CN111477839A - 一种电池极片的制作方法及电池极片 - Google Patents
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Abstract
本申请提供的电池极片制作方法及电池极片，将干燥的PTC材料颗粒、干燥的导电剂颗粒以及干燥的粘合剂颗粒混合挤压形成PTC干膜，并通过导电胶粘合在集流体表面，然后对所述PTC干膜进行加热固化形成PTC层，最后将活性材料层覆盖在PTC层表面制成电池极片。本申请提供的电池极片制作方法及电池极片采用干法PTC层制备工艺，无需有机溶剂，更环保、经济和安全。
Description
技术领域
本申请涉及电池制造领域，尤其涉及一种电池极片的制作方法及电池极片。
背景技术
目前，锂电池在多种场合被大量应用，因此，锂电池的安全性能尤为重要。在锂电池使用过程中，如果发生内外部短路、过充电等情况，锂电池内部可能在短时间内释放出大量热量，从而发生热扩散，导致锂电池包发生起火、爆炸等安全事故。为了改善锂电池的安全性能，在锂电池内部建立安全机制，在电池制造过程中，可以在锂电池极片中采用PTC材料作为活性材料的底涂层，当锂电池内部大量产热，内部温度急剧升高时，PTC材料内阻也随之指数级增大，从而有效阻断活性材料与集流体之间的电子传输，进而提升锂电池的安全性能。现有技术中的PTC底涂层制作方法一般是将PTC材料、导电材料、粘合剂混合分散在有机溶剂中形成浆料，再通过涂布装置将分散后的浆料涂覆在集流体上，经过烘干可制备底涂层。以上方法在制电池极片的过程中需要使用有机溶剂在烘干后挥发成气体，并且有机溶剂气体不可直接进行排放，需要专门的设备进行回收。因此现有技术中的制作电池极片的方法不够环保，并且存在有机溶剂气体挥发、泄露的风险，存在安全隐患。
为解决以上有机溶剂不环保且存在泄露等安全隐患的问题，需要一种新的电池极片的制作方法以及一种新的电池极片。
发明内容
本申请技术方案要解决的是有机溶剂不环保且存在泄露等安全隐患的问题。
为此，本申请提供一种新的电池极片制作方法及一种新的电池极片。所述方法将干燥的PTC材料颗粒、干燥的导电剂颗粒以及干燥的粘合剂颗粒混合挤压形成PTC干膜，并通过导电胶粘合在集流体表面，然后对所述PTC干膜进行加热固化形成PTC层，最后将活性材料层覆盖在PTC层表面制成电池极片。本申请提供的电池极片制作方法及电池极片采用干法PTC层制备工艺，无需有机溶剂，更环保、经济和安全。
本申请一方面提供一种电池极片的制作方法，包括：在集流体表面形成导电胶层；在所述导电胶层表面形成PTC层，其中，所述PTC层由PTC材料颗粒、导电剂颗粒以及粘合剂颗粒混合烧结制成。
在一些实施例中，所述在所述导电胶层表面形成PTC层包括：将干燥的所述PTC材料颗粒、干燥的所述导电剂颗粒以及干燥的所述粘合剂颗粒混合均匀；将混匀后的PTC混合物压制成型，形成PTC干膜；将所述PTC干膜粘合到所述导电胶层表面。
在一些实施例中，所述在所述导电胶层表面形成PTC层还包括：对粘合在所述导电胶层表面的所述PTC干膜进行加热固化形成所述PTC层。
在一些实施例中，所述PTC层的厚度为3～10μm，所述加热温度为30℃～80℃。
在一些实施例中，所述电池极片的制作方法，还包括：在所述PTC层表面形成活性材料层，所述活性材料层为正极活性材料层和负极活性材料层中的一种。
在一些实施例中，所述PTC材料包括陶瓷PTC材料和有机聚合PTC材料中的至少一种。
在一些实施例中，所述PTC层中所述PTC材料的比例为30％～90％。
在一些实施例中，所述PTC层中所述导电剂的比例为1％～30％。
在一些实施例中，所述PTC层中所述粘合剂的比例为1％～30％。
本申请另一方面还提供一种电池极片，包括集流体、导电胶层和PTC层，其中，所述导电胶层覆盖在所述集流体的表面；所述PTC层覆盖在所述导电胶层的表面，其中，所述PTC层由PTC材料颗粒、导电剂颗粒以及粘合剂颗粒混合烧结制成。
在一些实施例中，所述电池极片还包括活性材料层，覆盖在所述PTC层表面，所述活性材料层为正极活性材料层和负极活性材料层中的一种。
在一些实施例中，所述PTC层的厚度为3～10μm。
由以上技术方案可知，本申请提供的电池极片制作方法，将干燥的PTC材料颗粒、干燥的导电剂颗粒以及干燥的粘合剂颗粒混合挤压形成PTC干膜，并通过导电胶粘合在集流体表面，然后对所述PTC干膜进行加热固化形成PTC层，最后将活性材料层覆盖在PTC层表面制成电池极片。本申请提供的电池极片制作方法及电池极片采用干法PTC层制备工艺，无需有机溶剂，更环保、经济和安全。
