CN111900337A - 一种锂离子电池极片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种锂离子电池极片及其制备方法，制备方法包括以下步骤：将膜片浆料均匀涂覆于集流体的表面，形成膜片层；将安全涂层浆料均匀涂覆在集流体表面未被膜片浆料覆盖的区域，形成安全涂层；将步骤S2涂覆好的集流体烘干处理，并沿安全涂层进行模切，即得锂离子电池正极极片或负极极片；其中，所述安全涂层沿所述集流体长边方向位于所述膜片层的至少一侧，且相邻所述膜片层与所述安全涂层之间设置有间隙，所述间隙的宽度为0.1‑0.5mm。本发明安全涂层的设置不仅减少了模切时熔珠的产生，也解决了膜片浆料与安全涂层浆料因表面张力不同，造成涂布鼓边的问题。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种锂离子电池极片及其制备方法。
背景技术
锂离子电池因具有工作电压高、能量密度高、体积小、容量大、循环寿命长、无记忆效应等优点，被广泛应用于消费电子、动力电池等领域。随着电动汽车的不断普及以及电动汽车自燃等安全事故的不断提升，人们越来越重视锂离子动力电池安全性问题。
锂离子电池主要包括裸电芯和非水电解液，其中裸电芯包括正极片、负极片及位于正极片和负极片之间的隔膜。其中，极片的涂布是锂离子电池生产的重要工序，极片涂布质量也将直接决定极片及电池的性能表现。
现有技术中极片的制备方法主要包括：将正极或负极活性物质、导电剂、粘合剂、溶剂调配成固含量为40-60％的浆料，然后将上述浆料转移到铝箔或铜箔集流体上，对涂布有浆料的集流体进行干燥，加热挥发除去溶剂，最后对干燥后的集流体进行辊压，并将压片处理后的极片按照要求的尺寸进行裁切。
然而，在锂离子电池极片加工过程中，浆料中各成分由于材料不同，表面张力存在梯度差，加之干燥速率的不同，使得张力梯度差更加显著，造成浆料迁移、涂布鼓边，影响涂布生产效率；另一方面激光模切集流体时会产生少量熔珠，现有技术无法保证熔珠100％吸走，而残留的熔珠会飞溅到电池中，增加了熔珠刺穿隔膜引起电芯内部短路的风险。
因此，开发一种新型的锂离子电池极片的制备方法，以解决上述问题，是本领域亟需解决的一项技术问题。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种锂离子电池极片的制备方法，该制备方法降低了熔珠刺穿隔膜而造成短路的风险，提高了电池的安全性能；
本发明的第二目的在于提供一种锂离子电池极片，旨在提供一种安全性能更好的锂离子电池极片。
本发明提供一种锂离子电池极片的制备方法，包括以下步骤：
S1、将膜片浆料均匀涂覆于集流体的表面，形成膜片层；
S2、将安全涂层浆料均匀涂覆在集流体表面未被膜片浆料覆盖的区域，形成安全涂层；
S3、将步骤S2涂覆好的集流体烘干处理，并沿安全涂层进行模切，即得锂离子电池极片；
其中，所述安全涂层沿所述集流体长边方向位于所述膜片层的至少一侧，且相邻所述膜片层与所述安全涂层之间设置有间隙，所述间隙的宽度为0.1-0.5mm。
为解决锂离子电池极片加工过程中出现涂布鼓边及激光模切集流体产生大量熔珠的问题，本发明提供了一种新型的锂离子电池极片的制备方法，具体包括以下步骤：首先，将膜片浆料均匀涂覆在集流体的表面，形成膜片层，然后，在集流体表面未被膜片层覆盖的区域涂覆安全涂层，这里的安全涂层位于膜片层的单侧表面或双侧表面，并且在膜片层和安全涂层之间设置0.1-0.5mm的安全距离。在安全涂层的区域进行模切，由此减少了激光模切集流体过程中熔珠的产生，降低了熔珠刺穿隔膜而造成的短路风险，提高了电池的安全性能，而在膜片层和安全涂层间设置0.1-0.5mm的安全距离，可有效解决因安全涂层浆料和膜片层浆料表面张力差造成的涂布鼓边问题，进而增大了涂布窗口，减小了涂布工艺的难度。
进一步，所述安全涂层的宽度为4-20mm；
所述安全涂层的厚度为1-100μm，优选为15-60μm。
安全涂层设置在膜片层的一侧或两侧，并且根据激光模切的加工需要，在保证不影响极片电化学性能的前提下，控制安全涂层的宽度为4-20mm，安全涂层的厚度为1-100μm，优选为15-60μm。
