TWI661595B - 製備電極組件的方法 - Google Patents

製備電極組件的方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI661595B
TWI661595B TW106132308A TW106132308A TWI661595B TW I661595 B TWI661595 B TW I661595B TW 106132308 A TW106132308 A TW 106132308A TW 106132308 A TW106132308 A TW 106132308A TW I661595 B TWI661595 B TW I661595B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
separator
electrode assembly
less
hours
dried
Prior art date
Application number
TW106132308A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201820695A (zh
Inventor
錦鏢 何
Kam Piu Ho
然石 王
Ranshi Wang
申培華
Peihua SHEN
Original Assignee
香港商皓智環球有限公司
Grst International Limited
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 香港商皓智環球有限公司, Grst International Limited filed Critical 香港商皓智環球有限公司
Publication of TW201820695A publication Critical patent/TW201820695A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI661595B publication Critical patent/TWI661595B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B32B7/06—Interconnection of layers permitting easy separation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/02—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air
    • F26B3/04—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour circulating over or surrounding the materials or objects to be dried
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0471—Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1391—Processes of manufacture of electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1393—Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1397—Processes of manufacture of electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • H01M4/623—Binders being polymers fluorinated polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/429—Natural polymers
    • H01M50/4295—Natural cotton, cellulose or wood
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H01M50/434—Ceramics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/44—Fibrous material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/491—Porosity
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本發明提供一種製備用於鋰離子電池的電極組件的方法。本發明所揭露的方法包括在電池製造過程中於堆疊步驟之前的預乾燥隔膜的步驟，由此顯著地降低了隔膜的含水量。因此隔膜可以用來製備電極組件，而與它們被存放或運輸的條件無關。此外，在多孔性基底材料與保護性多孔層之間的剝離強度在很大程度上不受本發明所揭露的乾燥過程的影響。

Description

製備電極組件的方法
本發明涉及在可持續能源領域應用中的鋰離子電池。更具體地，本發明涉及製備電極組件的方法。
在過去的二十年中，鋰離子電池(LIB)在便攜式電子設備(例如，移動電話和筆記本電腦)的廣泛應用中已經引起了廣泛關注。由於電動車輛(EV)和電網儲能的快速的市場發展，高性能、低成本的LIB當前對大規模儲能設備提供了最有前景的選擇之一。
當前，通過將活性電池電極材料、導電劑和黏結劑材料的精細粉末分散在合適的溶劑中來製備電極。可以將該分散液塗覆在諸如銅金屬箔或者鋁金屬箔的集流器上，然後在高溫下乾燥以去除溶劑。陰極板和陽極板隨後與隔開陰極和陽極的隔膜堆疊或捲在一起以形成電池。隔膜是插入在陽極與陰極之間的物理屏障，其防止陽極與陰極之間的物理接觸。
鋰離子電池製造過程對水分敏感，高含水量的電池導致電化學性能的嚴重衰減且影響電池的穩定性。電池中的水分可以來源於各種來源。一個可能的水分來源來自隔膜。隔膜會在製造、儲存和運輸期間吸收水分，尤其是當隔膜被放置和儲存在潮濕環境中時。為了解決電極組件的水分敏感問題，重要的是在形成電極組件之前乾燥隔膜以降低電池中的含水量。
韓國專利第101497348B1號描述了用於製備電極組件的方法。該方法包括以下步驟：通過將陰極、陽極和插入在兩個電極之間的隔膜堆疊形成層壓件；加熱該層壓件；以及對所加熱的層壓件加壓。加熱過程將隔膜纖維的部分熔化以便將電極和隔膜組合。然而，該方法在裝配之前未乾燥隔膜。
韓國專利第101495761B1號描述了用於製備電極組件的方法。該方法包括以下步驟：製備負極板和正極板；佈置正極板、負極板和隔膜以形成電極組件；通過纏繞電極組件形成捲繞式(jelly roll)；乾燥捲繞式電極。然而，該方法在裝配之前也未乾燥隔膜。
韓國專利第100759543B1號描述了用於製備鋰離子聚合物電池的電極組件的方法。該方法包括以下步驟：製備正極板和負極板；製備隔膜；加熱隔膜；以及在兩個電極板之間插入已加熱的隔膜，其中在高溫下加熱隔膜1分鐘至3分鐘。然而，加熱過程用來去除在隔膜內的殘留應力以防止由於電池的過熱造成的隔膜收縮。
在現有方法中預乾燥隔膜的過程的缺乏使水引入電極組件，這會影響LIB的循環穩定性以及倍率特性。鑒於上文，一直存在開發在裝配到電極組件之前乾燥LIB的隔膜從而降低含水量的方法的需求。
通過本發明所揭露的各個態樣和實施例滿足了前述需求。
在一個態樣中，本發明提供了一種製備電極組件的方法，包括以下步驟：(1)在真空和約50℃至約150℃的溫度的乾燥室中預乾燥隔膜以得到預乾燥的隔膜；(2)將至少一個陽極、至少一個陰極和插入在至少一個陽極與至少 一個陰極之間的至少一個預乾燥的隔膜堆疊以獲得電極組件；以及(3)乾燥電極組件。
在一些實施例中，隔膜是由天然纖維或聚合物纖維組成的不織布，且其中聚合物纖維的熔點是200℃或更高。
在某些實施例中，隔膜是由選自由聚烯烴、聚乙烯、高密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯/聚乙烯共聚物、聚丁烯、聚戊烯、聚縮醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚碸、聚苯醚、聚苯硫醚、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚甲醛、聚乙烯吡咯烷酮、聚酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯及其組合構成的群組中之聚合物纖維製成的不織布。
在一些實施例中，隔膜被預乾燥約2小時至約12小時或約2小時至約8小時的時段。
在某些實施例中，在小於25kPa、小於15kPa、小於10kPa或小於5kPa的壓力下，預乾燥隔膜。
在一些實施例中，在步驟(1)後用乾燥空氣或惰性氣體填充乾燥室。
在某些實施例中，步驟(1)和氣體填充的步驟重複至少兩次。
在一些實施例中，隔膜包括多孔性基底材料和塗覆在多孔性基底材料的一個或兩個表面上的保護性多孔層，其中保護性多孔層包括黏結劑材料和無機填料，且其中多孔性基底材料和保護性多孔層之間的剝離強度是0.04N/cm或更大或0.1N/cm或更大。
在某些實施例中，無機填料選自由Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、BaOx、ZnO、CaCO3、TiN、AlN、MTiO3、K2O．nTiO2、Na2O．mTiO2 及其組合構成的群組，其中x是1或2；M是Ba、Sr或Ca；n是1、2、4、6或8；以及m是3或6。
在一些實施例中，黏結劑材料選自由丁苯橡膠、丙烯酸化丁苯橡膠、丙烯腈共聚物、丁腈橡膠、腈基丁二烯橡膠、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯酰基橡膠、丁基橡膠、氟橡膠、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物、聚丁二烯、聚氧化乙烯、氯磺化聚乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯基吡啶、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚環氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乳膠、丙烯酸樹脂、酚醛樹脂、環氧樹脂、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、醋酸纖維素、醋酸丁酸纖維素、醋酸丙酸纖維素、氰基乙基纖維素、氰基乙基蔗糖、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚酰亞胺、聚羧酸酯、聚羧酸、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚氨酯、氟化聚合物、氯化聚合物、海藻酸鹽、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯及其組合構成的群組。
在某些實施例中，無機填料與黏結劑材料的重量比是約99：1至約1：1。
在一些實施例中，隔膜的厚度是約1μm至約80μm。
在某些實施例中，隔膜的孔隙度是約40%至約97%。
在一些實施例中，在小於25kPa、小於15kPa、小於10kPa或小於5kPa的壓力下，乾燥電極組件。
在某些實施例中，電極組件被乾燥約2小時至約24小時或約4小時至約12小時的時段。
在一些實施例中，在約70℃至約150℃的溫度下，乾燥電極組件。
在某些實施例中，基於隔膜的總重量，隔膜的含水量按重量計大於500ppm。
在某些實施例中，基於預乾燥的隔膜的總重量，預乾燥的隔膜的含水量按重量計小於50ppm。
在一些實施例中，基於乾燥的電極組件的總重量，乾燥的電極組件的含水量按重量計小於20ppm。
在另一個態樣中，本發明提供了一種包括通過本發明揭露的方法所製備的電極組件的鋰電池。
圖1顯示包含通過實施例2中所述的方法所製備的電極組件的電化學電池的循環性能；圖2顯示包含通過實施例4中所述的方法所製備的電極組件的電化學電池的循環性能；以及圖3顯示包含通過實施例6中所述的方法所製備的電極組件的電化學電池的循環性能。
《定義和一般術語》
在一個態樣中，本發明提供了一種製備電極組件的方法，包括以下步驟：(1)在真空和約50℃至約150℃的溫度的乾燥室中預乾燥隔膜以得到預乾燥的隔膜；(2)將至少一個陽極、至少一個陰極和插入在至少一個陽極與至少一個陰極之間的至少一個預乾燥的隔膜堆疊以獲得電極組件；以及(3)乾燥電極組件。
術語「電極」是指「陰極」或「陽極」。
術語「正極」與陰極可交換地使用。同樣，術語「負極」與陽極可交換地使用。
術語「黏結劑材料」是指可以用於將活性電池電極材料和導電劑保持在合適位置的化學製品或物質或者用於將無機填料結合到多孔性基底材料且彼此結合的化學製品或物質。
術語「水基黏結劑材料」是指可溶於水或可分散於水的黏結劑聚合物。水基黏結劑材料的一些非限制性示例包括丁苯橡膠、丙烯酸化丁苯橡膠、丙烯腈-丁二烯橡膠、丙烯酰基橡膠、丁基橡膠、氟橡膠、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物、聚丁二烯、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚環氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乙烯/丙烯/二烯共聚物、聚乙烯基吡啶、氯磺化聚乙烯、乳膠、聚酯樹脂、丙烯酸樹脂、酚醛樹脂、環氧樹脂、聚乙烯醇、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素及其組合。
術語「有機黏結劑材料」是指溶解或分散在有機溶劑中的黏結劑，該有機溶劑特別是N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。有機黏結劑材料的一些非限制性示例包括聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基聚合物(PEA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、四氟乙烯(TFE)和六氟丙烯(HFP)的共聚物、氟化乙烯-丙烯(FEP)共聚物、四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的三聚物及其組合。
