CN218274694U

CN218274694U - 一种干法复合电极极片和锂电池

Info

Publication number: CN218274694U
Application number: CN202220402984.6U
Authority: CN
Inventors: 李航; 郑立奇
Original assignee: Shanghai Jusheng Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Jusheng Technology Co Ltd
Priority date: 2022-02-28
Filing date: 2022-02-28
Publication date: 2023-01-10
Anticipated expiration: 2032-02-28

Abstract

本申请公开了一种干法复合电极极片和锂电池，该复合电极极片中的膜片单元采用干法电极技术制备，然后根据实际需要，不同活性物质或不同物理性能的多层膜片单元可以通过辊压设备复合于集流体单元表面，形成复合电极极片，从而解决了采用湿法电极技术时很难将多种活性物质进行复合的技术问题。

Description

一种干法复合电极极片和锂电池

技术领域

本实用新型涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种干法复合电极极片和锂电池。

背景技术

随着技术的发展，锂电池的应用越来越广泛。现有的锂电池的制造工序总体分为前中后三大道工序，分别为电极制备、电池装配和化成，其中，在上述三大道工序中，电极制备工序最为重要，电极的性能基本决定了锂电池的性能和一致性。

目前，一方面，电极的制备通常是采用湿法电极技术，即，电极工序包含材料分散搅拌、涂布、烘干、碾压、分切和极耳焊接等；另一方面，锂电池的正极活性物质或负极活性物质有多种，每种材料均有一定的短板，需要将两种或多种材料进行复合使用。

然而，发现，在现有的湿法电极技术中，很难将上述的活性物质进行复合使用。

实用新型内容

针对上述技术问题的至少一个方面，本申请实施例提供了一种干法复合电极极片，该复合电极极片中的膜片单元采用干法电极技术制备，然后根据实际需要，不同活性物质或不同物理性能的多层膜片单元可以通过辊压设备复合于集流体单元表面，形成复合电极极片，从而解决了采用湿法电极技术时很难将多种活性物质进行复合的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供一种干法复合电极极片，所述复合电极极片包括：

集流体单元，

膜片单元，所述膜片单元设于所述集流体单元的表面；

其中，所述膜片单元通过干法电极技术制备并辊压覆合于所述集流体单元的上下表面，所述集流体单元的上下表面镜像对称的分别设有一层或多层所述膜片单元。

在一实施例中，所述膜片单元包括活性物质、粘结剂和导电剂；其中，所述活性物质、所述粘结剂和所述导电剂混合后经加热和纤维化得到极片粉料，所述极片粉料依次经垂直辊压和水平辊压得到所述膜片单元。

在一实施例中，所述膜片单元的厚度为10～300μm，所述膜片单元的压实密度为1.0～4.5g/cm³。

在一实施例中，所述活性物质包括正极活性物质或负极活性物质，其中所述正极活性物质为钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴酸锂、磷酸铁锂和三元材料中的任一种，所述负极活性物质为人造石墨、天然石墨、硅碳石墨、硅氧石墨、硅中的任一种。

在一实施例中，所述粘结剂包括羟甲基纤维素、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯中的一种或多种。

在一实施例中，所述导电剂包括导电石墨、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯中的一种或多种。

在一实施例中，所述膜片单元通过辊压设备辊压覆合于所述集流体单元的表面，其中，所述辊压设备的热辊压速度为5～50m/min，加热温度为150～250℃，压辊与所述膜片单元接触的纵向长度大于0.3～0.5m。

在一实施例中，所述膜片单元与所述集流体单元之间、相邻所述膜片单元之间涂覆有导电涂胶，所述导电涂胶的厚度为1～3μm；所述导电涂胶中导电剂的质量含量为50～80％。