本应用的其他功能将在以下说明中部分列出。根据描述，以下数字和示例的内容将对那些本领域的普通技术人员显而易见。本应用的创造性方面可以通过实践或使用下面详细示例中所述的方法、装置和组合得到充分解释。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本申请实施例提供的一种电池极片的截面结构示意图；
图2为根据本申请实施例提供的一种电池极片的制作方法的流程图；
图3为根据本申请实施例提供的一种压制PTC混合物的示意图。
具体实施方式
以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本申请不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。
这里使用的术语仅用于描述特定示例实施例的目的，而不是限制性的。比如，除非上下文另有明确说明，这里所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”也可以包括复数形式。当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包含”和/或“含有”意思是指所关联的整数，步骤、操作、元素和/或组件存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或组的存在或在该系统/方法中可以添加其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或组。当在本说明书中使用时，术语“A在B上”意思可以是A直接与B相邻(之上或者之下)，也可以指A与B间接相邻(即A与B之间还隔了一些物质)；术语“A在B内”意思可以是A全部在B里面，也可以是A部分的在B里面。
考虑到以下描述，本申请的这些特征和其他特征、以及结构的相关元件的操作和功能、以及部件的组合和制造的经济性可以得到明显提高。参考附图，所有这些形成本申请的一部分。然而，应该清楚地理解，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本申请的范围。还应理解，附图未按比例绘制。
本申请一方面提供一种电池极片，另一方面提供一种电池极片的制作方法。所述电池极片可以是锂电池的电池极片，也可以是其他电池的电池极片，比如蓄电池的电池极片等等。纯粹为了展示的需要，本申请下面的描述将以锂电池为例进行描述。所述电池极片可以分为正极极片和负极极片。图1为根据本申请实施例提供的一种电池极片100的截面结构示意图。如图1所示，电池极片100可以包括集流体110、导电胶层130和PTC层150。在一些实施例中，电池极片100还可以包括活性材料层170。
集流体110为电池极片100的基材，是汇集电流的金属结构。集流体110可以是铝箔也可以是铜箔。当电池极片100为所述正极极片时，集流体110可以是铝箔或者涂炭铝箔。当所述电池极片100为所述负极极片，集流体110可以是铜箔或涂炭铜箔。
导电胶层130可以覆盖在集流体110的表面。导电胶层130的材料为导电胶。所述导电胶是一种固化或干燥后具有一定导电性的胶粘剂。它可以将多种导电材料连接在一起，使被连接材料间形成电的通路。所述导电胶可以是银系导电胶，也可以是金系导电胶、铜系导电胶或炭系导电胶，等等。
PTC层150可以覆盖在导电胶层130的表面。PTC层150可以通过导电胶层130与集流体110连接起来。PTC层150由PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数热敏)材料颗粒、导电剂颗粒以及粘合剂颗粒混合烧结制成。需要说明的是，PTC层150由干燥的PTC材料颗粒、干燥的导电剂颗粒和干燥的粘合剂颗粒经混合后，压制成膜，通过导电剂层130粘合在集流体110表面，经加热固化形成。在制作过程中，除了PTC材料颗粒、导电剂颗粒和粘合剂颗粒本身所包含的水分外，不再添加水分和有机溶剂，因此，PTC层150的制作过程十分环保、经济和安全。PTC层150的厚度与电池极片100的导电性能有关。PTC层150过厚会降低电池极片100的导电性能。反之，PTC层150太薄会影响安全保护性能。在一些实施例中，PTC层150的厚度为3～10μm。
