轧后得到的涂覆上活性物质的导电基体的厚度可以在很大范围内变动，对于现有的小型锂离子电池来说，该厚度一般为0.08-0.15毫米。所述滚轧方法可以采用现有的任意的滚轧方法，如用滚轧机进行滚轧的方法。
所述切断工序指将滚轧后的涂覆上活性物质的导电基体切断，使极片长度适合用作锂离子电池极片。所述切断的方法可以采用现有的任意的切断的方法，如人工切断的方法或用切断机进行分切的方法。
按照本发明提供的方法制备的极片可以用作锂离子电池的极片，包括正极极片和负极极片。将正极极片、隔膜、负极极片卷绕，置于电池壳内，加入菲水电解液，密封就可以得到锂离子电池。所述卷绕方法、隔膜、非水电解液的种类和用量、密封的方法为本领域技术人员所公知。
下面的实施例将对本发明作进一步说明。
本实例说明本发明提供的方法和含有本发明提供的方法制备的极片的锂离子电池。
(1)正极极片的制备
A：100份重量正极活性物质LiCoO2、4份重量粘接剂PVDF(聚偏二氟乙烯)、4份重量导电剂乙炔黑加入到40份重量NMP(N-甲基吡咯烷酮)中，然后在真空搅拌机中搅拌形成稳定、均一的分散正极浆料。将该浆料用拉浆机均匀地涂布在宽幅铝箔(宽为500毫米，厚度为0.2毫米)上，然后，120℃烘干，得到涂覆上正极活性物质的宽幅极片。
B：将得到的涂覆上正极活性物质的宽幅极片分切成宽度为44毫米的窄极片。
C：在辊轧机上辊轧，得到厚度为0.1毫米的窄极片。
D：将(C)得到的滚轧后的涂覆上正极活性物质的窄极片在切断机上切断，得到433×44×0.1毫米的的正极极片。正极极片上正极活性物质LiCoO2的含量为7.5克。该极片长边棱的中间部位的电子扫描电镜照片(放大20倍)如图1所示。
(2)负极极片的制备
A：100份重量负极活性物质天然石墨、4份重量粘接剂PTFE(聚四氟乙烯)、4份重量导电剂炭黑加入到40份重量DMSO(二甲基亚砜)中，再加入0.3份重量分散剂(聚异丁烯丁二酰亚胺∶聚环氧乙烷醚＝1∶1)，然后在真空搅拌机中搅拌形成稳定、均一的分散负极浆料。将该浆料用拉浆机均匀地涂布在宽幅铜箔(宽为500毫米，厚度为0.2毫米)上，然后，120℃烘干，得到涂覆上负极活性物质的宽幅极片。
B：将得到的涂覆上负极活性物质的宽幅极片分切成宽度为45毫米的窄极片。
C：在辊轧机上辊轧，得到厚度为0.1毫米的窄极片。
D：将(C)得到的滚轧后的涂覆上负极极活性物质的窄极片在切断机上切断，得到400×45×0.1毫米的负极极极片。负极极片上负极活性物质天然石墨的含量为3.6克。
(3)电极片芯的制备
将(1)和(2)制备的正极极片、负极极片和隔膜聚丙烯膜(厚度为0.01mm，出品)卷绕成电极片芯。
(4)电池的装配
将LiPF6与EC及DMC配置成LiPF6浓度为1摩尔/升的溶液(EC/DMC的体积比为1∶1。EC为碳酸乙烯酯，DMC为碳酸二甲酯)，得到非水电解液，非水电解液的用量为2.2克/只。将(3)得到的电极片芯置于5×34×50毫米的方形电池壳内，注入上述非水电解液，密封制成锂离子电池。共制备20000个同样的电池。
对比例1
本对比例说明现有电极极片的制备方法和包括该极片的锂离子电池。
按照实例1的方法制备极片和锂离子电池，不同的只是，正极极片和负极极片的制备过程中，C和B顺序颠倒。正极极片长边棱的中间部位的电子扫描电镜照片(放大20倍)如图2所示。共制备20000个同样的电池。
实例2
下面的实例说明本发明提供的电池的短路率。
对实例1-4制备的电池的短路率进行了测定。测定方法为：采用万用表测电池内阻，内阻小于20兆欧的电池为短路电池，分拣出20000个电池中发生短路的电池，然后，将发生短路的电池拆开，分析其发生短路的原因，得到由于极片毛刺刺穿隔膜造成电池内部短路的电池的个数。结果如下：实例1制备的20000个电池的短路率为0.01％。其中，短路率指由于极片毛刺刺穿隔膜造成电池内部短路的短路率，即短路率＝由于极片毛刺刺穿隔膜造成电池内部短路的电池个数/20000。
对比例2
本对比例说明包括采用现有方法制备的电极极片的锂离子电池的短路率。
按实例2的方法测定对比例1制备的20000个电池的短路率，其短路率为0.05％。
图1和2的结果表明，采用本发明提供的方法制备的电极极片上，毛刺的大小和数量均得到明显降低，电极极片的表面更加平滑。实例2和对比例2的结果表明，与包括采用现有方法制备的电极极片的锂离子电池相比，包括采用本发明提供的方法制备的电极极片的电池的短路率降低了80％。采用本发明的方法，在不增加操作步骤，不明显改变操作条件，只是变化了现有技术中分切和滚轧的次序的情况下，就使得的由于极片毛刺刺穿隔膜造成的电池短路率得到大大降低，这对于本领域技术人员来说，完全出乎意料之外。
Claims (2)
1.一种锂电池电极极片的制备方法，该方法包括拉浆工序，滚轧工序，分切工序和切断工序，其特征在于，在拉浆工序后，先进行分切工序，再进行滚轧工序。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拉浆工序指在宽幅导电基体上涂覆一种含有活性物质和粘合剂的浆液，干燥；所述分切工序是指将涂覆上活性物质的宽幅导电基体进行切割，切割的宽度使涂覆上活性物质的导电基体的宽度适合用作锂离子电池极片；所述滚轧工序指将涂覆上活性物质的导电基体进行滚轧，使涂覆上的活性物质形成致密的涂层；所述切断工序指将分切后的涂覆上活性物质的导电基体切断，使极片长度适合用作锂离子电池极片。
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