在一实施例中，所述集流体单元包括铝箔或铜箔。

第二方面，本申请实施例还提供一种锂电池，所述锂电池包括正极电极和负极电极，所述正极电极和/或所述负极电极为上述的复合电极极片。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例提供了一种干法复合电极极片，该复合电极极片中的膜片单元采用干法电极技术制备，然后根据实际需要，不同活性物质或不同物理性能的多层膜片单元可以通过辊压设备复合于集流体单元表面，形成复合电极极片，从而解决了采用湿法电极技术时很难将多种活性物质进行复合的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中所述复合电极极片的一种结构示意图。

图2为本申请实施例中所述复合电极极片的另一种结构示意图。

图3为本申请实施例中所述复合电极极片的又一种结构示意图。

其中，附图标记：

10-集流体单元，20-膜片单元。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将参考附图详细地描述本申请的示例实施例，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例性实施例的限制。

21世纪是锂电池新型储能的世纪，从3C数码到汽车航天等领域得到广泛应用，21世纪可以说是锂电池的世纪，彻底改变了人类的生活出行方式，对人类影响深远。随着社会进步，人们对锂电池的使用场景要求越来越高，也就是能量密度越来越高，安全性能越来好，寿命越来越长。进一步对锂电池提出的更高的要求，促进锂电池的技术进步。

锂电池制造工序总体分为前中后三大道工序，分别为电极、装配、化成，在三大道工序中，电极制备工序，最为重要，它基本上决定了电池的性能和一致性。电极工序包含材料分散搅拌，涂布，烘干，碾压，分切，极耳焊接等工序，工序复杂，而且过程耗能极高，污染环境。因正极搅拌分散使用的溶剂是有毒污染性的NMP，在搅拌和烘烤过程中会存在一定的污染，对操作工人的身体有一定的损伤，而且能耗极高。整个电极工序繁琐，能耗高，环境污染严重，成为当前锂电池电极生产工序的困扰。另一个方面作为溶剂的NMP，H2O等会残留在极片内，对电池的性能造成很大的影响，降低锂电池的使用寿命。随着干法电极制备技术应用而生，相比之前的湿法电极制备技术，具有无溶剂、无残留、能耗低、无污染、工序简洁、投入产出比高等优势，备受关注。干法电极制备方法目前有2种，一种是将活性物质和粘结粘结剂混合均匀后加热，等离子喷涂在箔材集流体上面，另一种方法是将粘结剂纤维化，然后与活性物质进行混合均匀后，与箔材集流进行压合。

另一个方面锂电池的主要活性物质钴酸锂、三元材料、锰酸锂、磷酸铁锂等，负极材料主要活性物质有人造石墨、天然石墨、硅碳负极、无定型碳等，各种材料之间均有一定的短板，不能满足锂电的应用要求，比如磷酸铁锂，虽然安全性好，但能量密度低，三元材料虽然能量密度高，安全性差，其余材料也面临相同类似的问题，也就是我们所说的总是存在木桶原理般的短板。科研人员意识到需要把两种或者多种材料进行复合使用，可以优缺点互补，可以更好的去应用。一般是在搅拌工序进行锂电的原材料混合，但是这样会失去特性的效果，有可能完全掩盖优劣势，不能真正的起到复合作用，另一个方法是在涂布阶段进行双层涂布，但是对设备要求极高，而且不容易控制厚度。

也就是说在湿法电极制备的时代，将材料进行复合很难进行，或者说，目前电极层复合比较困难，因为湿法电极，只能在原材料层级进行搅拌混合，并不能很好进行精准调控作用，不能实现梯度效果，也不能实现一些精确的功能，而且很容易失去复合的效果，比如在三元里面残杂磷酸铁锂材料，本来可以使用一层薄涂层就可以解决三元电池的安全问题，但是经过原材料的搅拌混合后，比例至少达到50％以上，这样的话，我们的复合目的大大打折折扣，效果明显降低，还有就是湿法电极复合的极片，残留溶剂有一定的比例，也会降低复合功能的效果。