術語「導電劑」是指增強電極的導電性的化學製品或物質。
本發明所用的術語「施加」通常是指物質在表面上鋪放或鋪展的動作。
術語「刮刀塗佈」是指用於在硬的或軟的基板上製造大面積膜的過程。塗層厚度可以通過在刮刀與塗佈面之間的可調的間隙 寬度來控制，這允許可變的濕層厚度的沉積。
術語「集流器」是指用於塗覆活性電池電極材料的支撐件和用於在二次電池的放電或充電期間保持電流流至電極的化學上鈍性的高電子導體。
術語「預乾燥」是指從材料中去除溶劑或水的動作。
術語「含水量」與水分含量可互換地使用。
術語「電極組件」是指包括至少一個正極、至少一個負極和插入在該正極與該負極之間的至少一個隔膜的結構。
術語「室溫」是指約18℃至約30℃的室內溫度，例如18℃、19℃、20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃或30℃。在一些實施例中，室溫是指約20℃+/-1℃或+/-2℃或+/-3℃的溫度。在其他實施例中，室溫是指約22℃或約25℃的溫度。
術語「大氣壓」是指在海平面上大氣的重力所施加的壓力，其平均值為101,325Pa。
術語「C倍率」是指在其總儲存容量方面以Ah或mAh表示的電池或電池組的充電倍率或放電倍率。例如，1C的倍率意味著在一個小時內利用所有的儲存能量；0.1C意味著在一個小時內利用能量的10%或在10個小時內利用全部的能量；以及5C意味著在12分鐘內利用全部的能量。
術語「安時(Ah)」是指在說明電池的儲存容量中所使用的單位。例如，1Ah容量的電池可以提供持續1小時的1安培的電流或者提供持續兩小時的0.5安培的電流等。因此，1安時(Ah)相當於3,600庫侖電荷。類似地，術語「毫安時(mAh)」也是指電池的儲存容量中所使用的單位且是安時的1/1,000。
術語「電池循環壽命」是指在其額定容量降低低於其初始的額定容量的80%之前電池可以執行的完全充電/放電循環的次數。
在以下描述中，本發明所揭露的所有數值是近似值，而不管是否結合使用詞彙「約」或「近似」。它們可以變動1%、2%、5%或者有時10%至20%。每當揭露具有下限RL和上限RU的數值範圍時，特別揭露了落入該範圍內的任何數值。具體而言，在該範圍內的以下數值被具體揭露：R=RL+k*(RU-RL)，其中k是具有1%增量的1%至100%的變量，即，k是1%、2%、3%、4%、5%、......、50%、51%、52%、......、95%、96%、97%、98%、99%或100%。並且，也具體揭露了通過如以上所限定的兩個R數值所限定的任何數值範圍。
諸如尼龍、聚酰胺、聚酯和聚乙烯醇的聚合物已知是吸濕的且在製造期間或者在大氣下儲存期間吸收水分。這些聚合物在運輸期間將再吸收水分。然而，運輸期間的濕度控制是複雜的和昂貴的。由這些材料製成的隔膜因此必須在進一步處理之前被乾燥。通常，隔膜在裝配入電極組件之後被乾燥。然而，在裝配之後同時將包括陰極、陽極和隔膜的所有材料完全乾燥至低的水分含量是困難的。尤其是在裝配之前隔膜已經儲存在潮濕條件下。
在步驟(1)和步驟(3)中的每個步驟中，進行真空乾燥。在這兩個步驟中進行乾燥的原因是黏附到隔膜的大量水分不能夠僅僅通過步驟(3)的乾燥來令人滿意地去除。隔膜中的殘留水分導致例如混入電極和電解質溶液中的殘留水分引起電解質溶液的分解的問題，或者改變電極活性材料的質量的問題。因此，去除水分是重要的。
隔膜可包括織造的或非織造的聚合物纖維、天然纖維、碳纖維、玻璃纖維或陶瓷纖維。在某些實施例中，隔膜包括織造的或非織造的聚合物纖維。
在一些實施例中，非織造的或織造的纖維由有機聚合物製成，例如聚烯烴、聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯(PP)、聚丙烯/聚乙烯共聚物、聚丁烯、聚戊烯、聚縮醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亞胺(PI)、聚醚醚酮、聚碸、聚苯醚、聚苯硫醚、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚甲醛、聚乙烯吡咯烷酮、聚酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、其衍生物或其組合。在某些實施例中，隔膜由選自由聚乙烯、高密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯/聚乙烯共聚物及其組合構成的群組中的聚烯烴纖維製成。在一些實施例中，隔膜由選自由聚酯、聚縮醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚碸、聚苯醚、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二醇酯及其組合構成的群組中的聚合物纖維製成。在其他實施例中，聚合物纖維不是聚乙烯、高密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯或聚丙烯/聚乙烯共聚物。在進一步的實施例中，聚合物纖維不是聚縮醛、聚醚碸、聚苯醚、聚苯硫醚或聚碳酸酯。在更進一步的實施例中，聚合物纖維不是聚酰胺、聚酰亞胺或聚醚醚酮。但是也可以使用所有其他已知的聚合物纖維或許多天然纖維。
在某些實施例中，本發明揭露的隔膜的熔點是100℃或更高、110℃或更高、120℃或更高、130℃或更高、140℃或更高、150℃或更高、160℃或更高、170℃或更高、180℃或更高、190℃或更高、200℃或更高、210℃或更高、220℃或更高、230℃或更高、240℃或更高或250℃或更高。在一些實施例中，隔膜的熔點是約100℃至約300℃、約120℃至約300℃、約100℃至約250℃、約120℃至約250℃、約140℃至約250℃、約160℃至約250℃、約180℃至約250℃或約200℃至約250℃。
在一些實施例中，基於隔膜的總重量，隔膜的含水量 是按重量計約100ppm至約5,000ppm、約100ppm至約2,500ppm、約100ppm至約1,000ppm、約500ppm至約5,000ppm、約500ppm至約4,000ppm、約500ppm至約3,000ppm、約500ppm至約2,000ppm或約500ppm至約1,000ppm。在某些實施例中，基於隔膜的總重量，隔膜的含水量是按重量計大於約100ppm、大於約500ppm、大於約1,000ppm、大於約1,500ppm、大於約2,000ppm、大於約3,000ppm或大於約4,000ppm。
為了改善隔膜的熱穩定性，應該使用具有200℃或以上的熔融溫度的纖維。在一些實施例中，纖維選自聚酯。合適的聚酯的一些非限制性示例包括聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、其衍生物及其組合。具有高熔點的隔膜表現出高的熱穩定性，因此可以在高溫下預乾燥而沒有熱收縮。此外，具有高熔點的隔膜允許較高的預乾燥溫度，增加水的蒸發速率以及增大預乾燥的效率。
不織布可以通過公知工藝來生產。合適的工藝的一些非限制性示例包括乾燥工藝、紡黏工藝、水針工藝、水刺工藝、濕法工藝、熔噴工藝等。
隔膜可以是塗覆或未塗覆的形式。在一些實施例中，隔膜是未塗覆的且不包括保護性多孔層。在某些實施例中，隔膜是塗覆的且包括多孔性基底材料和塗覆在該多孔性基底材料的一面或兩面上的保護性多孔層，其中保護性多孔層包括黏結劑材料和無機填料。在某些實施例中，無機填料選自由Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、BaOx、ZnO、CaCO3、TiN、AlN及其組合構成的群組，其中x是1或2。
在某些實施例中，無機填料的平均直徑是約100nm至約2,000nm、約100nm至約1,000nm、約250nm至約1,500nm、約300nm至約3μm、約500nm至約4.5μm、約500nm至約6μm、約1μm至約20μm、約10μm至約20μm、約1μm至約15μm、約1μm至約7.5μm、約1μm至約4.5μm、約1μm至約3μm或約800nm至約2.5μm。
塗覆的隔膜的優點是其具有突出的安全性且在高溫下呈現出無收縮或輕微收縮。這是因為黏附到多孔性基底材料的無機填料的熔點遠高於用於電化學電池的安全相關溫度範圍且因此抑制隔膜的熱收縮。
在一些實施例中，塗覆的或未塗覆的隔膜的厚度是約10μm至約200μm、約30μm至約100μm、約10μm至約75μm、約10μm至約50μm、約10μm至約20μm、約15μm至約40μm、約15μm至約35μm、約20μm至約40μm、約20μm至約35μm、約20μm至約30μm、約30μm至約60μm、約30μm至約50μm或約30μm至約40μm。
在某些實施例中，塗覆的或未塗覆的隔膜的厚度是小於100μm、小於80μm、小於60μm、小於40μm、小於35μm、小於30μm、小於25μm或小於20μm。較薄的隔膜使得可以構建非常緊湊之具有高的能量密度的電池。此外，如果隔膜足夠薄，則可以以高的乾燥速率蒸發水分。
在一些實施例中，塗覆的或未塗覆的隔膜的孔隙度是約50%至約97%、約50%至約95%、約50%至約80%、約55%至約90%、約55%至約80%、約60%至約95%、約60%至約90%、約60%至約80%、約65%至約90%、約65%至約80%、約70%至約90%、約70%至約80%、約75%至約90%或約80%至約90%。
本發明所揭露的隔膜的性質包括厚度和孔隙度的特別有利的組合，滿足對於在高功率電池，尤其高功率鋰電池中對隔膜的需求。
在一些實施例中，塗覆的或未塗覆的隔膜可以在裝配之前在真空下在乾燥室中被乾燥。在某些實施例中，乾燥室連接到真空泵，使得可以降低該室中的壓力。壓力被充分降低以降低水的沸點。因此可以大幅減少乾燥時間。在一些實施例中，乾燥室連接到中央真空源， 由此允許多個真空乾燥箱同時操作。在一些實施例中，根據所操作的泵的數量，連接到中央真空源的真空乾燥箱的數量的範圍是1至20。
在低溫下乾燥不能有效地從隔膜中去除水。然而，高溫乾燥可能會導致保護性多孔層的破裂和脆化以及多孔性基底材料的熔化。在某些實施例中，可在約50℃至約150℃、約60℃至約150℃、約70℃至約150℃、約80℃至約150℃、約90℃至約150℃、約100℃至約150℃、約100℃至約140℃、約100℃至約130℃、約100℃至約120℃、約100℃至約110℃或約110℃至約130℃的溫度下，在真空下乾燥塗覆的或未塗覆的隔膜。在某些實施例中，可在約80℃至約150℃的溫度下，在真空下乾燥塗覆的或未塗覆的隔膜。在一些實施例中，可在約80℃或更高、約90℃或更高、約100℃或更高、約105℃或更高、約110℃或更高、約115℃或更高、約120℃或更高、約125℃或更高、約130℃或更高、約135℃或更高、約140℃或更高、約145℃或更高或約150℃或更高的溫度下，在真空下乾燥塗覆的或未塗覆的隔膜。在某些實施例中，可在小於150℃、小於145℃、小於140℃、小於135℃、小於130℃、小於125℃、小於120℃、小於115℃、小於110℃、小於105℃、小於100℃或小於90℃的溫度下，在真空下乾燥塗覆的或未塗覆的隔膜。
與其他材料相比，由常規使用的聚丙烯纖維組成的隔膜以及由纖維素漿組成的隔膜具有較小的耐熱性。當在100℃或更高的溫度下乾燥隔膜時，隔膜存在明顯的劣化，例如熔化和碳化。對於由作為多孔性基底材料的耐熱材料組成的塗覆隔膜，當在高於150℃的溫度下乾燥隔膜時，在保護性多孔層中的黏結劑材料存在明顯劣化。具體而言，當黏結劑材料是水基黏結劑材料(例如，羧甲基纖維素(CMC))時，其被認為是脆性黏結劑。在該情況下，水性黏結劑有可能變脆，從而導致脆性的保護性多孔層，其在小的變形之後會斷裂。對隔膜的損害會導致對鋰離子二次電池的性能以及安全性的嚴重的負面影響。
在一些實施例中，在真空下乾燥塗覆的或未塗覆的隔膜的時段是約15分鐘至約24小時、約15分鐘至約20小時、約15分鐘至約12小時、約15分鐘至約8小時、約1小時至約24小時、約1小時至約20小時、約1小時至約12小時、約2小時至約20小時、約2小時至約16小時、約2小時至約8小時、約2小時至約6小時或約2小時至約4小時。在一些實施例中，在真空下乾燥塗覆的或未塗覆的隔膜的時段是約2小時至約24小時或約4小時至約16小時。在某些實施例中，在真空下乾燥塗覆的或未塗覆的隔膜的時段是至少15分鐘、至少30分鐘、至少1小時、至少1.5小時、至少2小時、至少3小時、至少4小時、至少5小時或至少10小時。在一些實施例中，在真空下乾燥塗覆的或未塗覆的隔膜的時段是少於24小時、少於10小時、少於5小時、少於4小時、少於3小時、少於2小時、少於1.5小時、少於1小時或少於30分鐘。
在某些實施例中，預乾燥步驟包括以兩個乾燥步驟(第一階段和第二階段)乾燥塗覆的隔膜，其中，第一階段的溫度低於第二階段的溫度。在第一階段中的低溫防止表面水分的快速損失以及通過幾乎消除乾燥中的不均勻性以提高產品質量。如果乾燥太快或溫度太高，這會導致不均勻的乾燥且會使保護性多孔層不均勻地收縮，由此導致隔膜剝離強度的減小。
第一階段中的溫度可以在50℃至90℃的範圍內。從第一階段獲得部分乾燥的隔膜。在一些實施例中，在第一階段，可在約50℃或更高、約60℃或更高、約70℃或更高或約80℃或更高的溫度下，真空乾燥隔膜。在某些實施例中，在第一階段，可在小於90℃、小於85℃、小於80℃、小於75℃或小於70℃的溫度下，真空乾燥隔膜。
在第一階段中的低溫有益於緩慢乾燥以避免保護性多孔層的破裂或脆化。由於保護性多孔層的內部比保護性多孔層的表面乾得慢，因此保護性多孔層的表面應該被緩慢地乾燥以減少表面破裂的可 能性。
第一階段的乾燥時間可以在約5分鐘至約4小時、約5分鐘至約2小時或約15分鐘至約30分鐘的範圍內。在一些實施例中，第一階段的乾燥時間是至少5分鐘、至少15分鐘、至少30分鐘、至少1小時、至少1.5小時、至少2小時或至少3小時。在某些實施例中，第一階段的乾燥時間是少於4小時、少於3小時、少於2小時、少於1.5小時、少於1小時、少於30分鐘或少於15分鐘。
