CN216133877U - 一种极片涂布结构 - Google Patents

Abstract

一种极片涂布结构，属于电池领域。极片涂布结构包括：复合集流体，具有绝缘膜层以及分别形成于所述绝缘膜层的两侧表面且极性相反的第一导电层和第二导电层；干燥的第一活性材料层，附着于所述第一导电层表面；干燥的第二活性材料层，附着于所述第二导电层表面，所述第二活性材料层与所述第一活性材料层的极性相反。该涂布结构简单、易于实现的优点。

Description

一种极片涂布结构

技术领域

本申请涉及电池领域，具体而言，涉及一种极片涂布结构。

背景技术

在电池行业中，传统地，极片制作工艺中，通常是通过冷压工艺实施。即在集流体上涂布主要包括活性材料的浆料后，进行辊压。并且，由于正极极片和负极极片是两个独立的部件，因此，正极极片和负极极片通过分别独立地进行冷压而制作。

实用新型内容

针对不能通过现有工艺制作将正极和负极结合为一体的复合集流体的问题，本申请提出了一种极片涂布结构。

本申请是这样实现的：

本申请实例提供了一种极片涂布结构，其包括：

复合集流体，具有绝缘膜层以及分别形成于绝缘膜层的两侧表面且极性相反的第一导电层和第二导电层；

干燥的第一活性材料层，附着于第一导电层表面；

干燥的第二活性材料层，附着于第二导电层表面，第二活性材料层与第一活性材料层的极性相反。

在本申请的一些示例中，绝缘膜层的厚度分别大于第一导电层的厚度和第二导电层的厚度。

在本申请的一些示例中，干燥的第二活性材料层的压实密度为1.0-2.2g/cm³。

在本申请的一些示例中，第二活性材料层的表面是平整的。

在本申请的一些示例中，第一导电层为铝层。

在本申请的一些示例中，第二导电层为铜层。

在本申请的一些示例中，绝缘膜层为聚乙烯膜层、聚丙烯膜层或聚酰亚胺膜层。

在以上实现过程中，本申请实施例提供的极片涂布结构基于具有正极性导电层和负极性导电层的复合集流体(双极性集流体)的基础上，从而使得是制作双极性的极片的方案成为可能。

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为本申请实施例中提出的复合集流体的结构示意图；

图2示出了在图1的复合集流体的正极导电层表面形成正极活性材料以及第一种冷压后的结构变化；

图3示出了在图1的复合集流体的正极导电层表面形成正极活性材料以及第二种冷压后的结构变化；

图4为本申请实施例中提出的基于复合集流体的极片涂布流程示意图。

图标：100-复合集流体；101-聚合物薄膜；102-铝层；103-铜层；203-第一活性材料。

具体实施方式

传统的分别被独立地制作的正极极片、负极极片受电池壳容积和厚度的影响。并且，由于这些极片一般都是使用金属箔材如铜箔、铝箔，因此这些的极片厚度较大，从而会使卷绕层数较少，进而限制基于其的电池的容量的设计。

基于这样的现状分析，为了提高电池容量，可以通过降低极片的厚度，使得在相同的电池壳容积和厚度的情况下，可以装入卷绕层数更多的电芯。

基于此，在本申请示例中选择使用复合集流体，因此，采用该复合集流体可以制作复合的极片，从而在现有电池壳容积的情况下做到极片更薄、卷绕层数更多，从而使同一电池壳容积的情况下达到提升容量的要求。

并且，考虑到极片的制作方法，本申请对应开发了一种新的使用上述复合集流体的新型电池极片的制作工艺——具体涉及针对复合集流体的涂布方式的改进。

为了使本领域技术人员更清楚地和容易地实施本申请方案，示例中的复合集流体100的结构如图1所示。

该复合集流体100包括聚合物薄膜101(或称绝缘的支撑体，或称绝缘膜层)、以及分别位于该聚合物薄膜101的两侧表面的铝层102和铜层103。其中铜层103作为负极性的结构层存在，而铝层102则作为正极性的结构层存在。

其中的聚合物薄膜101可以采用PET、PP、PI等物质，即聚乙烯膜层、聚丙烯膜层或聚酰亚胺膜层。聚合物薄膜101是绝缘的，以便电隔离铜层103和铝层102。其中铜层103和铝层102可以通过化学气相沉积等方式制作而成，且其厚度一般小于聚合物薄膜101的。