基于上述情况，本申请实施例提供了一种干法复合电极极片，该复合电极极片中的膜片单元采用干法电极技术制备，然后根据实际需要，不同活性物质或不同物理性能的多层膜片单元可以通过辊压设备复合于集流体单元表面，形成复合电极极片，这样，可以精确的控制复合层的物质、厚度、种类、和形式，可以更好达到复合效果，从而针对不同的应用场景进行匹配。而且可以完全消除湿法电极复合极片的弊端，整个极片复合过程无污染环保，低能耗，无残留，复合极片的性能更好，可以实现不同材料，不同压实(孔隙率)，不同极层的复合。

请参看图1～3，本申请实施例提供一种干法复合电极极片，该复合电极极片包括集流体单元10和膜片单元20，该膜片单元20设于集流体单元10的表面；其中，该膜片单元20通过干法电极技术制备并辊压覆合于集流体单元10的上下表面，该集流体单元10的上下表面镜像对称的分别设有一层或多层膜片单元20。

能够理解，本实施例中，例如可以将包含不同活性物质的膜片单元复合于集流体单元的表面，从而可以发挥不同活性物质的性能；或者，根据实际需要，还可以将不同压实的膜片单元复合于集流体单元的表面等。

该集流体单元的表面可以设置一层膜片单元，或者复合两层膜片单元，当然，也可以复合三层或更多层膜片单元；通常来说，集流体单元上下表面的膜片单元相对集流体单元呈镜像对称。

方便理解的，上述复合电极极片可应用为锂电池的正极或负极，相应的，上述集流体单元可为现有的正极集流体或负极集流体，例如铝箔、铜箔等。

一种可能实施方式中，该膜片单元20包括活性物质、粘结剂和导电剂；其中，活性物质、粘结剂和导电剂混合后经加热和纤维化得到极片粉料，极片粉料依次经垂直辊压和水平辊压得到膜片单元。

即，该膜片单元采用干法电极技术制备，这样可以方便的将多个膜片单元同时放置于集流体单元的表面，然后再一同通过辊压设备成型。

其中，该膜片单元20的厚度为10～300微米，该膜片单元20的压实密度为1.0～4.5g/cm³；该活性物质包括正极活性物质或负极活性物质，其中正极活性物质为钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴酸锂、磷酸铁锂和三元材料中的任一种，负极活性物质为人造石墨、天然石墨、硅碳石墨、硅氧石墨、硅中的任一种。

其中，该粘结剂包括羟甲基纤维素、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯中的一种或多种；该导电剂包括导电石墨、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯中的一种或多种。

一种可能实施方式中，该膜片单元20通过辊压设备辊压覆合于集流体单元10的表面，其中，辊压设备的热辊压速度为5～50m/min，加热温度为150～250℃，压辊与膜片单元接触的纵向长度大于0.3～0.5m。

其中，膜片单元20与集流体单元10之间、相邻膜片单元20之间涂覆有导电涂胶，导电涂胶的厚度为1～3微米；导电涂胶中导电剂的质量含量为50～80％，粘度为100～10000mPa.s；该集流体单元包括铝箔或铜箔。

下面将结合具体实施例进行描述。

实施例1

(1)首先利用干法电极技术制备出三元材料(NCM)的膜片，NCM膜片中NCM、SP、PVDF的质量配比95％、2％、3％，然后将其放入干法电极制备设备中进行粉末混合并进行纤维化，经辊压后，制备出NCM膜片，厚度为160-180μm；

(2)在铝集流体上下表面分别设置一个NCM膜片，然后在热辊压设备进行压合并进行碾压，压实密度为3.4g/cm³，NCM膜片厚度为150-160μm，热辊压温度200℃，制备出所需要的复合电极极片。

实施例2

(1)首先利用干法电极技术制备出两种不同厚度的三元材料(NCM)的膜片，NCM膜片中NCM、SP、PVDF的质量配比95％、2％、3％，然后将其放入干法电极制备设备中进行粉末混合并进行纤维化，经辊压后，制备出两种不同厚度的NCM膜片，厚度分别为40-50μm、160-180μm；