在第二階段中的溫度可以在約80℃至約150℃、約100℃至約150℃或約100℃至約140℃的範圍內。在一些實施例中，在第二階段，可在約80℃或更高、約90℃或更高、約100℃或更高、約110℃或更高、約120℃或更高、約130℃或更高或約140℃或更高的溫度下，真空乾燥隔膜。在某些實施例中，在第二階段，可在小於150℃、小於140℃、小於130℃、小於120℃或小於110℃的溫度下，真空乾燥隔膜。
第二階段的乾燥時間可以在約15分鐘至約4小時、約5分鐘至約2小時或約15分鐘至約30分鐘的範圍內。在一些實施例中，第二階段的乾燥時間是至少5分鐘、至少15分鐘、至少30分鐘、至少1小時、至少1.5小時、至少2小時或至少3小時。在某些實施例中，第二階段的乾燥時間是少於4小時、少於3小時、少於2小時、少於1.5小時、少於1小時、少於30分鐘或少於15分鐘。
本發明中可以使用任何可以降低乾燥室的壓力的真空泵。真空泵的一些非限制性示例包括乾式真空泵、渦輪泵、旋葉真空泵、低溫泵和吸附泵。
在一些實施例中，真空泵是無油泵。無油泵在泵零件不需要油的情況下操作，該泵零件暴露於被泵吸的氣體或部分真空中。因此，通過泵回流的任何氣體不含油蒸汽。在隔膜的表面上沉積的累積的油蒸汽會降低電池的電化學性能。該泵的示例是隔膜式真空泵。
在一些實施例中，隔膜在大氣壓下被預乾燥。在某些實施例中，在真空狀態下進行預乾燥步驟。在進一步的實施例中，在約1×10-4Pa至約1×104Pa、約1×10-4Pa至約7.5×103Pa、約1×10-4Pa至約5×103Pa、約1×10-4Pa至約4×103Pa、約1×10-4Pa至約3×103Pa、約1×10-4Pa至約2×103Pa、約1×10-4Pa至約1×103Pa、約1×103Pa至約5×104Pa、約1×103Pa至約1×104Pa、約1×103Pa至約7.5×103Pa、約1×103Pa至約5×103Pa、約1×103Pa至約4×103Pa、約1×103Pa至約3×103Pa或約1×103Pa至約2×103Pa範圍內的壓力下，維持真空狀態。在某些實施例中，真空狀態維持在小於約1×104Pa、小於約7.5×103Pa、小於約5×103Pa、小於約4×103Pa、小於約3×103Pa、小於約2×103Pa或小於約1×103Pa的壓力下。在一些實施例中，真空狀態維持在約1×104Pa、約7.5×103Pa、約5×103Pa、約4×103Pa、約3×103Pa、約2×103Pa或約1×103Pa的壓力下。
為了降低泵所需的功率，當乾燥隔膜時，在乾燥室與泵之間可以提供冷凝器。冷凝器冷凝水蒸氣，該水蒸氣隨後被分離。
在一些實施例中，在預定的乾燥時段之後，乾燥室借助進氣閥直接通向含有乾燥空氣或惰性氣體的氣體儲存器。用乾燥空氣或惰性氣體填充乾燥室可以從乾燥室中移除水蒸氣，由此提高水從電極組件中移除的效率。在某些實施例中，氣體儲存器是氮氣容器。在一些實施例中，惰性氣體選自由氦氣、氬氣、氖氣、氪氣、氙氣、氮氣、二氧化碳及其組合構成的群組。在某些實施例中，乾燥空氣或惰性氣體的含水量被維持小於或等於10ppm、小於或等於8ppm、小於或等於5ppm、小於或等於4ppm、小於或等於3ppm、小於或等於2ppm或小於或等於1ppm。
在一些實施例中，乾燥空氣或惰性氣體在進入乾燥室之前被預熱。在某些實施例中，乾燥空氣或惰性氣體的溫度是約70℃至約130℃、約70℃至約110℃、約70℃至約100℃、約70℃至約90℃、 約70℃至約80℃、約80℃至約155℃、約80℃至約120℃、約80℃至約100℃、約90℃至約155℃、約90℃至約130℃、約90℃至約100℃、約70℃至約155℃、約100℃至約130℃或約100℃至約120℃。在一些實施例中，乾燥空氣或惰性氣體在進入乾燥室之前被預熱至約70℃至約155℃的溫度。在某些實施例中，在至少70℃、至少80℃、至少90℃、至少100℃、至少110℃或至少120℃下預熱乾燥空氣或惰性氣體。
在某些實施例中，乾燥空氣或惰性氣體停留在乾燥室中持續的時段是約30秒至約2小時、約1分鐘至約1小時、約5分鐘至約30分鐘、約5分鐘至約15分鐘、約5分鐘至約10分鐘、約10分鐘至約30分鐘、約10分鐘至約20分鐘、約10分鐘至約15分鐘、約15分鐘至約1小時、約15分鐘至約30分鐘、約15分鐘至約20分鐘或約30分鐘至約1小時。在一些實施例中，乾燥空氣或惰性氣體停留在乾燥室中持續的時段是約30秒至約2小時、約5分鐘至約2小時或約15分鐘至約30分鐘。在某些實施例中，乾燥空氣或惰性氣體停留在乾燥室中至少30秒、至少1分鐘、至少5分鐘、至少10分鐘、至少15分鐘、至少20分鐘、至少25分鐘、至少30分鐘或至少1小時。
在某些實施例中，用於預乾燥隔膜的真空乾燥和氣體填充的步驟可以被重複至少2次、至少3次、至少4次、至少5次、至少6次、至少7次、至少8次、至少9次、至少10次、至少12次、至少14次、至少16次、至少18次、至少20次、至少22次、至少24次、至少26次、至少28次或至少30次。在一些實施例中，真空乾燥和氣體填充的步驟可以被重複2次至50次、2次至40次、2次至30次、2次至20次、2次至10次、5次至30次、5次至20次或5次至10次。在某些實施例中，真空乾燥和氣體填充的步驟可以被重複2次或更多次。
在一些實施例中，真空乾燥和氣體填充的總預乾燥的時間是約15分鐘至約10小時、約15分鐘至約8小時、約15分鐘至約6小時、約15分鐘至約5小時、約15分鐘至約4小時、約15分鐘至約3小時、約15分鐘至約2小時、約30分鐘至約4小時、約30分鐘至約2小時、約1小時至約4小時或約2小時至約4小時。在某些實施例中，真空乾燥和氣體填充的總預乾燥的時間是至少15分鐘、至少30分鐘、至少1小時、至少1.5小時、至少2小時、至少3小時、至少4小時或至少5小時。在一些實施例中，真空乾燥和氣體填充的總預乾燥的時間少於10小時、少於8小時、少於6小時、少於5小時、少於4小時、少於3小時、少於2小時、少於1.5小時、少於1小時或少於30分鐘。在預乾燥之後，隔膜在從乾燥室移除之前可以被自然冷卻至50℃或更低。在一些實施例中，隔膜在從乾燥室移除之前被冷卻至45℃或更低、40℃或更低、35℃或更低、30℃或更低或25℃或更低。在某些實施方式中，隔膜被冷卻至室溫。在一些實施例中，通過吹乾燥空氣或惰性氣體，隔膜被冷卻以便更快地到達目標溫度。
將隔膜乾燥到非常低的含水量是不必要的。預乾燥的隔膜的剩餘含水量可通過隨後的乾燥步驟被進一步降低。在一些實施例中，基於預乾燥的隔膜的總重量，預乾燥的隔膜中的含水量按重量計小於80ppm、小於70ppm、小於60ppm、小於50ppm、小於40ppm或小於30ppm。
預乾燥的隔膜一旦被乾燥之後不需要立即被使用且可以在用來製備電極組件之前儲存在空氣露點為-10℃至30℃的環境中過夜。然而，沒有儲存的直接進一步處理在能量方面更有效。
在其他實施例中，可以通過冷凍乾燥機來乾燥塗覆的或未塗覆的隔膜。隔膜可以首先冷凍然後水從冷凍狀態作為蒸汽而被去除。在一些實施例中，首先在-0℃至-80℃的冷凍溫度下冷凍隔膜1小時至5小時的時段。冷凍乾燥裝置可以包括真空室、冷阱、真空泵和冷卻設備。
冷凍乾燥過程的時間是可變化的，但是通常可以在約1 小時至約20小時的時段內進行冷凍乾燥。在某些實施例中，冷凍乾燥的時段是約1小時至約5小時、約1小時至約3小時、約1小時至約2小時、約2小時至約5小時、約2小時至約4小時或約2小時至約3小時。
在一些實施例中，冷凍乾燥過程可以在高真空下進行。壓力的範圍可以通過公知的真空泵來充分地實現。在某些實施例中，冷凍乾燥過程也可以在大氣壓下或者在接近大氣壓下進行。在乾燥室中水的分壓被保持在非常低的值，這是由於在乾燥室中之空氣的蒸汽壓與隔膜表面的空氣的蒸汽壓之間必須產生大的差值以確保昇華。由於施加高真空不是必要的，故在大氣壓或者在接近大氣壓下的冷凍乾燥的優點是大幅降低操作成本。
在一些實施例中，基於預乾燥的隔膜的總重量，冷凍乾燥之後預乾燥的隔膜中的含水量按重量計小於150ppm、小於100ppm、小於80ppm、小於70ppm、小於60ppm或小於50ppm。
當冷凍乾燥之後隔膜的含水量高於150ppm時，預乾燥的隔膜可以通過吹熱空氣被進一步乾燥。在一些實施例中，乾燥室從上方和/或從下方朝向隔膜吹熱空氣。在某些實施例中，熱風乾燥在約1米/秒至約50米/秒、約1米/秒至約40米/秒、約1米/秒至約30米/秒或約1米/秒至約20米/秒的空氣速率下進行。在其他實施例中，使用熱的惰性氣體(即，氦氣、氬氣)代替熱空氣。
乾燥氣體可以通過熱交換表面被預熱。在一些實施例中，熱空氣的溫度範圍是約50℃至約100℃、約60℃至約100℃、約70℃至約100℃、約50℃至約90℃或約60℃至約90℃。在某些實施例中，熱空氣乾燥的時段是約15分鐘至約5小時或約1小時至約3小時。
在保護性多孔層中的黏結劑材料起到了將無機填料黏 結在多孔性基底材料上的作用。無機填料還可以通過黏結劑材料彼此結合。在某些實施例中，黏結劑材料是有機聚合物。有機聚合物的使用使得可以產生具有足夠機械柔性的隔膜。
在一些實施例中，黏結劑材料選自由有機黏結劑材料、水基黏結劑材料或水基黏結劑材料和有機黏結劑材料的混合物構成的群組。在某些實施例中，黏結劑材料選自由丁苯橡膠(SBR)、丙烯酸化丁苯橡膠、丙烯腈共聚物、丁腈橡膠、腈基丁二烯橡膠、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯酰基橡膠、丁基橡膠、氟橡膠、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物、聚丁二烯、聚氧化乙烯、氯磺化聚乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯基吡啶、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚環氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乳膠、丙烯酸樹脂、酚醛樹脂、環氧樹脂、羧甲基纖維素(CMC)、羥丙基纖維素、醋酸纖維素、醋酸丁酸纖維素、醋酸丙酸纖維素、氰基乙基纖維素、氰基乙基蔗糖、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚酰亞胺、聚羧酸酯、聚羧酸、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚氨酯、氟化聚合物、氯化聚合物、海藻酸鹽、聚偏二氟乙烯、聚(偏二氟乙烯)-六氟丙烯及其組合構成的群組。在一些實施例中，海藻酸鹽包括選自Na、Li、K、Ca、NH4、Mg、Al或其組合中的陽離子。
在某些實施例中，黏結劑材料選自由丁苯橡膠、羧甲基纖維素、聚偏二氟乙烯、丙烯腈共聚物、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚(偏二氟乙烯)-六氟丙烯、乳膠、海藻酸鹽及其組合構成的群組。
在一些實施例中，黏結劑材料是SBR、CMC、PAA、海藻酸鹽或其組合。在一些實施例中，黏結劑材料是丙烯腈共聚物。在某些實施例中，黏結劑材料是聚丙烯腈。在一些實施例中，黏結劑材料不含丁苯橡膠、羧甲基纖維素、聚偏二氟乙烯、丙烯腈共聚物、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚(偏二氟乙烯)-六氟丙烯、乳膠或海藻酸鹽。
本發明的保護性多孔層中之無機填料與黏結劑材料的 混合比例沒有特別的限制。無機填料與黏結劑材料的混合比例可以根據待形成的保護性多孔層的厚度和結構來控制。
在一些實施例中，根據本發明的多孔性基底材料上所形成的保護性多孔層中之無機填料與黏結劑材料的重量比是約1：1至約99：1、約70：30至約95：5、約95：5至約35：65、約65：35至約45：55、約20：80至約99：1、約10：90至約99：1、約5：95至約99：1、約3：97至約99：1、約1：99至約99：1或約1：99至約1：1。
如果無機填料與黏結劑材料的重量比是小於1：99，則黏結劑的含量很大使得保護性多孔層的孔徑和孔隙度會降低。當無機填料的含量大於99wt.%時，聚合物含量太低以至不能在無機填料之間提供足夠的黏合力，從而導致機械性能變差以及損害最終形成的保護性多孔層的抗剝離性。
在某些實施例中，基於保護性多孔層的總重量，保護性多孔層中之黏結劑材料的量按重量計是至少1%、至少2%、至少3%、至少4%、至少5%、至少10%、至少15%、至少20%、至少25%、至少30%、至少35%、至少40%、至少45%或至少50%。在一些實施例中，基於保護性多孔層的總重量，保護性多孔層中之黏結劑材料的量按重量計是至多1%、至多2%、至多3%、至多4%、至多5%、至多10%、至多15%、至多20%、至多25%、至多30%、至多35%、至多40%、至多45%或至多50%。
在一些實施例中，基於保護性多孔層的總重量，保護性多孔層中之黏結劑材料的量是約2wt.%至約10wt.%、約3wt.%至約6wt.%、約5wt.%至約10wt.%、約7.5wt.%至約15wt.%、約10wt.%至約20wt.%、約15wt.%至約25wt.%、約20wt.%至約40wt.%或約35wt.%至約50wt.%。
在某些實施例中，活性電池電極材料選自由LiCoO2 (LCO)、LiNiO2(LNO)、LiNixMnyO2、Li1+zNixMnyCo1-x-yO2、LiNixCoyAlzO2、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2、LiMnO2、LiCrO2、LiMn2O4(LMO)、LiFeO2、LiFePO4(LFP)及其組合構成的群組的陰極材料，其中各個x獨立地是0.3至0.8；各個y獨立地是0.1至0.45；以及各個z獨立地是0至0.2。在某些實施例中，陰極材料選自由LiCoO2、LiNiO2、LiNixMnyO2、Li1+zNixMnyCo1-x-yO2、LiNixCoyAlzO2、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2、LiMnO2、LiCrO2、LiMn2O4、LiFeO2、LiFePO4及其組合構成的群組，其中各個x獨立地是0.4至0.6；各個y獨立地是0.2至0.4；以及各個z獨立地是0至0.1。在其他實施例中，陰極材料不是LiCoO2、LiNiO2、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2、LiMnO2、LiCrO2、LiMn2O4、LiFeO2或LiFePO4。在進一步的實施例中，陰極材料不是LiNixMnyO2、Li1+zNixMnyCo1-x-yO2或LiNixCoyAlzO2，其中各個x獨立地是0.3至0.8；各個y獨立地是0.1至0.45；以及各個z獨立地是0至0.2。