以下就上述结构的复合集流体100的极片的涂布方式进行说明。

由于复合集流体具有正极性导电层(下称第一导电层)和负极性导电层(下称第二导电层)，因此，本申请示例中的涂布方式要实现在上述的正极性导电层上形成正极活性材料层(下称第一活性材料)、在上述的负极性导电层上形成负极活性材料层(下称第二活性材料)。

其中的正极活性材料一般可以选择为磷酸铁锂，三元，锰酸锂，钴酸锂等；其中的负极活性材料一般可以选择为石墨，硅碳，钛酸锂等。在具体的工艺中上述物质被配制为浆料，以便进行涂布。例如，将磷酸铁锂等活性物质(如磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、三元等)、导电剂(如SP，CNTs等)以及粘结剂(如PVDF等)混合为黏稠状浆料。或者，将石墨等活性材料(石墨、硅碳、钛酸锂等)、导电剂(如SP、CNTs、石墨烯等)以及粘结剂(CMC、SBR等)混合为黏稠状浆料。

总体上而言，在本申请的涂布的上述第一活性材料和第二活性材料根据各自的烘干温度对涂布方式进行选择。并且，上述第一活性材料和第二活性材料是通过分步而在不同的步骤中涂布完成的，参阅图4。

方案一

例如，当第一活性材料的烘干温度大于或等于第二活性材料的烘干温度时，则，先涂布第一活性材料，待其被烘干之后，再涂布第二活性材料并进行烘干。需要指出的是，在涂布操作中，极性相同的导电层和活性材料配合。即正极性的导电层(如铝)表面涂布正极性的活性材料(如磷酸铁锂)。

方案二

在另一些示例中，在分步涂布不同极性的活性材料中，还可以结合辊压(如冷压)。例如，当第一活性材料的烘干温度大于或等于第二活性材料的烘干温度时，先涂布第一活性材料，待第一活性材料被烘干之后对该第一活性材料进行冷压；然后，涂布第二活性材料并进行烘干。

上述的示例中，由于方案一进行了涂覆和烘干操作，因此，其操作相对比较简单。

方案二中还要进行冷压操作(压片步骤)，并且是在第二次涂布之前先执行。由于冷压操作会对涂布的活性材料的应力情况产生影响，甚至于会导致膜材卷曲情况的发生，从而会严重地影响第二次涂布的正常进行。因此，需要对冷压操作进行特别地考虑。示例中，在执行该压片步骤的过程中，通过调整所述第一活性材料的压实密度以抑制集流体的卷曲。即避免对第一活性材料的过度挤压，从而抑制第一活性材料使复合集流体发生卷曲。

并且，在实践中，如果冷压操作的压实密度选择不当，会导致冷压侧向未涂布侧卷曲。例如，在复合集流体上的正极性层上涂布正极活性材料并进行了不当的冷压之后，以正极侧向负极侧卷曲。参阅图2，在复合集流体上涂布第一活性材料203，经过烘干和恰当的冷压操作(例如压实密度为1.0至2.0g/cm³)后，第一活性材料203的厚度相对于涂布和烘干之后的厚度变得更薄，并且其整体仍然能够保持平整的结构。如果在涂布第一活性材料203和经过烘干，采用不当的冷压操作(例如压实密度大于2.0g/cm³)，将会导致整体结构发生卷曲而不能保持平整，如图3所示。在图3中，被不恰当地冷压的第一活性材料203向内卷，从而使负极导电层(如铜层103)位于最内圈层。

在上述的涂布方案中，活性材料在涂布后都进行了烘干处理，这是基于活性材料的是以浆料的形式制作而成，且其中会含有溶剂、塑化剂等物质，因此，烘干处理可以将熔剂、塑化剂等物质去掉，以避免这些物质对电极的潜在不利影响，同时也使活性材料更易于附着在复合集流体表面。通常地，涂布操作和烘干操作可以同时进行。例如在加热的设备中进行涂布操作。利用使用具有涂布设备的烘箱进行涂布操作。

作为一种可替代的具体实例，第一涂布方式可通过下述方式实施。

步骤11、配制电极材料

第一活性材料(正极)的粘度为3000-8000mPa·S^-1，干燥温度为90至110℃；第二活性材料(负极)的粘度为4000-8000mPa·S^-1，干燥温度为60至90℃。正极浆料的具体组成为磷酸铁锂、超细导电炭黑和聚偏氟乙烯。负极浆料的具体组成为石墨、超细导电炭黑以及羧甲基纤维素钠。