进一步，步骤S1中，所述膜片浆料包括活性材料、粘结剂和导电剂；
所述活性材料包括正极活性材料或负极活性材料。
根据正极极片和负极极片的加工需求，膜片浆料包括正极活性材料或负极活性材料与粘结剂、导电剂的混合物。
进一步，所述正极活性材料为镍钴锰酸锂、镍钴锂酸锂、磷酸铁锂或锰酸锂中的任意一种或多种以任意比例混配的组合物；
所述负极活性材料为石墨、SiO和石墨的混合体或钛酸锂中的任意一种或多种以任意比例混配的组合物。
进一步，所述导电剂为SP、KS-6、CNTs、石墨烯的任意一种多种以任意比例混配的组合物。
进一步，步骤S2中，所述安全涂层浆料包括绝缘材料和粘结剂；
所述绝缘材料为二氧化硅、碳化硅、钛酸钡、氧化钛、氧化钒、Al2O3或γ-AlOOH中的任意一种或多种以任意比例混配的组合物。
为减少激光模切过程中熔珠的产生，安全涂层主要由绝缘材料和粘结剂组成，并且绝缘材料为二氧化硅、碳化硅、钛酸钡、氧化钛、氧化钒、Al2O3或γ-AlOOH中的任意一种或多种以任意比例混配的组合物。
进一步，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸钠、丁苯橡胶、聚酰亚胺、羧甲基纤维素、丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚丙烯或聚乙烯中的任意一种或多种以任意比例混配的组合物。
膜片浆料和安全涂层浆料中的粘结剂主要为使膜片浆料和安全涂层浆料中的主要成分附着在集流体的表面，因此，为减少两种浆料因组成不同，造成表面张力存在梯度差的问题，在安全涂层浆料和膜片浆料中使用相同的粘结剂，并且，当粘结剂为聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸钠、丁苯橡胶、聚酰亚胺、羧甲基纤维素、丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚丙烯或聚乙烯中的任意一种或多种时，粘结效果较佳。
进一步，所述安全涂层的制备方法还包括贴附、溅射或沉积中的任意一种。
集流体表面安全涂层的设置除涂覆的方式外，还可以通过贴附、溅射、沉积等其他方式，但其设置位置不变。
一种锂离子电池极片，根据上述制备方法制备而成。
本发明的锂离子电池极片的制备方法，与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明在制备电池极片时，在集流体表面未被膜片浆料覆盖的区域涂覆安全涂层，并且，安全涂层位于集流体的单侧表面或双侧表面，由此可大大减少模切集流体时熔珠的产生，进而避免熔珠飞溅到电池中，增加刺穿隔膜引起电芯内部短路的风险，由此提高了电芯的安全性和可靠性；
2、膜片层与安全涂层之间设置0.1-0.5mm的安全距离，由此解决了膜片浆料与安全涂层浆料因表面张力不同，导致安全涂层向膜片层迁移，造成涂布鼓边的问题。因此，本发明电极极片的制备方法，在提高电池安全性能的前提下，增加了涂布窗口，减小了涂布工艺难度，提高了涂布的生产质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明锂离子电池极片第一种结构示意图；
图2为本发明锂离子电池极片第二种结构示意图。
附图标记说明：
1：集流体；2：膜片层；3：安全涂层。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
S11、配制正极膜片浆液：以磷酸铁锂为正极活性材料，炭黑为导电剂，聚偏氟乙烯为粘结剂，N-甲基吡咯烷酮为溶剂，将上述物质搅拌混合均匀制成正极膜片浆液，然后，将膜片浆料均匀涂覆于正极集流体铝箔的表面，形成膜片层；
S12、将陶瓷材料和聚偏氟乙烯按照10:1的重量混合，以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，将上述物质搅拌混合均匀制成安全涂层浆料，然后，将安全涂层浆料均匀涂覆在集流体表面与膜片层相邻的位置，并控制安全涂层与膜片层的距离为0.1mm，安全涂层的厚度为15μm；
S13、将步骤S12涂覆好的集流体依次进行烘干、辊压、模切和分条，即得锂离子电池正极极片。
实施例2
