CN111740077A - 锂离子电池极片及其上涂覆隔膜的制备方法和电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池极片及其上涂覆隔膜的制备方法和电池。本发明的锂离子电池极片上涂覆隔膜的制备方法包括以下步骤：S1、配置成膜浆料；S2、将成膜浆料涂覆于极片片体表面，其中，涂覆方法为浸没拉浆、转移式涂布、喷涂、凹版印刷的任意一种；S3、将涂覆成膜浆料的极片片体置于烘干室烘干，得到包裹有聚合物多孔膜的电池极片成品。优点：实现极片和隔膜一体化的结构，不需要单独使用隔膜，减少正极和负极之间的接触电阻，从而降低电池的内阻，提高电池的能量密度和综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池极片及其上涂覆隔膜的制备方法和电池。
背景技术
锂离子电池是一种可充电电池，它由正极、负极、隔膜、电解液、外壳五大部分组成。主要依靠锂离子在正极和负极之间往返移动来工作。在充放电的过程中，锂离子在两个电极之间经过隔膜往返嵌入和脱嵌。隔膜最主要的功能是电子绝缘导通，即阻止正负极在电池中的电子导通，但是离子可以自由通过。
目前，聚烯烃材料具有优异的力学性能、化学稳定性和相对廉价的特点，因此聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃微孔膜在锂电池研究开发初期便被用作锂电池隔膜。尽管近年来有研究用其他材料制备锂电池隔膜，如采用相转化法以聚偏氟乙烯(PVDF)为本体聚合物制备锂电池隔膜，研究纤维素复合膜作为锂电池隔膜材料等。然而，至今商品化锂电池隔膜材料仍主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种锂离子电池极片及其上涂覆隔膜的制备方法和电池，有效的克服了现有技术的缺陷。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种锂离子电池极片，包括极片片体和涂覆于极片片体表面的聚合物多孔膜。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，上述聚合物多孔膜的厚度为6～40μm。
还提供一种锂离子电池极片表面成膜的方法，包括以下步骤：
S1、配置成膜浆料；
S2、将成膜浆料涂覆于极片片体表面，其中，涂覆方法为浸没拉浆、转移式涂布、喷涂、凹版印刷的任意一种；
S3、将涂覆成膜浆料的极片片体置于烘干室烘干，得到包裹有聚合物多孔膜的电池极片成品。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，上述成膜浆料由以下组分制成：
PVDF-HFP、PVDF、造孔剂、有机溶剂、纳米陶瓷粉、离子类导电剂；
其中，上述PVDF-HFP为2801、LBG、Solef21216的任意一种或多种的混合物；上述PVDF为900、761、5130任意一种或多种的混合物；上述造孔剂为EC、PC、DEC、DBP的任意一种或多种的混合物；上述有机溶剂为丙酮、NMP、DMAC、DMF的任意一种或多种的混合物；上述纳米陶瓷粉为氧化铝、氧化锆、二氧化硅、二氧化钛、氧化锌的任意一种或多种的混合物；上述离子类导电剂、石墨烯类离子类导电剂的任意一种或多种的混合物；上述成膜浆料的固体含量为10～80wt％；上述PVDF-HFP占上述聚合物多孔膜固体比重为50％-70％；上述PVDF占聚合物多孔膜固体比重为1％-10％；上述陶瓷粉占聚合物多孔膜固体比重为5％-20％；上述离子类导电剂、石墨烯类离子类导电剂占聚合物多孔膜固体比重为5％-20％。
还提供一种锂离子电池，包括利用锂离子电池极片上涂覆隔膜的制备方法制备的电池极片。
附图说明
图1为本发明的锂离子电池中电芯的结构示意图；
图2为本发明的锂离子电池中一体化结构的负极片/隔膜的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、聚合物多孔膜，2、一体化结构的负极片/隔膜，3、正极极片，21、负极极片，22、集流体，23、极耳，24、绝缘胶纸。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一：本实施例的锂离子电池极片包括极片片体和涂覆于极片片体表面的聚合物多孔膜1。
其中，上述聚合物多孔膜1的厚度为6～40μm。
实施例二、本实施例的锂离子电池极片表面成膜的方法，包括以下步骤：
S1、配置成膜浆料；
S2、将成膜浆料涂覆于极片片体表面，其中，涂覆方法为浸没拉浆、转移式涂布、喷涂、凹版印刷的任意一种；
S3、将涂覆成膜浆料的极片片体置于烘干室烘干，得到包裹有聚合物多孔膜1的电池极片成品。
其中，上述成膜浆料由以下组分制成：
PVDF-HFP、PVDF、造孔剂、有机溶剂、纳米陶瓷粉、离子类导电剂；