活性材料层170可以覆盖在PTC层150的表面。活性材料层170由涂布机将活性材料浆料涂覆在PTC层150的表面并烘干制成。活性材料层170用作电池极片100的正负极。活性材料层170可以是正极活性材料层和负极活性材料层中的一种。活性材料层170的制作材料可以包括活性材料、粘结剂、导电剂等。所述活性材料可以包括正极活性材料和负极活性材料。当电池极片100为所述正极极片时，活性材料层170为所述正极活性材料层，所述活性材料为所述正极活性材料。当电池极片100为所述负极极片时，活性材料层170为所述负极活性材料层，所述活性材料为所述负极活性材料。所述正极活性材料可以是钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰三元材料、磷酸铁锂等材料中的一种或多种。所述负极活性材料可以是石墨、硅复合材料、钛酸锂等材料中的一种或多种。
本申请另一方面提供一种电池极片100的制作方法。图2为根据本申请实施例提供的一种电池极片100的制作方法的流程图200。所述方法可以包括：
S210：在集流体110表面形成导电胶层130。
在形成PTC层150之前，需要在集流体110表面粘合或者涂抹一层导电胶层130，以方便PTC层150与集流体110的粘合。
S230：在导电胶层130表面形成PTC层150。
PTC层150是由PTC材料颗粒、导电剂颗粒以及粘合剂颗粒混合烧结制成的。具体地，PTC层150由干燥的PTC材料颗粒、干燥的导电剂颗粒和干燥的粘合剂颗粒经混合后，压制成膜，之后再通过导电胶层130粘合在集流体110表面，然后经加热固化形成。所述加热温度为30℃～80℃。在制作过程中，除了PTC材料颗粒、导电剂颗粒和粘合剂颗粒本身所包含的水分外，不再添加水分和有机溶剂，因此，PTC层150的制作过程十分环保、经济和安全。
在一些实施例中，步骤S230，即在导电胶层130表面形成PTC层150具体可以包括：
S231：将干燥的所述PTC材料颗粒、干燥的所述导电剂颗粒以及干燥的所述粘合剂颗粒混合均匀。
PTC层150的原材料为干燥的所述PTC材料颗粒、干燥的所述导电剂颗粒和干燥的所述粘合剂颗粒。除了原材料中本身所包含的水分外，不再添加水分和有机溶剂。将干燥的所述PTC材料颗粒、干燥的所述导电剂颗粒和干燥的所述粘合剂颗粒混合并充分搅拌均匀，所述PTC材料颗粒和所述导电剂颗粒通过所述粘合剂颗粒粘结在一起。
所述PTC材料可以包括陶瓷PTC材料和有机聚合PTC材料中的至少一种。其中，所述陶瓷PTC材料可以包括钛酸钡、锶掺杂钛酸钡、钽掺杂钛酸钡、铌掺杂钛酸钡中的一种或多种。所述有机聚合PTC材料可以包括聚烯烃、聚腈类、聚酯、含氟聚合物、聚丙烯酸、聚丁苯橡胶、聚酰亚胺、聚苯胺中的一种或多种。PTC层150中所述PTC材料的比例可以是30％～90％，包括30％和90％。
所述导电剂可以包括导电石墨、导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、纳米炭纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种。PTC层150中所述导电剂的比例可以是1％～30％，包括1％和30％。
所述粘合剂为具有粘性的物质，可将两种或两种以上的分离的物质粘合在一起。所述粘合剂为可原纤化的粘合剂。其中所述可原纤化的粘合剂可以包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸类、聚丙烯酸酯类、聚丙烯腈中的一种或多种。在混合前，所述可原纤化的粘合剂需先研磨成颗粒状，所述研磨方法可以是锤击研磨、棒磨或气流粉碎研磨中的一种或多种。PTC层150中所述粘合剂的比例为1％～30％，包括1％和30％。
S233：将混匀后的PTC混合物151压制成型，形成PTC干膜153。
在将PTC层150的原材料混合均匀后，需要将混合均匀的PTC混合物151压制成薄膜。图3为根据本申请实施例提供的一种压制PTC混合物151的示意图300。如图3所示，辊压机310对PTC混合物151进行挤压，PTC混合物151从出口311挤出，经过过辊313辊压，形成PTC干膜153。由于PTC干膜中没有添加多余的水分和有机溶剂，因此，压制成形后的PTC干膜153可以自支撑。过辊313成对存在，过辊313的数量可以是2个，也可以是4个，甚至更多。