(2)将两种不同厚度的NCM膜片镜像对称的置于铝集流体表面，然后在热辊压设备进行压合并进行碾压，压实密度为3.4g/cm³，NCM膜片厚度分别为30-40μm、150-160μm，热辊压温度200℃，制备出所需要的复合电极极片。

实施例3

(1)首先利用干法电极技术制备出两种不同压实的三元材料(NCM)的膜片，NCM膜片中NCM、SP、PVDF的质量配比95％、2％、3％，然后将其放入干法电极制备设备中进行粉末混合并进行纤维化，分别以压实密度分别为3.7g/cm³，3.4g/cm³辊压后，制备出两种不同压实的NCM膜片，厚度分别120-130μm、50-60μm；

(2)将两种不同压实的NCM膜片依次镜像对称的置于铝集流体表面，在热辊压设备分别进行压合并进行碾压，压实密度分别为3.5g/cm³、3.3g/cm³，厚度分别110-120μm、40-50μm，热辊压温度200℃，然后进行复合，制备出所需要的复合电极极片。

实施例4

(1)首先利用干法电极技术分别制备出三元材料(NCM)膜片和磷酸铁锂(LFP)膜片，NCM膜片配比NCM、SP、PVDF分别为95％、2％、3％，LFP膜片配比LFP、SP、PVDF分别为93％、2％、5％，然后分别放入干法电极制备设备中进行粉末混合并进行纤维化，辊压后，分别制备出NCM膜片与LFP膜片，厚度分别为160-180μm，25-35μm；

(2)将NCM膜片与LFP膜片依次镜像对称的置于铝集流体表面，分别在热辊压设备进行压合并进行碾压，压实密度分别为3.4g/cm³，2.3g/cm³，NCM膜片厚度为150-160μm，LFP膜片厚度20-30μm，热辊压温度200℃，然后进行复合，。制备出所需要的复合电极极片。

本申请实施例还提供一种锂电池，该锂电池包括正极电极和负极电极，该正极电极和/或负极电极为上述的复合电极极片。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims

1.一种干法复合电极极片，其特征在于，所述复合电极极片包括：

集流体单元，

膜片单元，所述膜片单元设于所述集流体单元的表面；

2.根据权利要求1所述的复合电极极片，其特征在于，所述膜片单元由极片粉料依次经垂直辊压和水平辊压得到。

3.根据权利要求2所述的复合电极极片，其特征在于，所述膜片单元的厚度为10～300μm，所述膜片单元的压实密度为1.0～4.5g/cm³。

4.根据权利要求2所述的复合电极极片，其特征在于，所述膜片单元中的活性物质包括正极活性物质或负极活性物质，其中所述正极活性物质为钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴酸锂、磷酸铁锂和三元材料中的任一种，所述负极活性物质为人造石墨、天然石墨、硅碳石墨、硅氧石墨、硅中的任一种。

5.根据权利要求2所述的复合电极极片，其特征在于，所述膜片单元中的粘结剂包括羟甲基纤维素、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯中的任一种。

6.根据权利要求2所述的复合电极极片，其特征在于，所述膜片单元中的导电剂包括导电石墨、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯中的任一种。

7.根据权利要求1所述的复合电极极片，其特征在于，所述膜片单元通过辊压设备辊压覆合于所述集流体单元的表面，其中，所述辊压设备的热辊压速度为5～50m/min，加热温度为150～250℃，压辊与所述膜片单元接触的纵向长度大于0.3～0.5m。

8.根据权利要求7所述的复合电极极片，其特征在于，所述膜片单元与所述集流体单元之间、相邻所述膜片单元之间涂覆有导电涂胶，所述导电涂胶的厚度为1～3μm；所述导电涂胶中导电剂的质量含量为50～80％。

9.根据权利要求1所述的复合电极极片，其特征在于，所述集流体单元包括铝箔或铜箔。

10.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池包括正极电极和负极电极，所述正极电极和/或所述负极电极为权利要求1～9中任一项所述的复合电极极片。