步骤12、正极涂布

涂布的速度选择为5-20m/min，烘箱温度为90至110℃，风频为15-50m/min。

步骤13、负极涂布

涂布的速度选择为5-20m/min，烘箱温度为60至90℃，风频为15-20m/min。

或者，第二涂布方式还可通过下述方式实施。

步骤21、配制电极材料

第一活性材料(正极)的粘度为3000-8000mPa·S^-1，干燥温度为90至110℃；第二活性材料(负极)的粘度为4000-8000mPa·S^-1，干燥温度为60至90℃。正极浆料的具体组成为磷酸铁锂、超细导电炭黑和聚偏氟乙烯。负极浆料的具体组成为石墨、超细导电炭黑以及羧甲基纤维素钠。

步骤22、正极涂布

涂布的速度选择为5-20m/min，烘箱温度为90至110℃，风频为15-50m/min。

步骤23、正极冷压

将单面的正极极片按照1.0-2.0g/cm³的压实密度辊压至一定厚度后。

步骤24、负极涂布

涂布的速度选择为5-20m/min，烘箱温度为60至90℃，风频为15-20m/min。

对比例

第三涂布方式可通过下述方式实施。

步骤31、配制电极材料

第一活性材料(正极)的粘度为3000-8000mPa·S^-1，干燥温度为90至110℃；第二活性材料(负极)的粘度为4000-8000mPa·S^-1，干燥温度为60至90℃。正极浆料的具体组成为磷酸铁锂、超细导电炭黑和聚偏氟乙烯。负极浆料的具体组成为石墨、超细导电炭黑以及羧甲基纤维素钠。

步骤32、负极涂布

涂布的速度选择为5-20m/min，烘箱温度为60至90℃，风频为15-20m/min。

步骤33、正极涂布

涂布的速度选择为5-20m/min，烘箱温度为90至110℃，风频为15-50m/min。

上述涂布方式会导致，先涂布的负极材料层出现开裂、脱落情况。

第四涂布方式还可通过下述方式实施。

步骤21、配制电极材料

第一活性材料(正极)的粘度为3000-8000mPa·S^-1，干燥温度为90至110℃；第二活性材料(负极)的粘度为4000-8000mPa·S^-1，干燥温度为60至90℃。正极浆料的具体组成为磷酸铁锂、超细导电炭黑和聚偏氟乙烯。负极浆料的具体组成为石墨、超细导电炭黑以及羧甲基纤维素钠。

步骤22、正极涂布

涂布的速度选择为5-20m/min，烘箱温度为90至110℃，风频为15-50m/min。

步骤23、正极冷压

将单面的正极极片按照2.2g/cm³的压实密度辊压至一定厚度后。

步骤24、负极涂布

涂布的速度选择为5-20m/min，烘箱温度为60至90℃，风频为15-20m/min。

上述涂布方式会导致，先涂布的正极材料层出现卷曲，并使符合集流体也出现卷曲。

综上，本申请方案对于复合集流体而言，选择对干燥温度高的电极材料先涂布和烘干，然后再对干燥温度低的电极材料进行涂布烘干。或者，在对干燥温度高的电极材料先涂布和烘干之后，经过冷压，然后再对干燥温度低的电极材料进行涂布烘干。

上述的涂布方式可以确保涂布质量更高，可以避免对干燥温度低的电极材料先涂布和烘干的方案所导致的问题——干燥温度高的电极材料在后涂布和烘干，会使先涂布的低干燥温度的电极材料层出现开裂、脱层等外观问题。

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 (7)

1.一种极片涂布结构，其特征在于，包括：

复合集流体，具有绝缘膜层以及分别形成于所述绝缘膜层的两侧表面且极性相反的第一导电层和第二导电层；

干燥的第一活性材料层，附着于所述第一导电层表面；

干燥的第二活性材料层，附着于所述第二导电层表面，所述第二活性材料层与所述第一活性材料层的极性相反。

2.根据权利要求1所述的极片涂布结构，其特征在于，所述绝缘膜层的厚度分别大于所述第一导电层的厚度和所述第二导电层的厚度。

3.根据权利要求1所述的极片涂布结构，其特征在于，所述干燥的第二活性材料层的压实密度为1.0-2.2g/cm³。

4.根据权利要求3所述的极片涂布结构，其特征在于，所述第二活性材料层的表面是平整的。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的极片涂布结构，其特征在于，所述第一导电层为铝层。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的极片涂布结构，其特征在于，所述第二导电层为铜层。

7.根据权利要求1至4中任意一项所述的极片涂布结构，其特征在于，所述绝缘膜层为聚乙烯膜层、聚丙烯膜层或聚酰亚胺膜层。

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