S235：将PTC干膜153粘合到导电胶层130表面。
将压制成形的PTC干膜153粘合到导电胶层130的表面，通过导电胶层130的粘性将PTC干膜153粘在集流体110表面。
在一些实施例中，步骤S230还可以包括：
S237：对粘合在导电胶层130表面的PTC干膜153进行加热固化形成PTC层150。
在将PTC干膜153粘合到导电层130表面后，需要进一步对PTC干膜153与集流体110之间的连接进行固化。因此，需要对粘合在导电胶层130表面的PTC干膜153进行加热使其固化，形成PTC层150。其中，所述加热温度为30℃～80℃。加热固化后形成的PTC层150的厚度为3～10μm。
下面对步骤S230进行举例说明。
比如，将干燥的锶掺杂钛酸钡材料颗粒、干燥的炭黑颗粒以及经过研磨的干燥的聚四氟乙烯颗粒以7：2：1的比例在搅拌机中混合，并充分搅拌8小时；将混匀后的混合物通过如图3所示的辊压机310辊压形成自支撑PTC干膜153；将上述步骤制备的自支撑PTC干膜153粘合到涂有导电胶层130的集流体110上加热到80℃形成电池极片100的PTC层150。
再比如，将干燥的聚苯胺材料颗粒、干燥的导电石墨颗粒以及通过气流粉碎设备研磨的干燥的聚四氟乙烯颗粒以8：1：1的比例在搅拌机中混合，并充分搅拌8小时；将混匀后的混合物通过如图3所示的辊压机310辊压形成自支撑PTC干膜153；将上述步骤制备的自支撑PTC干膜153粘合到涂有导电胶层130的集流体110上加热到70℃形成电池极片100的PTC层150。
再比如，将干燥的聚苯胺材料颗粒、干燥的碳管颗粒、干燥的导电炭黑颗粒、通过锤击研磨的干燥的聚四氟乙烯以及通过锤击研磨的干燥的聚偏氟乙烯以80：7：3：5：5的比例在搅拌机中混合，并充分搅拌8小时；将混匀后的混合物通过如图3所示的辊压机310辊压形成自支撑PTC干膜153；将上述步骤制备的自支撑PTC干膜153粘合到涂有导电胶层130的集流体110上加热到70℃形成电池极片100的PTC层150。
再比如，将干燥的聚丙烯酸材料颗粒、干燥的碳管、干燥的导电炭黑颗粒、通过气流研磨的干燥的聚四氟乙烯颗粒以及通过气流研磨的干燥的聚丙烯酸酯颗粒以80：7：3：8：2的比例在搅拌机中混合，并充分搅拌8小时；将混匀后的混合物通过如图3所示的辊压机310辊压形成自支撑PTC干膜153；将上述步骤制备的自支撑PTC干膜153粘合到涂有导电胶层130的集流体110上加热到70℃形成电池极片100的PTC层150。
再比如，将干燥的聚丙烯酸材料颗粒、干燥的石墨烯颗粒以及通过气流研磨的干燥的聚四氟乙烯颗粒以90：5：5的的比例在搅拌机中混合，并充分搅拌8小时；将混匀后的混合物通过如图3所示的辊压机310辊压形成自支撑PTC干膜153；将上述步骤制备的自支撑PTC干膜153粘合到涂有导电胶层130的集流体110上加热到70℃形成电池极片100的PTC层150。
在一些实施例中，所述电池极片100的制作方法，还可以包括：
S250：在PTC层150表面形成活性材料层170。
活性材料层170由涂布机将活性材料浆料涂覆在PTC层150的表面并烘干制成。活性材料层170用作电池极片100的正负极。活性材料层170为所述正极活性材料层和所述负极活性材料层中的一种。当电池极片100为所述正极极片时，活性材料层170为所述正极活性材料层。当电池极片100为所述负极极片时，活性材料层170为所述负极活性材料层。活性材料已在前面进行描述，在这里不再赘述。
综上所述，本申请提供的电池极片100的制作方法，首先将导电胶层130覆盖在集流体110的表面；然后将干燥的PTC材料颗粒、干燥的导电剂颗粒以及干燥的粘合剂颗粒混合挤压形成PTC干膜153，并通过导电胶层130粘合在集流体110表面；然后对PTC干膜153进行加热固化形成PTC层150；最后将活性材料层170覆盖在PTC层150表面制成电池极片100。整个制备PTC层150的过程采用干法制备工艺，无需添加有机溶剂，更环保、经济和安全。
综上所述，在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明白，前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本申请提出，并且在本申请的示例性实施例的精神和范围内。