在某些實施例中，陰極活性材料是含鎳陰極活性材料。在一些實施例中，含鎳陰極活性材料選自由Li1+xNiO2、Li1+xNiaMnbO2、Li1+xNiaCocO2、Li1+xNiaMnbCocO2、Li1+xNiaCocAl(1-a-c)O2及其組合構成的群組，其中0x0.2、0a1、0b1、0c1且a+b+c<1。在某些實施例中，含鎳陰極活性材料是Li1+xNiaMnbCocO2，其中0x0.2、0.3a0.8、0.1b0.3且0.1c0.3。在某些實施例中，含鎳陰極活性材料選自由LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2(NMC333)、LiNi0.4Mn0.4Co0.2O2(NMC442)、LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2(NMC532)、LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2(NMC622)、LiNi0.7Mn0.15Co0.15O2、LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2(NMC811)、LiNi0.8Mn0.05Co0.15O2、Li0.9Mn0.05Co0.05O2、LiNi0.92Mn0.04Co0.04O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)、LiNi0.5Mn0.5O2、LiNi0.6Mn0.4O2、LiNi0.7Mn0.3O2、LiNi0.8Mn0.2O2、LiNi0.5Co0.5O2、LiNi0.6Co0.4O2、LiNi0.7Co0.3O2、LiNi0.8Co0.2O2、LiNiO2及其組合構成的群組。含鎳複合氧化物在含水環境中相對不穩定。因此，包含富鎳陰極活性材料的陰極的性能受到電池中殘留的水分含量強烈影響。
在一些實施例中，活性電池電極選自由天然石墨顆粒、合成石墨顆粒、Sn(錫)顆粒、Li4Ti5O12顆粒、Si(矽)顆粒、Si-C複合顆粒及其組合構成的群組的陽極材料。在其他實施例中，陽極材料不是天然石墨顆粒、合成石墨顆粒、Sn(錫)顆粒、Li4Ti5O12顆粒、Si(矽)顆粒或Si-C複合顆粒。
在某些實施例中，基於陰極電極層或陽極電極層的總重量，陰極材料和陽極材料中之每一者的量獨立地是按重量計至少50%、至少55%、至少60%、至少65%、至少70%、至少75%、至少80%、至少85%、至少90%或至少95%。在一些實施例中，基於陰極電極層或陽極電極層的總重量，陰極材料和陽極材料中之每一者的量獨立地是按重量計至多50%、至多55%、至多60%、至多65%、至多70%、至多75%、至多80%、至多85%、至多90%或至多95%。
在一些實施例中，導電劑選自由碳、炭黑、石墨、膨脹石墨、石墨烯、石墨烯納米片、碳纖維、碳納米纖維、石墨化碳片、碳管、碳納米管、活性炭、介孔碳及其組合構成的群組。在某些實施例中，導電劑不是碳、炭黑、石墨、膨脹石墨、石墨烯、石墨烯納米片、碳纖維、碳納米纖維、石墨化碳片、碳管、碳納米管、活性炭或介孔碳。
在某些實施例中，基於陰極電極層或陽極電極層的總重量，在陰極電極層和陽極電極層中之每一者中的導電劑的量獨立地是按重量計至少1%、至少2%、至少3%、至少4%、至少5%、至少10%、至少15%、至少20%、至少25%、至少30%、至少35%、至少40%、至少45%或至少50%。在一些實施例中，基於陰極電極層或陽極電極層的總重量，在陰極電極層和陽極電極層中之每一者中的導電劑的量獨立地是按重量計至多1%、至多2%、至多3%、至多4%、至多5%、至多10%、至多15%、至多20%、至多25%、至多30%、至多35%、至多40%、至多45%或至多50%。
在一些實施例中，基於陰極電極層或陽極電極層的總 重量，在陰極電極層和陽極電極層中之每一者中的導電劑的量獨立地是約0.05wt.%至約0.5wt.%、約0.1wt.%至約1wt.%、約0.25wt.%至約2.5wt.%、約0.5wt.%至約5wt.%、約2wt.%至約5wt.%、約3wt.%至約7wt.%或約5wt.%至約10wt.%。
通過在溶劑中分散電極活性材料，黏結劑材料和導電劑來製備電極漿料。在一些實施例中，溶劑是水性溶劑或有機溶劑。在某些實施例中，水性溶劑是水。在一些實施例中，有機溶劑是N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亞碸或四氫呋喃。在一些實施例中，溶劑不是N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亞碸或四氫呋喃。在一些實施例中，溶劑不是N-甲基-2-吡咯烷酮和水的混合物。
將電極漿料塗覆在集流器上以在集流器上形成塗層。然後將塗覆的集流器乾燥來製備電極。電極漿料在低於90℃的溫度下乾燥來防止漿料被太快地乾燥，其可能導致電極層的破裂。在一些實施例中，塗層在約40℃至約90℃、約40℃至約80℃、約40℃至約70℃、約40℃至約60℃、約50℃至約90℃、約50℃至約80℃或約50℃至約70℃的溫度下乾燥。在某些實施例中，塗層在低於約90℃、低於約80℃、低於約70℃、低於約60℃或低於約50℃的溫度下乾燥。在一些實施例中，塗層在約40℃、約50℃、約60℃、約70℃、約80℃或約90℃下乾燥。
在裝配電極組件之後，該電極組件被放入乾燥室。在一些實施例中，乾燥室被連接到真空泵。在某些實施例中，乾燥室被連接到中央真空源。真空泵或中央真空源通過配備有出氣閥的吸入管線被連接到乾燥室。在某些實施例中，乾燥室通過配備有進氣閥的導管也被連接到含有乾燥空氣或惰性氣體的氣體儲存器。當出氣閥關閉且進氣閥打開時，在乾燥室中不再是真空。閥可以是螺線管型或針型或者是大流量控制器。可以使用任何允許合適流量調整的裝置。
在一些實施例中，電極組件被鬆弛地堆疊。在鬆弛堆疊的電極組件中，在電極層與隔膜層之間存在空隙空間，從而允許水分逸出。因此，鬆弛堆疊的電極組件可以在短的時段內被有效地乾燥。另一方面，當電極組件在乾燥之前在壓力下被擠壓，緊密堆積的電極組件在電極層與隔膜層之間幾乎沒有空隙空間或者沒有空隙空間，由此降低了空氣流動和乾燥效率。
在某些實施例中，正極、隔膜和負極在乾燥前被堆疊且被成螺旋形地纏繞成捲繞式配置。由於捲繞式電極組件被緊密堆積，因此在電極層與隔膜層之間也幾乎沒有空隙空間或沒有空隙空間，由此降低了空氣流動和乾燥效率。在一些實施例中，電極組件不是螺旋形纏繞式。
為了降低泵所需的功率，當乾燥電極組件時，在乾燥室與泵之間可以提供冷凝器。冷凝器冷凝水蒸氣，該水蒸氣隨後被分離。
在低溫下乾燥不能有效地從電極組件中去除水。然而，電極層在經歷高溫乾燥時會變脆且易破裂。在一些實施例中，可在約70℃至約150℃、約80℃至約150℃、約90℃至約150℃、約100℃至約150℃、約110℃至約150℃或約80℃至約130℃的溫度和真空下乾燥電極組件。在一些實施例中，可在約80℃或更高、約90℃或更高、約100℃或更高、約110℃或更高、約120℃或更高或約130℃或更高的溫度和真空下乾燥電極組件。在某些實施例中，可在小於150℃、小於145℃、小於140℃、小於135℃、小於130℃、小於120℃、小於110℃、小於100℃或小於90℃的溫度和真空下乾燥電極組件。
在某些實施例中，在真空下乾燥電極組件的時段是約5分鐘至約12小時、約5分鐘至約4小時、約5分鐘至約2小時、約5分鐘至約1小時、約5分鐘至約30分鐘、約5分鐘至約15分鐘、約15分鐘至約1小時、約15分鐘至約3小時、約1小時至約10小時、約1 小時至約8小時、約1小時至約6小時、約1小時至約4小時、約1小時至約2小時、約2小時至約12小時、約2小時至約8小時、約2小時至約5小時、約2小時至約3小時或約4小時至約12小時。在一些實施例中，在真空下乾燥電極組件的時段是約5分鐘至約2小時或約15分鐘至約30分鐘。在某些實施例中，在真空下乾燥電極組件的時段是至少15分鐘、至少30分鐘、至少1小時、至少1.5小時、至少2小時、至少3小時、至少4小時或至少5小時。在一些實施例中，在真空下乾燥電極組件的時段是少於5小時、少於4小時、少於3小時、少於2小時、少於1.5小時、少於1小時或少於30分鐘。
在一些實施例中，電極組件在大氣壓下被乾燥。在某些實施例中，在真空狀態下進行乾燥。在一些實施例中，真空狀態被維持在約1×10-4Pa至約5×104Pa、約1×10-4Pa至約2.5×104Pa、約1×10-4Pa至約1×104Pa、約1×10-4Pa至約5×103Pa、約1×10-4Pa至約3×103Pa、約1×10-4Pa至約2×103Pa、約1×10-4Pa至約1×103Pa、約1×103Pa至約5×104Pa、約1×103Pa至約1×104Pa、約1×103Pa至約5×103Pa、約1×103Pa至約3×103Pa或約1×103Pa至約2×103Pa範圍內的壓力下。在某些實施例中，真空狀態維持在小於約5×104Pa、小於約2.5×104Pa、小於約1×104Pa、小於約5×103Pa、小於約3×103Pa、小於約2×103Pa或小於約1×103Pa的壓力下。在一些實施例中，真空狀態維持在約5×104Pa、約2.5×104Pa、約1×104Pa、約5×103Pa、約3×103Pa、約2×103Pa或約1×103Pa的壓力下。
在預定的乾燥時段之後，乾燥室借助進氣閥直接通向含有乾燥空氣或惰性氣體的氣體儲存器。氣體填充可以增強從乾燥室中移除水蒸氣，由此提高水從電極組件中移除的效率且縮短乾燥週期。在某些實施例中，惰性氣體選自由氦氣、氬氣、氖氣、氪氣、氙氣、氮氣、二氧化碳及其組合構成的群組。
在一些實施例中，在用乾燥氣體養護電極組件持續預 定時間之後，電極組件可以在真空下被進一步乾燥。該步驟可以根據需要重複多次，以將電極組件的水分含量降低到合適水平。在某些實施例中，該步驟可以被重複約2次至50次，直到基於乾燥的電極組件的總重量，電極組件中的水分含量按重量計小於40ppm、小於30ppm、小於20ppm、小於19ppm、小於18ppm、小於17ppm、小於16ppm、小於15ppm、小於14ppm、小於13ppm、小於12ppm、小於11ppm、小於10ppm、小於9ppm、小於8ppm、小於7ppm、小於6ppm或小於5ppm。
在一些實施例中，真空乾燥和氣體填充的步驟可以被重複至少2次、至少3次、至少4次、至少5次、至少6次、至少7次、至少8次、至少9次、至少10次、至少12次、至少14次、至少16次、至少18次、至少20次、至少22次、至少24次、至少26次、至少28次或至少30次。在某些實施例中，真空乾燥和氣體填充的步驟可以被重複少於30次、少於28次、少於26次、少於24次、少於22次、少於20次、少於18次、少於16次、少於14次、少於12次、少於10次、少於8次或少於6次。在一些實施例中，真空乾燥和氣體填充的步驟可以被重複2次至50次、2次至40次、2次至30次、2次至20次、2次至10次、5次至30次、5次至20次或5次至10次。在某些實施例中，真空乾燥和氣體填充的步驟可以被重複2次或更多次。
在一些實施例中，乾燥電極組件的總處理時間是約10小時至約40小時、約10小時至約35小時、約10小時至約30小時、約10小時至約25小時、約10小時至約20小時、約10小時至約15小時、約15小時至約30小時、約15小時至約25小時、約15小時至約20小時或約20小時至約30小時。在一些實施例中，乾燥電極組件的總處理時間是少於約40小時、少於約35小時、少於約30小時、少於約25小時、少於約20小時或少於約15小時。在某些實施例中，乾燥電極組件的總處理時間是至少約15小時、至少約20小時、至少約25小時、至少約30小時或至少約35小時。
在一些實施例中，預乾燥隔膜和乾燥電極組件的總處理時間是約10小時至約50小時、約10小時至約40小時、約10小時至約30小時、約15小時至約50小時、約15小時至約40小時、約15小時至約30小時、約20小時至約50小時或約20小時至約40小時。在某些實施例中，預乾燥隔膜和乾燥電極組件的總處理時間是至少10小時、至少15小時、至少20小時、至少25小時、至少30小時、至少35小時或至少40小時。在一些實施例中，預乾燥隔膜和乾燥電極組件的總處理時間是少於50小時、少於40小時、少於35小時、少於30小時、少於25小時、少於20小時或少於15小時。
本發明的優點是大多數製造可以發生在乾燥房間之外。在一些實施例中，裝配過程可以發生在乾燥房間或者手套箱之外。在本發明中，只有用於填充電解液的步驟或用於乾燥電極組件和填充電解液的兩個步驟在乾燥房間或者手套箱中進行。因此，可以避免工廠中的濕度控制，明顯降低了投資成本。
水分的存在不利於電池的操作。通常，基於電極組件的總重量，通過常規方法所製備的電極組件中的含水量含有按重量計大於100ppm的水量。即使初始電池性能是可接受的，電池性能的衰減速率也是不可以接受的。為了能夠實現足夠高的電池性能，因此在電池中具有低含水量是有利的。
在一些實施例中，基於乾燥的電極組件的總重量，乾燥的電極組件中的含水量是按重量計約5ppm至約50ppm、約5ppm至約40ppm、約5ppm至約30ppm、約5ppm至約20ppm、約5ppm至約15ppm、約5ppm至約10ppm、約3ppm至約30ppm、約3ppm至約20ppm、約3ppm至約15ppm或約3ppm至約10ppm。
在某些實施例中，基於乾燥的電極組件的總重量，乾燥的電極組件中的含水量是按重量計小於50ppm、小於40ppm、小於30ppm、小於20ppm、小於19ppm、小於18ppm、小於17ppm、小於16ppm、 小於15ppm、小於14ppm、小於13ppm、小於12ppm、小於11ppm、小於10ppm、小於9ppm、小於8ppm、小於7ppm、小於6ppm、小於5ppm、小於4ppm、小於3ppm、小於2ppm或小於1ppm。在一些實施例中，基於乾燥的電極組件的總重量，本發明所揭露的乾燥的電極組件中的含水量是按重量計不大於約5ppm。