其中，上述PVDF-HFP为2801、LBG、Solef21216的任意一种或多种的混合物；上述PVDF为900、761、5130任意一种或多种的混合物；上述造孔剂为EC、PC、DEC、DBP的任意一种或多种的混合物；上述有机溶剂为丙酮、NMP、DMAC、DMF的任意一种或多种的混合物；上述纳米陶瓷粉为氧化铝、氧化锆、二氧化硅、二氧化钛、氧化锌的任意一种或多种的混合物；上述离子类导电剂、石墨烯类离子类导电剂的任意一种或多种的混合物；上述成膜浆料的固体含量为10～80wt％；上述PVDF-HFP占聚合物多孔膜1固体比重为50％-70％；上述PVDF占聚合物多孔膜1固体比重为1％-10％；上述陶瓷粉占聚合物多孔膜1固体比重为5％-20％；上述离子类导电剂、石墨烯类离子类导电剂占聚合物多孔膜1固体比重为5％-20％。
实施例三：本实施例的锂离子电池，包括利用实施例二的制备方法制备的电池极片。
更具体的，本实施例的锂离子电池包括正极极片、负极极片以及聚合物多孔膜1，将成膜浆料涂覆在正极极片或负极极片表面，经过烘干后，在极极片或负极极片表面形成一种高强度的聚合物多孔膜1，得到一种一体化结构的正、负极片/隔膜。正/负极极片和正、负极片/隔膜叠在一起卷绕或层叠制成电池芯，电池芯经过一系列装配、注液、封装等工序做成锂离子电池。
其中，上述正极极片包括正极材料、PVDF、导电剂和铝集流体；其中，上述正极材料为钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂的任意一种或多种的混合物，上述导电剂材料为碳纳米管、石墨烯、导电炭黑、导电石墨、乙炔黑的任意一种或多种的混合物；上述负极极片包括石墨、CMC、导电剂、SBR和铜集流体。
本发明专利使用聚偏氟乙烯和聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)共聚物作为主要原料，采用相转化法制备聚合物多孔膜。在极片表面涂覆成膜浆料，经烘干即形成聚合物多孔膜，实现一体化结构的极片/隔膜。本发明专利技术特点实现极片和隔膜一体化的结构，不需要单独使用隔膜，减少正极和负极之间的接触电阻，从而降低电池的内阻，提高电池的倍率性能。上述的高强度的聚合物多孔膜具有三维孔洞结构及更高的孔隙率，对电解液吸液浸润能力明显提高，有效的提高电池循环性能。聚合物多孔膜添加纳米陶瓷粉，提高隔膜的机械强度，隔膜耐高温、耐穿刺，大大提高了电池的安全性，可以适用于电动工具、无人机、航模等。
具体，以负极极片表面成膜浆料为例，如图1所示，电芯的结构如下：
正极极片3和一体化结构的负极片/隔膜2相互层叠及卷绕，一体化结构的负极片/隔膜2的结构如图2所示，两层负极极片21层叠，中间夹设集流体22，两层负极极片21的外表面设置聚合物多孔膜1，极耳23设置于一体化结构的负极片/隔膜2一端，并与集流体22导通，且外部包括绝缘胶纸24。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种锂离子电池极片，其特征在于：包括极片片体和涂覆于极片片体表面的聚合物多孔膜(1)。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池极片，其特征在于：所述聚合物多孔膜(1)的厚度为6～40μm。
3.一种如权利要求1或2所述的锂离子电池极片表面成膜的方法，包括以下步骤：
S1、配置成膜浆料；
S2、将成膜浆料涂覆于极片片体表面，其中，涂覆方法为浸没拉浆、转移式涂布、喷涂、凹版印刷的任意一种；
S3、将涂覆成膜浆料的极片片体置于烘干室烘干，得到包裹有聚合物多孔膜(1)的电池极片成品。
4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池极片上涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，所述成膜浆料由以下组分制成：
PVDF-HFP、PVDF、造孔剂、有机溶剂、纳米陶瓷粉、离子类导电剂；
其中，所述PVDF-HFP为2801、LBG、Solef21216的任意一种或多种的混合物；所述PVDF为900、761、5130任意一种或多种的混合物；所述造孔剂为EC、PC、DEC、DBP的任意一种或多种的混合物；所述有机溶剂为丙酮、NMP、DMAC、DMF的任意一种或多种的混合物；所述纳米陶瓷粉为氧化铝、氧化锆、二氧化硅、二氧化钛、氧化锌的任意一种或多种的混合物；所述离子类导电剂、石墨烯类离子类导电剂的任意一种或多种的混合物；所述成膜浆料的固体含量为10～80wt％；所述PVDF-HFP占所述聚合物多孔膜(1)固体比重为50％-70％；所述PVDF占聚合物多孔膜(1)固体比重为1％-10％；所述陶瓷粉占聚合物多孔膜(1)固体比重为5％-20％；所述离子类导电剂、石墨烯类离子类导电剂占聚合物多孔膜(1)固体比重为5％-20％。
5.一种锂离子电池，其特征在于：包括利用如权利要求3或4所述的锂离子电池极片上涂覆隔膜的制备方法制备的电池极片。
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