此外，本申请中的某些术语已被用于描述本申请的实施例。例如，“一个实施例”，“实施例”和/或“一些实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征，结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。因此，可以强调并且应当理解，在本说明书的各个部分中对“实施例”或“一个实施例”或“替代实施例”的两个或更多个引用不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征，结构或特性可以在本申请的一个或多个实施例中适当地组合。
应当理解，在本申请的实施例的前述描述中，为了帮助理解一个特征，出于简化本申请的目的，本申请将各种特征组合在单个实施例、附图或其描述中。然而，这并不是说这些特征的组合是必须的，本领域技术人员在阅读本申请的时候完全有可能将其中一部分特征提取出来作为单独的实施例来理解。也就是说，本申请中的实施例也可以理解为多个次级实施例的整合。而每个次级实施例的内容在于少于单个前述公开实施例的所有特征的时候也是成立的。
本文引用的每个专利，专利申请，专利申请的出版物和其他材料，例如文章，书籍，说明书，出版物，文件，物品等，可以通过引用结合于此。用于所有目的的全部内容，除了与其相关的任何起诉文件历史，可能与本文件不一致或相冲突的任何相同的，或者任何可能对权利要求的最宽范围具有限制性影响的任何相同的起诉文件历史。现在或以后与本文件相关联。举例来说，如果在与任何所包含的材料相关联的术语的描述、定义和/或使用与本文档相关的术语、描述、定义和/或之间存在任何不一致或冲突时，使用本文件中的术语为准。
最后，应理解，本文公开的申请的实施方案是对本申请的实施方案的原理的说明。其他修改后的实施例也在本申请的范围内。因此，本申请披露的实施例仅仅作为示例而非限制。本领域技术人员可以根据本申请中的实施例采取替代配置来实现本申请中的申请。因此，本申请的实施例不限于申请中被精确地描述过的实施例。
Claims (12)
1.一种电池极片的制作方法，其特征在于，包括：
在集流体表面形成导电胶层；以及
在所述导电胶层表面形成PTC层，
其中，所述PTC层由PTC材料颗粒、导电剂颗粒以及粘合剂颗粒混合烧结制成。
2.如权利要求1所述的电池极片的制作方法，其特征在于，所述在所述导电胶层表面形成PTC层包括：
将干燥的所述PTC材料颗粒、干燥的所述导电剂颗粒以及干燥的所述粘合剂颗粒混合均匀；
将混匀后的PTC混合物压制成型，形成PTC干膜；以及
将所述PTC干膜粘合到所述导电胶层表面。
3.如权利要求2所述的电池极片的制作方法，其特征在于，所述在所述导电胶层表面形成PTC层还包括：
对粘合在所述导电胶层表面的所述PTC干膜进行加热固化形成所述PTC层。
4.如权利要求3所述的电池极片的制作方法，其特征在于，所述PTC层的厚度为3～10μm，所述加热温度为30℃～80℃。
5.如权利要求1所述的电池极片的制作方法，其特征在于，还包括：
在所述PTC层表面形成活性材料层，所述活性材料层为正极活性材料层和负极活性材料层中的一种。
6.如权利要求1所述的电池极片的制作方法，其特征在于，所述PTC材料包括陶瓷PTC材料和有机聚合PTC材料中的至少一种。
7.如权利要求1所述的电池极片的制作方法，其特征在于，所述PTC层中所述PTC材料的比例为30％～90％。
8.如权利要求1所述的电池极片的制作方法，其特征在于，所述PTC层中所述导电剂的比例为1％～30％。
9.如权利要求1所述的电池极片的制作方法，其特征在于，所述PTC层中所述粘合剂的比例为1％～30％。
10.一种电池极片，其特征在于，包括：
集流体；
导电胶层，覆盖在所述集流体的表面；以及
PTC层，覆盖在所述导电胶层的表面，
其中，所述PTC层由PTC材料颗粒、导电剂颗粒以及粘合剂颗粒混合烧结制成。
11.如权利要求10所述的电池极片，其特征在于，还包括活性材料层，覆盖在所述PTC层表面，所述活性材料层为正极活性材料层和负极活性材料层中的一种。
12.如权利要求10所述的电池极片，其特征在于，所述PTC层的厚度为3～10μm。
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