在一些實施例中，基於至少一個乾燥的陽極和至少一個乾燥的陰極的總重量，在乾燥的電極組件中之至少一個陽極和至少一個陰極的含水量按重量計小於30ppm、小於20ppm、小於19ppm、小於18ppm、小於17ppm、小於16ppm、小於15ppm、小於14ppm、小於13ppm、小於12ppm、小於11ppm、小於10ppm、小於9ppm、小於8ppm、小於7ppm、小於6ppm、小於5ppm、小於4ppm或小於3ppm。在某些實施例中，基於乾燥的隔膜的總重量，在乾燥的電極組件中之至少一個隔膜的含水量按重量計小於30ppm、小於20ppm、小於19ppm、小於18ppm、小於17ppm、小於16ppm、小於15ppm、小於14ppm、小於13ppm、小於12ppm、小於11ppm、小於10ppm、小於9ppm、小於8ppm、小於7ppm、小於6ppm、小於5ppm或小於3ppm。本發明所揭露的電極組件中的隔膜包括低的含水量，這有助於鋰離子電池的可靠性能。
在乾燥之後，電極組件在從乾燥室中移除之前可以被自然冷卻至50℃或更低。在一些實施例中，電極組件被冷卻至45℃或更低、40℃或更低、35℃或更低、30℃或更低或25℃或更低。在某些實施例中，電極組件被冷卻到室溫。在一些實施例中，通過吹入乾燥氣體或惰性氣體冷卻電極組件，以便更快地達到目標溫度。
在電池的製造中，重要的是具有極薄的隔膜使得電池的能量密度可以增大以及可以減小電池的尺寸。良好的剝離強度在電池製造中是重要的，因為其防止隔膜的層離。因此，可以獲得足夠的機械強度和高的擊穿強度。具有足夠的擊穿強度和剝離強度的電池隔膜可以承受電池製造的苛刻條件，尤其是製造「捲繞式」類型電池。
在隔膜的剝離強度是0.04N/cm或更大的情況下，隔膜具有足夠的剝離強度以及塗覆層在電池製造期間將不會分離。
本發明的乾燥過程不影響隔膜的最終剝離強度。在一些實施例中，隔膜和預乾燥的隔膜的各多孔性基底材料與各保護性多孔層之間的剝離強度獨立地是0.03N/cm或更大、0.04N/cm或更大、0.05N/cm或更大、0.06N/cm或更大、0.07N/cm或更大、0.08N/cm或更大、0.09N/cm或更大、0.1N/cm或更大、0.11N/cm或更大、0.12N/cm或更大、0.13N/cm或更大、0.14N/cm或更大或0.15N/cm或更大。在某些實施例中，在多孔性基底材料與保護性多孔層之間的剝離強度是0.03N/cm至0.1N/cm、0.03N/cm至0.08N/cm、0.03N/cm至0.075N/cm、0.03N/cm至0.06N/cm、0.05N/cm至0.25N/cm、0.05N/cm至0.15N/cm、0.05N/cm至0.12N/cm或0.05N/cm至0.1N/cm。
在某些實施例中，預乾燥的隔膜的剝離強度大於隔膜的剝離強度。在一些實施例中，預乾燥的隔膜的剝離強度小於隔膜的剝離強度。在某些實施例中，預乾燥的隔膜的剝離強度等於隔膜的剝離強度。在某些實施例中，預乾燥的隔膜與隔膜之間的剝離強度的差值是約0.001N/cm至約0.1N/cm、約0.001N/cm至約0.05N/cm、約0.001N/cm至約0.04N/cm、約0.001N/cm至約0.03N/cm、約0.001N/cm至約0.02N/cm、約0.001N/cm至約0.01N/cm、約0.01N/cm至約0.1N/cm、約0.01N/cm至約0.05N/cm、約0.01N/cm至約0.04N/cm、約0.01N/cm至約0.03N/cm或約0.01N/cm至約0.02N/cm。在一些實施例中，預乾燥的隔膜與隔膜之間的剝離強度的差值小於0.1N/cm、小於0.05N/cm、小於0.04N/cm、小於0.03N/cm、小於0.02N/cm、小於0.01N/cm、小於0.005N/cm或小於0.001N/cm。
為了防止水分存在於密封的容器內，填充電解液的步驟在乾燥房間中進行。在乾燥之後，電極組件被放入容器內然後在密封之前在惰性氣氛下，加入電解液以填充所有的隔膜和電極的層的孔以及在電極組件中的正極、負極與隔膜之間的每個間隙。
本發明所揭露的方法可以減少缺陷產品的出現，最終使得能夠提高產量，由此大大降低製造成本。
本發明還提供了一種包括通過本發明揭露的方法所製備的電極組件的鋰電池。
為了例證本發明的實施例給出以下的實施例。所有的數值是近似值。當給出數值範圍時，應該理解，所聲明的範圍之外的實施例仍落在本發明的範圍內。在各個實施例中描述的特定細節不應該被理解成本發明的必要特徵。
《具體實施例》
通過Karl-fisher滴定法測量電極組件中的含水量。電極組件在充滿氬氣的手套箱中被切割成1cm×1cm的小片。所切割的具有1cm×1cm尺寸的電極組件在樣品瓶中被稱重。所稱量的電極組件隨後被加入滴定容器中，以使用Karl Fisher庫侖法水分測定儀(831 KF電量計，Metrohm，瑞士)用於Karl-fisher滴定。重複測量3次以得到平均值。
在隔膜中的含水量通過Karl-fisher滴定法測量。電極組件在充滿氬氣的手套箱中被切割成1cm×1cm的小片。電極組件被分成陽極層、陰極層和隔膜層。所分離的隔膜層的含水量分別通過Karl-fisher滴定法分析。重複測量3次以得到平均值。
隔膜的剝離強度通過剝離試驗儀(來自Instron，美國；型號MTS 5581)來測量。乾燥的電極組件被分離成陽極層、陰極層和隔膜層。各隔膜層被切割成尺寸25mm×100mm的矩形形狀。然後，一條修補膠帶(3M；美國；型號810)被黏附到具有保護性多孔塗層的隔膜表面上，然後通過其上方之2kg輥的往復運動按壓來製備用於剝離強度測試的樣品。各個樣品被安裝在剝離測試儀上，然後通過在室溫下以 180°剝離修補膠帶來測量剝離強度。修補膠帶以50mm/分鐘的速度被剝離。以10mm至70mm的預定間隔進行測量，然後重複3次。
《實施例1》 (A)正極的製備
通過混合94wt.%的陰極材料(LNMC TLM 310，來自新鄉天力能源有限公司，中國)、3wt.%之作為導電劑的炭黑(SuperP；來自Timcal Ltd，Bodio，瑞士)和作為黏結劑的0.8wt.%的聚丙烯酸(PAA，#181285，來自Sigma-Aldrich，美國)、1.5wt.%的丁苯橡膠(SBR，AL-2001，來自NIPPON A&L INC.，日本)和0.7wt.%的聚偏二氟乙烯(PVDF；Solef® 5130，來自Solvay S.A.，比利時)(這些物質被分散在去離子水中以形成具有50wt.%固含量的漿料)，來製備正極漿料。該漿料通過行星式攪拌混合器被均質化。
使用轉送塗佈機(ZY-TSF6-6518，來自金帆展宇新能源科技有限公司，中國)將該均質化的漿料塗覆在具有20μm的厚度的鋁箔的兩側上，其中面密度為約26mg/cm2。鋁箔上的塗膜通過作為轉送塗佈機的子模組在約8米/分鐘的傳送帶速度下運行的24米長的隧道式熱風乾燥機乾燥3分鐘以獲得正極。溫度程式化控制箱允許可控的溫度梯度，其中，溫度從60℃的入口溫度逐漸升高至75℃的出口溫度。
(B)負極的製備
通過在去離子水中混合90wt.%的硬碳(HC；99.5%純度，Ruifute Technology有限公司，深圳，廣東，中國)、5wt.%的炭黑和5wt.%的聚丙烯腈以形成具有50wt.%的固含量的漿料，來製備負極漿料。使用轉送塗佈機將該漿料塗覆在具有9μm的厚度的銅箔的兩側上，其中面密度為約15mg/cm2。銅箔上的塗膜通過在約10米/分鐘的傳送帶速度下運行的24米長的隧道式熱風乾燥機在約50℃下乾燥2.4分鐘以獲得負極。
(C)隔膜的製備
通過將50g的CMC溶解在6.55L的去離子水中製備黏結劑的水溶液。將100g的Al2O3顆粒(來自Taimei Chemicals有限公司，日本，產品號TM-100)和7.5g的SBR添加到黏結劑的水溶液中。無機顆粒的平均直徑是9μm。在添加之後，該懸浮液在室溫下以50rpm的攪拌速度攪拌30分鐘以形成漿料。
然後，通過連續輥式刮刀塗佈機(來自深圳KEJINGSTAR Technology Ltd.，中國；型號為AFA-EI300-UL)，在由聚乙烯製成的25μm厚的、30cm寬的微孔膜(Celgard，LLC，美國)塗覆以上漿料。塗覆的隔膜隨後通過整合在輥塗機中的乾燥箱且在熱蒸汽中在100℃的溫度下乾燥。塗覆速度在1.2米/分鐘至1.7米/分鐘的範圍內。通過在刮刀與塗佈面之間的可調間隙來控制塗層厚度。獲得具有約30μm的總厚度以及約62%的孔隙度的塗覆隔膜。將得到的隔膜存放在露點約25℃的水分環境下持續1個月以模擬長期的存放條件。隔膜的水分含量的平均值大於500ppm。
在存放1個月以後，在乾燥的第一階段期間，在5x103Pa的壓力和75℃的溫度下，在真空乾燥箱中乾燥隔膜2小時。在乾燥的第二階段期間，在5x103Pa的壓力和90℃的溫度下，在真空下進一步乾燥隔膜1.5小時。隔膜的水分含量的平均值是58ppm。
隔膜的剝離強度
預乾燥的隔膜和未處理的隔膜的剝離強度的平均值分別是0.08N/cm和0.07N/cm。剝離強度保持很大程度上不受乾燥過程影響。
《實施例2》 電極組件的裝配
將得到的通過實施例1中所述的方法所製備的陰極片和陽極片通過切割成單獨的電極板分別用來製備陰極和陽極。預乾燥的隔膜被切割成單獨的板。通過在沒有控制濕度的露天下堆疊陽極、陰極 和插入在正極與負極之間的隔膜，來製備電極組件。電極組件在手套箱內的真空乾燥箱中在5×103Pa的壓力和100℃溫度下被乾燥2小時。乾燥室然後充入具有5ppm含水量和90℃溫度的熱的乾燥空氣。該熱的乾燥空氣在排出乾燥室之前在乾燥室中保留15分鐘。該循環重複10次。乾燥的電極組件的水分含量的平均值是15ppm。
軟包電池的裝配
通過將乾燥的電極組件封裝在由鋁-塑複合膜製成的容器(case)中，來裝配軟包電池。陰極電極板和陽極電極板通過隔膜被保持分開且該容器是預製成型的。然後在具有濕度和氧含量小於1ppm的高純度氬氣氣氛下，將電解液填充到容納所封裝的電極的容器中。電解液是在以體積比為1：1：1的碳酸亞乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物中的LiPF6(1M)的溶液。在電解液裝滿之後，軟包電池被真空密封然後使用具有標準方形的沖壓工具機械按壓。
實施例2的電化學測量 (I)額定容量
在電池測試儀(BTS-5V20A，來自Neware Electronics有限公司，中國)上，在25℃下和C/2的電流密度下恆流地測試該電池，電壓在3.0V與4.2V之間。額定容量是約9Ah。
(II)循環性能
通過在3.0V與4.2V之間在1C的恆定電流倍率下充電和放電，測試軟包電池的循環性能。實施例2的循環性能的測試結果在圖1中顯示。
《實施例3》 (A)正極的製備
通過混合92wt.%的陰極材料(LiMn2O4，來自HuaGuan HengYuan LiTech有限公司，青島，中國)、4wt.%之作為導電劑的炭黑(SuperP；來自Timcal Ltd，Bodio，瑞士)和4wt.%之作為黏結劑的聚偏二氟乙烯(PVDF；Solef® 5130，來自Solvay S.A.，比利時)(這些物質被分散在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP；純度99%，Sigma-Aldrich，美國)中以形成具有50wt.%固含量的漿料)，來製備正極漿料。該漿料通過行星式攪拌混合器被均質化。
使用轉送塗佈機將該均質化的漿料塗覆在具有20μm的厚度的鋁箔的兩側上，其中面密度為約40mg/cm2。鋁箔上的塗膜通過作為轉送塗佈機的子模組在約4米/分鐘的傳送帶速度下運行的24米長的隧道式熱風乾燥機乾燥6分鐘以獲得正極。溫度程式化控制箱允許可控的溫度梯度，其中，溫度從65℃的入口溫度逐漸升高至80℃的出口溫度。
B)負極的製備
通過混合90wt.%的硬碳(HC；99.5%純度，來自Ruifute Technology有限公司，深圳，廣東，中國)與作為黏結劑的1.5wt.%的羧甲基纖維素(CMC，BSH-12，DKS有限公司，日本)和3.5wt.%的SBR(AL-2001，NIPPON A&LINC.，日本)以及5wt.%之作為導電劑的炭黑(這些物質被分散在去離子水中以形成具有50wt.%固含量的另一漿料)，來製備負極漿料。使用轉送塗佈機將該漿料塗覆在具有9μm的厚度的銅箔的兩側上，其中面密度為約15mg/cm2。銅箔上的塗膜通過在約10米/分鐘的傳送帶速度下運行的24米長的隧道式熱風乾燥機在約50℃下乾燥2.4分鐘以獲得負極。
(C)隔膜的製備
通過將50g的CMC溶解在6.55L的去離子水中製備黏結劑的水溶液。將100g的TiO2顆粒(來自Shanghai Dian Yang Industry有限公司，中國)和7.5g的SBR添加到該黏結劑的水溶液中。無機顆粒的平均直徑是10μm。在添加之後，該懸浮液在室溫下以50rpm的攪 拌速度攪拌30分鐘以形成漿料。
然後，通過連續輥式刮刀塗佈機(來自深圳KEJINGSTAR Technology Ltd.，中國；型號為AFA-EI300-UL)，在寬30cm、厚約20μm且單位面積重量約10g/m2的PET不織布(來自MITSUBISHI PAPER MILLS LTD，日本)塗覆以上漿料。塗覆的隔膜隨後通過整合在輥塗機中的乾燥箱且在熱蒸汽中在100℃的溫度下乾燥。塗覆速度在1.2米/分鐘至1.7米/分鐘的範圍內。通過在刮刀與塗佈面之間的可調間隙來控制塗層厚度。獲得具有約30μm的總厚度以及約62%的孔隙度的塗覆隔膜。將隔膜存放在露點約20℃的水分環境下持續1個月以模擬長期的存放條件。隔膜的水分含量的平均值大於1,000ppm。
在存放1個月以後，在1x103Pa的壓力和85℃的溫度下，在真空乾燥箱中乾燥隔膜4小時。隔膜的水分含量的平均值是43ppm。
隔膜的剝離強度
預乾燥的隔膜和未處理的隔膜的剝離強度的平均值分別是0.07N/cm和0.06N/cm。剝離強度保持很大程度上不受乾燥過程影響。
《實施例4》 電極組件的裝配
將得到的通過實施例3中所述的方法所製備的陰極片和陽極片通過切割成單獨的電極板分別用來製備陰極和陽極。預乾燥的隔膜被切割成單獨的板。通過在沒有控制濕度的露天下堆疊陽極、陰極和插入在正極與負極之間的隔膜，來製備電極組件。電極組件在手套箱內的真空乾燥箱中在1×104Pa的壓力和102℃溫度下乾燥3小時。乾燥室然後充入具有5ppm含水量和85℃溫度的熱的乾燥氮氣。該熱的乾燥氮氣在排出乾燥室之前在乾燥室中保留5分鐘。該循環重複10次。乾燥的電極組件的水分含量的平均值是23ppm。
軟包電池的裝配
通過將乾燥的電極組件封裝在由鋁-塑複合膜製成的容器(case)中，來裝配軟包電池。陰極電極板和陽極電極板通過隔膜被保持分開且該容器是預製成型的。然後在具有濕度和氧含量小於1ppm的高純度氬氣氣氛下，將電解液填充到容納所封裝的電極的容器中。電解液是在以體積比為1：1：1的碳酸亞乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物中的LiPF6(1M)的溶液。在電解液裝滿之後，軟包電池被真空密封然後使用具有標準方形的沖壓工具機械按壓。
實施例4的電化學測量 (I)額定容量
在電池測試儀上，在25℃下和C/2的電流密度下恆流地測試該電池，電壓在3.0V與4.2V之間。額定容量是約9.1Ah。
(II)循環性能
通過在3.0V與4.2V之間在1C的恆定電流倍率下充電和放電，測試軟包電池的循環性能。實施例4的循環性能的測試結果在圖2中顯示。
《實施例5》 (A)正極的製備
通過混合94wt.%的陰極材料LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2(來自深圳天驕技術有限公司，中國)、3wt.%之作為導電劑的炭黑(SuperP；來自Timcal Ltd，Bodio，瑞士)和作為黏結劑的1.5wt.%的聚丙烯酸(PAA，#181285，來自Sigma-Aldrich，美國)和1.5wt.%的聚丙烯腈(LA 132，來自成都茵地樂電源科技有限公司，中國)(這些物質被分散在去離子水中以形成具有50wt.%固含量的漿料)，來製備正極漿料。該漿料通過行星式攪拌混合器被均質化。
使用轉送塗佈機將該均質化的漿料塗覆在具有20μm的厚度的鋁箔的兩側上，其中面密度為約32mg/cm2。鋁箔上的塗膜通過作為轉送塗佈機的子模組在約6米/分鐘的傳送帶速度下運行的24米長的隧道式熱風乾燥機乾燥4分鐘以獲得正極。溫度程式化控制箱允許可控的溫度梯度，其中，溫度從60℃的入口溫度逐漸升高至75℃的出口溫度。
(B)負極的製備
通過在去離子水中混合90wt.%的硬碳、5wt.%的炭黑和5wt.%的聚丙烯腈以形成具有50wt.%的固含量的漿料，來製備負極漿料。使用轉送塗佈機將該漿料塗覆在具有9μm的厚度的銅箔的兩側上，其中面密度為約15mg/cm2。銅箔上的塗膜通過在約10米/分鐘的傳送帶速度下運行的24米長的隧道式熱風乾燥機在約50℃下乾燥2.4分鐘以獲得負極。
(C)隔膜的預處理
使用厚約30μm的陶瓷塗覆的PET微孔隔膜(來自MITSUBISHI PAPER MILLS LTD，日本)。將隔膜存放在露點約16℃的水分環境下1個月以模擬長期存放條件。隔膜的水分含量的平均值大於800ppm。
在存放1個月以後，在2x103Pa的壓力和90℃的溫度下，在真空乾燥箱中乾燥隔膜2.5小時。隔膜的水分含量的平均值是52ppm。
隔膜的剝離強度
預乾燥的隔膜和未處理的隔膜的剝離強度的平均值分別是0.11N/cm和0.09N/cm。剝離強度保持很大程度上不受乾燥過程影響。
《實施例6》 電極組件的裝配
將得到的通過實施例5中所述的方法所製備的陰極片和陽極片通過切割成單獨的電極板分別用來製備陰極和陽極。預乾燥的隔膜被切割成單獨的板。通過在沒有控制濕度的露天下堆疊陽極、陰極和插入在正極與負極之間的隔膜，來製備電極組件。電極組件在手套箱內的真空乾燥箱中在1×103Pa的壓力和110℃溫度下乾燥2小時。乾燥室然後充入具有5ppm含水量和100℃溫度的熱的乾燥空氣。該熱的乾燥空氣在排出乾燥室之前在乾燥室中保留10分鐘。該循環重複10次。乾燥的電極組件的水分含量的平均值是18ppm。
軟包電池的裝配
通過將乾燥的電極組件封裝在由鋁-塑複合膜製成的容器(case)中，來裝配軟包電池。陰極電極板和陽極電極板通過隔膜被保持分開且該容器是預製成型的。然後在具有濕度和氧含量小於1ppm的高純度氬氣氣氛下，將電解液填充到容納所封裝的電極的容器中。電解液是在以體積比為1：1：1的碳酸亞乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物中的LiPF6(1M)的溶液。在電解液裝滿之後，軟包電池被真空密封然後使用具有標準方形的沖壓工具機械按壓。
實施例6的電化學測量 (I)額定容量
在電池測試儀上，在25℃下和C/2的電流密度下恆流地測試該電池，電壓在3.0V與4.2V之間。額定容量是約8.9Ah。
(II)循環性能
通過在3.0V與4.2V之間在1C的恆定電流倍率下充電和放電，測試軟包電池的循環性能。實施例6的循環性能的測試結果在圖3中顯示。
《實施例7》 (A)正極的製備
通過混合93wt.%的陰極材料LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2(來自深圳天驕技術有限公司，中國)、3wt.%之作為導電劑的炭黑(SuperP；來自Timcal Ltd，Bodio，瑞士)和4wt.%之作為黏結劑的聚丙烯腈(LA 132，成都茵地樂電源科技有限公司，中國)(這些物質被分散在去離子水中以形成具有50wt.%固含量的漿料)，來製備正極漿料。該漿料通過行星式攪拌混合器被均質化。
使用轉送塗佈機將該均質化的漿料塗覆在具有20μm的厚度的鋁箔的兩側上，其中面密度為約40mg/cm2。鋁箔上的塗膜通過作為轉送塗佈機的子模組在約6米/分鐘的傳送帶速度下運行的24米長的隧道式熱風乾燥機乾燥4分鐘以獲得正極。溫度程式化控制箱允許可控的溫度梯度，其中，溫度從70℃的入口溫度逐漸升高至93℃的出口溫度。
(B)負極的製備
通過在去離子水中混合90wt.%的硬碳、5wt.%的炭黑和5wt.%的聚丙烯腈以形成具有50wt.%的固含量的漿料，來製備負極漿料。使用轉送塗佈機將該漿料塗覆在具有9μm的厚度的銅箔的兩側上，其中面密度為約15mg/cm2。銅箔上的塗膜通過在約10米/分鐘的傳送帶速度下運行的24米長的隧道式熱風乾燥機在約50℃下乾燥2.4分鐘以獲得負極。
(C)隔膜的預處理
使用厚約20μm的由PET不織布製成的未塗覆的微孔隔膜(來自MITSUBISHI PAPER MILLS LTD，日本)。將隔膜存放在露點約16℃的水分環境下1個月以模擬長期存放條件。隔膜的水分含量的平均值大於800ppm。
在存放1個月以後，在2x103Pa的壓力和100℃的溫度下，在真空乾燥箱中乾燥隔膜2小時。隔膜的水分含量的平均值是42ppm。在乾燥之後，乾燥的隔膜的含水量顯著降低。
電極組件的裝配
將得到的通過實施例7中所述的方法所製備的陰極片和陽極片通過切割成單獨的電極板分別用來製備陰極和陽極。預乾燥的隔膜被切割成單獨的板。通過在沒有控制濕度的露天下堆疊陽極、陰極和插入在正極與負極之間的隔膜，來製備電極組件。電極組件在手套箱內的真空乾燥箱中在2,000Pa的壓力和105℃溫度下乾燥1.5小時。乾燥室然後充入具有5ppm含水量和90℃溫度的熱的乾燥空氣。該熱的乾燥空氣在排出乾燥室之前在乾燥室中保留10分鐘。該循環重複8次。乾燥的電極組件的水分含量的平均值是18ppm。
軟包電池的裝配
根據實施例2所述的方法裝配軟包電池。
實施例7的電化學測量 (I)額定容量
在電池測試儀上，在25℃下和C/2的電流密度下恆流地測試該電池，電壓在3.0V與4.2V之間。額定容量是約10.2Ah。
(II)循環性能
通過在3.0V與4.2V之間在1C的恆定電流倍率下充電和放電，測試軟包電池的循環性能。
《實施例8》 (A)正極的製備
通過混合93wt.%的陰極材料LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2(來自深圳天驕技術有限公司，中國)、3wt.%之作為導電劑的炭黑(SuperP； 來自Timcal Ltd，Bodio，瑞士)和作為黏結劑的4wt.%的聚丙烯腈(LA 132，成都茵地樂電源科技有限公司，中國)(這些物質被分散在去離子水中以形成具有50wt.%固含量的漿料)，來製備正極漿料。該漿料通過行星式攪拌混合器被均質化。
使用轉送塗佈機將該均質化的漿料塗覆在具有20μm的厚度的鋁箔的兩側上，其中面密度為約39mg/cm2。鋁箔上的塗膜通過作為轉送塗佈機的子模組在約6米/分鐘的傳送帶速度下運行的24米長的隧道式熱風乾燥機乾燥4分鐘以獲得正極。溫度程式化控制箱允許可控的溫度梯度，其中，溫度從70℃的入口溫度逐漸升高至90℃的出口溫度。
(B)負極的製備
通過在去離子水中混合90wt.%的硬碳、5wt.%的炭黑和5wt.%的聚丙烯腈以形成具有50wt.%的固含量的漿料，來製備負極漿料。使用轉送塗佈機將該漿料塗覆在具有9μm的厚度的銅箔的兩側上，其中面密度為約15mg/cm2。銅箔上的塗膜通過在約10米/分鐘的傳送帶速度下運行的24米長的隧道式熱風乾燥機在約50℃下乾燥2.4分鐘以獲得負極。
(C)隔膜的製備
通過在實施例3中所述的方法製備塗覆的隔膜。然後將該隔膜存放在露點約20℃的水分環境下1個月以模擬長期的存放條件。隔膜的水分含量的平均值大於1,000ppm。
在存放1個月以後，在4.5x103Pa的壓力和155℃的溫度下，在真空乾燥箱中乾燥隔膜2小時。隔膜的水分含量的平均值是11ppm。
隔膜的剝離強度
預乾燥的隔膜和未處理的隔膜的剝離強度的平均值分 別是0.035N/cm和0.075N/cm。在預乾燥步驟之後，隔膜的剝離強度顯著降低。這使得當電極組件通過自動的高速堆疊機進行裝配時，隔膜容易受到機械損傷。在該情況中，隔膜在高溫的熱處理期間發生劣化，其中，塗層中的水性黏結劑材料變脆。因此，較低的溫度有益於緩慢乾燥以避免保護性多孔層的破裂或脆化。
電極組件的裝配
將得到的通過實施例8中所述的方法所製備的陰極片和陽極片通過切割成單獨的電極板分別用來製備陰極和陽極。預乾燥的隔膜被切割成單獨的板。通過在沒有控制濕度的露天下堆疊陽極、陰極和插入在正極與負極之間的隔膜，來製備電極組件。電極組件在手套箱內的真空乾燥箱中在2,000Pa的壓力和105℃溫度下乾燥1.5小時。乾燥室然後充入具有5ppm含水量和90℃溫度的熱的乾燥空氣。該熱的乾燥空氣在排出乾燥室之前在乾燥室中保留10分鐘。該循環重複8次。乾燥的電極組件的水分含量的平均值是14ppm。
軟包電池的裝配
根據實施例2所述的方法裝配軟包電池。
實施例8的電化學測量 (I)額定容量
在電池測試儀上，在25℃下和C/2的電流密度下恆流地測試該電池，電壓在3.0V與4.2V之間。額定容量是約10.2Ah。
(II)循環性能
通過在3.0V與4.2V之間在1C的恆定電流倍率下充電和放電，測試軟包電池的循環性能。
《實施例9》 (A)正極的製備
通過混合93wt.%的陰極材料LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2(來自Hunan Rui Xiang New Material Co.Ltd.，Changsha，中國)、3.5wt.%之作為導電劑的炭黑(SuperP；來自Timcal Ltd，Bodio，瑞士)和作為黏結劑的1.5wt.%的聚丙烯酸(PAA，#181285，來自Sigma-Aldrich，美國)和2wt.%的聚丙烯腈(LA 132，來自成都茵地樂電源科技有限公司，中國)(這些物質被分散在去離子水中以形成具有50wt.%固含量的漿料)，來製備正極漿料。該漿料通過行星式攪拌混合器被均質化。
使用轉送塗佈機將該均質化的漿料塗覆在具有20μm的厚度的鋁箔的兩側上，其中面密度為約40mg/cm2。鋁箔上的塗膜通過作為轉送塗佈機的子模組在約6米/分鐘的傳送帶速度下運行的24米長的隧道式熱風乾燥機乾燥4分鐘以獲得正極。溫度程式化控制箱允許可控的溫度梯度，其中，溫度從70℃的入口溫度逐漸升高至90℃的出口溫度。
(B)負極的製備
通過在去離子水中混合90wt.%的硬碳、5wt.%的炭黑和5wt.%的聚丙烯腈以形成具有50wt.%的固含量的漿料，來製備負極漿料。使用轉送塗佈機將該漿料塗覆在具有9μm的厚度的銅箔的兩側上，其中面密度為約15mg/cm2。銅箔上的塗膜通過在約10米/分鐘的傳送帶速度下運行的24米長的隧道式熱風乾燥機在約50℃下乾燥2.4分鐘以獲得負極。
(C)隔膜的預處理
使用厚約20μm的陶瓷塗覆的PI微孔隔膜(來自Jiangxi Advanced Nanofiber Technology Co.,Ltd.，中國)。將隔膜存放在露點約20℃的水分環境下1個月以模擬長期存放條件。隔膜的水分含量的平均值大於1,000ppm。
在存放1個月以後，在1,000Pa的壓力和120℃的溫度下，在真空乾燥箱中乾燥隔膜2小時。隔膜的水分含量的平均值是 32ppm。
隔膜的剝離強度
預乾燥的隔膜和未處理的隔膜的剝離強度的平均值分別是0.085N/cm和0.08N/cm。剝離強度保持很大程度上不受乾燥過程影響。
電極組件的裝配
將得到的通過實施例9中所述的方法所製備的陰極片和陽極片通過切割成單獨的電極板分別用來製備陰極和陽極。預乾燥的隔膜被切割成單獨的板。通過在沒有控制濕度的露天下堆疊陽極、陰極和插入在正極與負極之間的隔膜，來製備電極組件。電極組件在手套箱內的真空乾燥箱中在2,000Pa的壓力和105℃溫度下乾燥1.5小時。乾燥室然後充入具有5ppm含水量和90℃溫度的熱的乾燥空氣。該熱的乾燥空氣在排出乾燥室之前在乾燥室中保留10分鐘。該循環重複8次。乾燥的電極組件的水分含量的平均值是16ppm。
軟包電池的裝配
根據實施例2所述的方法裝配軟包電池。
實施例9的電化學測量 (I)額定容量
在電池測試儀上，在25℃下和C/2的電流密度下恆流地測試該電池，電壓在3.0V與4.2V之間。額定容量是約10.7Ah。
(II)循環性能
通過在3.0V與4.2V之間在1C的恆定電流倍率下充電和放電，測試軟包電池的循環性能。
《實施例10》 隔膜的預處理
使用厚約30μm的陶瓷塗覆的PET微孔隔膜(來自MITSUBISHI PAPER MILLS LTD，日本)。將隔膜存放在露點約20℃的水分環境下1個月以模擬長期存放條件。隔膜的水分含量的平均值大於1,000ppm。
在存放1個月以後，在2,000Pa的壓力和85℃的溫度下，在真空乾燥箱中乾燥隔膜1小時。乾燥室然後充入具有5ppm含水量和90℃溫度的熱的乾燥空氣。該熱的乾燥空氣在排出乾燥室之前在乾燥室中保留10分鐘。該循環重複5次。隔膜的水分含量的平均值是13ppm。
隔膜的剝離強度
預乾燥的隔膜和未處理的隔膜的剝離強度的平均值分別是0.09N/cm和0.085N/cm。剝離強度保持很大程度上不受乾燥過程影響。
電極組件的裝配
通過實施例5中所述的方法來製備陰極和陽極。通過實施例2中所述的方法製備電極組件。通過實施例6中所述的方法乾燥電極組件。乾燥的電極組件的水分含量的平均值是9ppm。
軟包電池的裝配
根據實施例2所述的方法裝配軟包電池。
實施例10的電化學測量 (I)額定容量
在電池測試儀上，在25℃下和C/2的電流密度下恆流地測試該電池，電壓在3.0V與4.2V之間。額定容量是約10.0Ah。
(II)循環性能
通過在3.0V與4.2V之間在1C的恆定電流倍率下充電 和放電，測試軟包電池的循環性能。
《實施例11》 隔膜的預處理
使用厚約30μm的陶瓷塗覆的PET微孔隔膜(來自MITSUBISHI PAPER MILLS LTD，日本)。將隔膜存放在露點約20℃的水分環境下1個月以模擬長期存放條件。隔膜的水分含量的平均值大於1,000ppm。
在存放1個月以後，在1,000Pa的壓力和110℃的溫度下，在真空乾燥箱中乾燥隔膜3小時。隔膜的水分含量的平均值是37ppm。
隔膜的剝離強度
預乾燥的隔膜和未處理的隔膜的剝離強度的平均值分別是0.06N/cm和0.07N/cm。剝離強度保持很大程度上不受乾燥過程影響。
電極組件的裝配
通過實施例5中所述的方法來製備正極和負極。通過實施例2中所述的方法製備電極組件。通過在沒有控制濕度的露天下堆疊陽極、陰極和插入在正極與負極之間的隔膜，來製備電極組件。電極組件被螺旋狀纏繞成捲繞式配置。電極組件然後在手套箱內的真空乾燥箱中在1,000Pa的壓力和110℃溫度下乾燥3小時。乾燥室然後充入具有5ppm含水量和90℃溫度的熱的乾燥空氣。該熱的乾燥空氣在排出乾燥室之前在乾燥室中保留10分鐘。該循環重複10次。乾燥的電極組件的水分含量的平均值是19ppm。
軟包電池的裝配
根據實施例2所述的方法裝配軟包電池。
實施例11的電化學測量 (I)額定容量
在電池測試儀上，在25℃下和C/2的電流密度下恆流地測試該電池，電壓在3.0V與4.2V之間。額定容量是約10.1Ah。
(II)循環性能
通過在3.0V與4.2V之間在1C的恆定電流倍率下充電和放電，測試軟包電池的循環性能。
《比較例1》 電極組件的裝配
通過實施例5中所述的方法來製備正極和負極。通過實施例2所述的方法製備電極組件。通過實施例6所述的方法乾燥電極組件，除了不預乾燥隔膜外。乾燥的電極組件的水分含量平均值是222ppm。
軟包電池的裝配
根據實施例2所述的方法裝配軟包電池。
比較例1的電化學測量 (I)額定容量
在電池測試儀上，在25℃下和C/2的電流密度下恆流地測試該電池，電壓在3.0V與4.2V之間。額定容量是約9.9Ah。
(II)循環性能
通過在3.0V與4.2V之間在1C的恆定電流倍率下充電和放電，測試軟包電池的循環性能。
《比較例2》 隔膜的預處理
根據實施例5所述的方法加工隔膜，除了隔膜在大氣壓下乾燥12小時而不是在減小的壓力下乾燥2.5小時外。加工的隔膜的水分含量的平均值是240ppm。
隔膜的剝離強度
預處理的隔膜和未處理的隔膜的剝離強度的平均值分別是0.085N/cm和0.08N/cm。剝離強度保持很大程度上不受乾燥過程影響。
電極組件的裝配
通過實施例5中所述的方法來製備正極和負極。通過實施例2所述的方法製備電極組件。通過實施例6所述的方法乾燥電極組件。乾燥的電極組件的水分含量平均值是145ppm。
軟包電池的裝配
根據實施例2所述的方法裝配軟包電池。
比較例2的電化學測量 (I)額定容量
在電池測試儀上，在25℃下和C/2的電流密度下恆流地測試該電池，電壓在3.0V與4.2V之間。額定容量是約10.2Ah。
(II)循環性能
通過在3.0V與4.2V之間在1C的恆定電流倍率下充電和放電，測試軟包電池的循環性能。
《比較例3》 隔膜的預處理
根據實施例5所述的方法預乾燥隔膜，除了在50℃而不是90℃下使用氣體填充乾燥隔膜。乾燥室充入具有5ppm含水量和 40℃溫度的熱的乾燥空氣。該熱的乾燥空氣在排出乾燥室之前在乾燥室中保留15分鐘。該循環重複8次。隔膜的水分含量的平均值是117ppm。
隔膜的剝離強度
預乾燥的隔膜和未處理的隔膜的剝離強度的平均值分別是0.075N/cm和0.06N/cm。剝離強度保持很大程度上不受乾燥過程影響。
電極組件的裝配
通過實施例5中所述的方法來製備正極和負極。通過實施例2所述的方法製備電極組件。通過實施例6所述的方法乾燥電極組件。乾燥的電極組件的水分含量平均值是79ppm。
軟包電池的裝配
根據實施例2所述的方法裝配軟包電池。
比較例3的電化學測量 (I)額定容量
在電池測試儀上，在25℃下和C/2的電流密度下恆流地測試該電池，電壓在3.0V與4.2V之間。額定容量是約10.1Ah。
(II)循環性能
通過在3.0V與4.2V之間在1C的恆定電流倍率下充電和放電，測試軟包電池的循環性能。
《比較例4》 隔膜的預處理
根據實施例5所述的方法預乾燥隔膜。隔膜的水分含量的平均值是48ppm。
隔膜的剝離強度
預乾燥的隔膜和未處理的隔膜的剝離強度的平均值分別是0.09N/cm和0.07N/cm。剝離強度保持很大程度上不受乾燥過程影響。
電極組件的裝配
通過實施例5中所述的方法來製備正極和負極。通過實施例2所述的方法製備電極組件。通過實施例6所述的方法乾燥電極組件，除了在160℃而不是110℃下乾燥電極組件外。乾燥的電極組件的水分含量平均值是18ppm。
軟包電池的裝配
根據實施例2所述的方法裝配軟包電池。
比較例4的電化學測量 (I)額定容量
在電池測試儀上，在25℃下和C/2的電流密度下恆流地測試該電池，電壓在3.0V與4.2V之間。額定容量是約10.2Ah。
(II)循環性能
通過在3.0V與4.2V之間在1C的恆定電流倍率下充電和放電，測試軟包電池的循環性能。
《比較例5》 隔膜的預處理
根據實施例5所述的方法預乾燥隔膜。隔膜的水分含量的平均值是50ppm。
隔膜的剝離強度
預乾燥的隔膜和未處理的隔膜的剝離強度的平均值分別是0.08N/cm和0.06N/cm。剝離強度保持很大程度上不受乾燥過程影 響。
電極組件的裝配
通過實施例5中所述的方法來製備正極和負極。通過實施例2所述的方法製備電極組件。通過實施例6所述的方法乾燥電極組件，除了在65℃而不是110℃下乾燥電極組件外。乾燥的電極組件的水分含量平均值是101ppm。
軟包電池的裝配
根據實施例2所述的方法裝配軟包電池。
比較例5的電化學測量 (I)額定容量
在電池測試儀上，在25℃下和C/2的電流密度下恆流地測試該電池，電壓在3.0V與4.2V之間。額定容量是約9.8Ah。
(II)循環性能
通過在3.0V與4.2V之間在1C的恆定電流倍率下充電和放電，測試軟包電池的循環性能。
《比較例6》 隔膜的預處理
根據實施例5所述的方法預乾燥隔膜。隔膜的水分含量的平均值是47ppm。
隔膜的剝離強度
預乾燥的隔膜和未處理的隔膜的剝離強度的平均值分別是0.075N/cm和0.06N/cm。剝離強度保持很大程度上不受乾燥過程影響。
電極組件的裝配
通過實施例5中所述的方法來製備正極和負極。通過實施例2所述的方法製備電極組件。通過實施例6所述的方法乾燥電極組件，除了在110℃下連續乾燥電極組件24小時，而不重複填充和抽空乾燥室的步驟外。乾燥的電極組件的水分含量平均值是164ppm。
軟包電池的裝配
根據實施例2所述的方法裝配軟包電池。
比較例6的電化學測量 (I)額定容量
在電池測試儀上，在25℃下和C/2的電流密度下恆流地測試該電池，電壓在3.0V與4.2V之間。額定容量是約10.1Ah。
(II)循環性能
通過在3.0V與4.2V之間在1C的恆定電流倍率下充電和放電，測試軟包電池的循環性能。
《比較例7》 隔膜的預處理
根據實施例5所述的方法預乾燥隔膜。隔膜的水分含量的平均值是52ppm。
隔膜的剝離強度
預乾燥的隔膜和未處理的隔膜的剝離強度的平均值分別是0.075N/cm和0.07N/cm。剝離強度保持很大程度上不受乾燥過程影響。
電極組件的裝配
通過實施例5中所述的方法來製備正極和負極。通過實施例2所述的方法製備電極組件。通過實施例6所述的方法乾燥電極 組件，除了真空乾燥和氣體填充的循環次數是3次而不是10次。乾燥的電極組件的水分含量平均值是50ppm。
軟包電池的裝配
根據實施例2所述的方法裝配軟包電池。
比較例7的電化學測量 (I)額定容量
在電池測試儀上，在25℃下和C/2的電流密度下恆流地測試該電池，電壓在3.0V和4.2V之間。額定容量是約10.3Ah。
(II)循環性能
通過在3.0V和4.2V之間在1C的恆定電流倍率下充電和放電，測試軟包電池的循環性能。
《比較例8》 隔膜的預處理
使用厚約30μm的陶瓷塗覆的PET微孔隔膜(來自MITSUBISHI PAPER MILLS LTD，日本)。將隔膜存放在露點約20℃的水分環境下1個月以模擬長期存放條件。隔膜的水分含量的平均值大於800ppm。
在存放1個月以後，在1,000Pa的壓力和155℃的溫度下，在真空乾燥箱中乾燥隔膜2小時。隔膜的水分含量的平均值是15ppm。
隔膜的剝離強度
預乾燥的隔膜和未處理的隔膜的剝離強度的平均值分別是0.03N/cm和0.075N/cm。隔膜的剝離強度在預乾燥步驟後顯著下降。
電極組件的裝配
通過實施例5中所述的方法來製備正極和負極。通過實施例2所述的方法製備電極組件。通過在沒有控制濕度的露天下堆疊陽極、陰極和插入在正極與負極之間的隔膜且螺旋狀纏繞成捲繞式配置，來製備電極組件。電極組件然後在手套箱內的真空乾燥箱中於1,000Pa的壓力和110℃的溫度下被乾燥3小時。乾燥室然後填充具有5ppm的含水量和100℃的溫度的熱的乾燥空氣。該熱的乾燥空氣在排出乾燥室之前在乾燥室中保留10分鐘。該循環重複10次。乾燥的電極組件的水分含量平均值是20ppm。
軟包電池的裝配
根據實施例2所述的方法裝配軟包電池。
比較例8的電化學測量 (I)額定容量
在電池測試儀上，在25℃下和C/2的電流密度下恆流地測試該電池，電壓在3.0V與4.2V之間。額定容量是約10.1Ah。
(II)循環性能
通過在3.0V與4.2V之間在1C的恆定電流倍率下充電和放電，測試軟包電池的循環性能。
這些實施例和比較例中之每一個的隔膜的選擇和電極的配方在下表1中總結。這些實施例和比較例中之每一個的隔膜的乾燥條件在下表2中顯示。這些實施例和比較例中之每一個隔膜的含水量和剝離強度在下表3中顯示。這些實施例和比較例的電極組件的乾燥條件在下表4中顯示。這些實施例和比較例的電極組件的含水量和循環性能表現在下表5中顯示。實施例2-7和9-11的電化學測試顯示出電池在寬範圍電勢中良好的電化學穩定性以及優異的循環性能。
表1
儘管結合有限數量的實施例已經描述了本發明，然而一個實施例的特定特徵不應該限定本發明的其他實施例。在一些實施例中，所述方法可包括大量的本發明沒有提及的步驟。在其他實施例中，所述方法不包括或者基本上不含有本發明沒有列舉的任何步驟。存在來自於所描述的實施例的變型和變化。所附的申請專利範圍意在涵蓋落在本發明的範圍內的所有這些變化和變型。

Claims (16)

  1. 一種製備電極組件的方法，包括以下步驟：(1)製備包括導電劑、活性電池電極材料和黏結劑材料的漿料；(2)將所述漿料塗覆在集流器上，以在所述集流器上形成塗層；(3)乾燥在所述集流器上的所述塗層；(4)在真空和約80℃至約150℃的溫度下預乾燥塗覆的隔膜，所述隔膜包括多孔性基底材料和塗覆在所述多孔性基底材料的一個或兩個表面上的保護性多孔層，其中，所述隔膜的熔點是160℃或更高，以及其中，基於在預乾燥前所述隔膜的總重量，在預乾燥前所述隔膜的含水量是按重量計大於500ppm；(5)將至少一個陽極、至少一個陰極和插入在所述至少一個陽極與所述至少一個陰極之間的至少一個所述預乾燥的隔膜堆疊，其中，基於所述預乾燥的隔膜的總重量，所述預乾燥的隔膜的含水量是按重量計小於60ppm；以及(6)乾燥所述電極組件；其中，所述多孔性基底材料包括聚合物纖維，所述聚合物纖維選自由聚縮醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚碸、聚苯醚、聚苯硫醚、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯及其組合構成的群組；其中，所述保護性多孔層包括無機填料，所述無機填料選自由Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、BaOx、ZnO、CaCO3、TiN、AlN、MTiO3、K2O．nTiO2、Na2O．mTiO2及其組合構成的群組，其中x是1或2；M是Ba、Sr或Ca；n是1、2、4、6或8；以及m是3或6；以及其中，在預乾燥前所述隔膜和所述預乾燥的隔膜的剝離強度獨立地是介於0.05N/cm和0.25N/cm之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之製備電極組件的方法，其中，所述隔膜的所述多孔性基底材料的熔點是200℃或更高。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之製備電極組件的方法，其中，所述隔膜被預乾燥約2小時至約12小時或約2小時至約8小時的時段。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之製備電極組件的方法，其中，在小於25kPa、小於15kPa、小於10kPa或小於5kPa的壓力下，預乾燥所述隔膜。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之製備電極組件的方法，其中，所述保護性多孔層更包括所述黏結劑材料，所述黏結劑材料選自由丁苯橡膠、丙烯酸化丁苯橡膠、丙烯腈共聚物、丁腈橡膠、腈基丁二烯橡膠、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯酰基橡膠、丁基橡膠、氟橡膠、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物、聚丁二烯、聚氧化乙烯、氯磺化聚乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯基吡啶、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚環氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乳膠、丙烯酸樹脂、酚醛樹脂、環氧樹脂、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、醋酸纖維素、醋酸丁酸纖維素、醋酸丙酸纖維素、氰基乙基纖維素、氰基乙基蔗糖、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚酰亞胺、聚羧酸酯、聚羧酸、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚氨酯、氟化聚合物、氯化聚合物、海藻酸鹽、聚偏二氟乙烯、聚(偏二氟乙烯)-六氟丙烯及其組合構成的群組。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之製備電極組件的方法，其中，所述無機填料與所述黏結劑材料的重量比是約99：1至約1：1。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之製備電極組件的方法，其中，所述隔膜的厚度是約1μm至約80μm。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之製備電極組件的方法，其中，所述隔膜的孔隙度是約40%至約97%。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之製備電極組件的方法，其中，所述活性電池電極材料是陰極材料，所述陰極材料選自由LiCoO2、LiNiO2、LiNixMnyO2、Li1+zNixMnyCo1-x-yO2、LiNixCoyAlzO2、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2、LiMnO2、LiCrO2、LiMn2O4、LiFeO2、LiFePO4及其組合構成的群組，其中各個x獨立地是0.3至0.8；各個y獨立地是0.1至0.45；以及各個z獨立地是0至0.2。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之製備電極組件的方法，其中，所述導電劑選自由碳、炭黑、石墨、膨脹石墨、石墨烯、石墨烯納米片、碳纖維、碳納米纖維、石墨化碳片、碳管、碳納米管、活性炭、介孔碳及其組合構成的群組。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之製備電極組件的方法，其中，在小於25kPa、小於15kPa、小於10kPa或小於5kPa的壓力下，乾燥所述電極組件。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之製備電極組件的方法，其中，所述電極組件被乾燥約2小時至約24小時或約4小時至約12小時的時段。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之製備電極組件的方法，其中，在約70℃至約150℃的溫度下，乾燥所述電極組件。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之製備電極組件的方法，其中，基於所述預乾燥的隔膜的總重量，所述預乾燥的隔膜的含水量按重量計小於50ppm。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之製備電極組件的方法，其中，基於所述乾燥的電極組件的總重量，所述乾燥的電極組件的含水量按重量計小於20ppm。
  16. 一種鋰電池，包括通過申請專利範圍第1項所述的方法所製備的電極組件。
TW106132308A 2016-09-22 2017-09-20 製備電極組件的方法 TWI661595B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/272,544 US10084178B2 (en) 2016-09-22 2016-09-22 Method of preparing electrode assemblies
US15/272,544 2016-09-22
??PCT/CN2017/101262 2017-09-11
PCT/CN2017/101262 WO2018054239A1 (en) 2016-09-22 2017-09-11 Method of preparing electrode assemblies

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201820695A TW201820695A (zh) 2018-06-01
TWI661595B true TWI661595B (zh) 2019-06-01

Family

ID=61620791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106132308A TWI661595B (zh) 2016-09-22 2017-09-20 製備電極組件的方法

Country Status (13)

Country Link
US (1) US10084178B2 (zh)
EP (1) EP3516713B1 (zh)
JP (1) JP6713580B2 (zh)
KR (1) KR102072519B1 (zh)
CN (2) CN107871843B (zh)
AU (1) AU2017329491B2 (zh)
CA (1) CA3030584C (zh)
ES (1) ES2909715T3 (zh)
HK (1) HK1249281A1 (zh)
MX (1) MX2019003280A (zh)
SG (1) SG11201912728QA (zh)
TW (1) TWI661595B (zh)
WO (1) WO2018054239A1 (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10199635B2 (en) * 2016-09-22 2019-02-05 Grst International Limited Method of drying electrode assemblies
KR102209826B1 (ko) * 2018-03-06 2021-01-29 삼성에스디아이 주식회사 분리막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬전지
KR102581887B1 (ko) * 2018-11-19 2023-09-22 주식회사 엘지에너지솔루션 원통형 전지의 제조 방법 및 이를 수행하기 위한 건조 장치
EP3656571B1 (en) 2018-11-20 2021-08-04 Flooring Industries Limited, SARL Decor paper or foil
JP2021022543A (ja) * 2019-07-30 2021-02-18 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電素子
EP4106094A1 (en) * 2020-02-21 2022-12-21 LG Energy Solution, Ltd. Separator for electrochemical device and production method therefor
CN111653784B (zh) * 2020-06-16 2022-06-17 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种负极浆料以及含有该负极浆料的锂离子电池及其制备方法
CN114361738A (zh) * 2020-09-29 2022-04-15 宁德新能源科技有限公司 一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103843172A (zh) * 2011-10-05 2014-06-04 日产自动车株式会社 带耐热绝缘层的隔板
CN105322117A (zh) * 2014-06-11 2016-02-10 株式会社捷太格特 非水系蓄电器件用隔板的干燥方法、蓄电装置的制造方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100759543B1 (ko) 2001-09-24 2007-09-18 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이온 폴리머 전지의 전극 조합체의 제조 방법
JP4439200B2 (ja) * 2003-04-25 2010-03-24 三洋電機株式会社 リチウム二次電池の製造方法
KR100759377B1 (ko) * 2005-04-21 2007-09-19 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지
TWI346406B (en) * 2006-02-16 2011-08-01 Lg Chemical Ltd Lithium secondary battery with enhanced heat-resistance
TWI368347B (en) * 2006-02-16 2012-07-11 Lg Chemical Ltd Electrode including organic/inorganic composite coating layer and electrochemical device prepared thereby
CN101154750A (zh) 2006-09-30 2008-04-02 万向电动汽车有限公司 高倍率凝胶聚合物锂离子动力电池及其制造方法
JP5356878B2 (ja) * 2009-03-27 2013-12-04 帝人株式会社 非水系二次電池用セパレータ
CN102299381A (zh) 2010-06-23 2011-12-28 深圳市金和能电池科技有限公司 一种锂离子电池卷绕方法
US20130101893A1 (en) * 2011-10-25 2013-04-25 Apple Inc. High-voltage lithium-polymer batteries for portable electronic devices
KR101495761B1 (ko) 2012-03-30 2015-02-25 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 전극조립체의 제조방법, 리튬 이차전지의 제조방법 및 이를 이용한 이차전지
KR101497348B1 (ko) 2012-04-18 2015-03-05 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 일체형 전극조립체의 제조방법 및 이를 사용하여 제조되는 일체형 전극조립체
CN103078077B (zh) 2013-01-17 2015-03-25 中国科学院金属研究所 一种特殊结构锂离子电池隔膜及其制备方法
JP5798144B2 (ja) * 2013-03-27 2015-10-21 株式会社日立ハイテクノロジーズ リチウムイオン電池の製造装置およびリチウムイオン電池の製造方法
JP6268811B2 (ja) * 2013-08-23 2018-01-31 日本ゼオン株式会社 リチウムイオン二次電池用多孔膜組成物、リチウムイオン二次電池用保護層付きセパレータ、リチウムイオン二次電池用保護層付き電極、リチウムイオン二次電池、およびリチウムイオン二次電池用保護層付きセパレータの製造方法
CN105115250B (zh) * 2015-07-27 2017-03-29 山东精工电子科技有限公司 一种锂离子电池电芯快速干燥方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103843172A (zh) * 2011-10-05 2014-06-04 日产自动车株式会社 带耐热绝缘层的隔板
CN105322117A (zh) * 2014-06-11 2016-02-10 株式会社捷太格特 非水系蓄电器件用隔板的干燥方法、蓄电装置的制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10084178B2 (en) 2018-09-25
AU2017329491A1 (en) 2019-02-28
JP6713580B2 (ja) 2020-06-24
KR20190039836A (ko) 2019-04-15
KR102072519B1 (ko) 2020-03-03
HK1249281A1 (zh) 2018-10-26
CN109478623B (zh) 2022-02-22
CA3030584A1 (en) 2018-03-29
ES2909715T3 (es) 2022-05-10
EP3516713A4 (en) 2020-04-29
EP3516713A1 (en) 2019-07-31
AU2017329491B2 (en) 2019-03-14
WO2018054239A1 (en) 2018-03-29
SG11201912728QA (en) 2020-01-30
CN107871843A (zh) 2018-04-03
EP3516713B1 (en) 2022-03-09
US20180083259A1 (en) 2018-03-22
CN107871843B (zh) 2021-02-26
CN109478623A (zh) 2019-03-15
MX2019003280A (es) 2019-08-05
JP2019530138A (ja) 2019-10-17
TW201820695A (zh) 2018-06-01
CA3030584C (en) 2019-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI661595B (zh) 製備電極組件的方法
JP6918099B2 (ja) 電極アセンブリを乾燥させる方法
TWI715803B (zh) 乾燥電極組件的方法
TWI706587B (zh) 電極組件
KR102196990B1 (ko) 전극 조립체