S21、配制正极膜片浆液：以镍钴锰酸锂和镍钴锂酸锂1:1的混合物为正极活性材料，石墨烯为导电剂，聚偏氟乙烯和聚丙烯酸钠1:1的混合物为粘结剂，N-甲基吡咯烷酮为溶剂，将上述物质搅拌混合均匀制成正极膜片浆液，然后，将膜片浆料均匀涂覆于正极集流体铝箔的表面，形成膜片层；
S22、将氧化钛和聚氨酯按照10:1的重量混合，以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，将上述物质搅拌混合均匀制成安全涂层浆料，然后，将安全涂层浆料均匀涂覆在集流体单侧表面与膜片层相邻的位置，并控制安全涂层与膜片层的距离为0.3mm，安全涂层的厚度为30μm；
S23、将步骤S22涂覆好的集流体依次进行烘干、辊压、模切和分条，即得锂离子电池正极极片。
实施例3
S31、配制负极膜片浆液：以石墨为负极活性材料，羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶1:1的混合物为粘结剂，去离子水为溶剂，将上述物质搅拌混合均匀制成负极膜片浆液，然后，将膜片浆料均匀涂覆于正极集流体铝箔的表面，形成膜片层；
S32、将二氧化硅和聚偏氟乙烯按照10:1的重量混合，以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，将上述物质搅拌混合均匀制成安全涂层浆料，然后，将安全涂层浆料均匀涂覆在集流体表面与膜片层相邻的位置，并控制安全涂层与膜片层的距离为0.5mm，安全涂层的厚度为60μm；
S33、将步骤S32涂覆好的集流体依次进行烘干、辊压、模切和分条，即得锂离子电池负极极片。
实施例4
S41、配制负极膜片浆液：以石墨为负极活性材料，羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶1:1的混合物为粘结剂，去离子水为溶剂，将上述物质搅拌混合均匀制成负极膜片浆液，然后，将膜片浆料均匀涂覆于正极集流体铝箔的表面，形成膜片层；
S42、将碳化硅和聚酰亚胺按照10:1的重量混合，以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，将上述物质搅拌混合均匀制成安全涂层浆料，然后，将安全涂层浆料均匀涂覆在集流体单侧表面与膜片层相邻的位置，并控制安全涂层与膜片层的距离为0.2mm，安全涂层的厚度为100μm；
S43、将步骤S42涂覆好的集流体依次进行烘干、辊压、模切和分条，即得锂离子电池负极极片。
对照例1
未在集流体表面涂覆安全涂层，其他步骤与实施例2相同。
对照例2
安全涂层与膜片层之间的间距为零，其他步骤与实施例2相同。
为研究安全涂层设置的具体效果，本发明表1统计了实施例1-4及对照例1-2电极极片加工过程中的涂布效果及模切效果。
表1实施例1-4及对照例1-2涂布效果及模切效果
由表1可知，本发明在集流体表面膜片层的外围设置安全涂层，大大减少了激光模切集流体造成的熔珠问题，降低了熔珠刺穿电池隔膜而造成的短路风险，有效增加了电池的安全性能；此外，膜片层与安全涂层之间设置0.1-0.5mm的安全距离，有效解决了因安全涂层浆料向膜片浆料迁移，造成涂布鼓边，影响涂布生产质量的问题。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将膜片浆料均匀涂覆于集流体的表面，形成膜片层；
S2、将安全涂层浆料均匀涂覆在集流体表面未被膜片浆料覆盖的区域，形成安全涂层；
S3、将步骤S2涂覆好的集流体烘干处理，并沿安全涂层进行模切，即得锂离子电池正极极片或负极极片；
其中，所述安全涂层沿所述集流体长边方向位于所述膜片层的至少一侧，且相邻所述膜片层与所述安全涂层之间设置有间隙，所述间隙的宽度为0.1-0.5mm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述安全涂层的宽度为4-20mm；
所述安全涂层的厚度为1-100μm，优选为15-60μm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述膜片浆料包括活性材料、粘结剂和导电剂；
所述活性材料包括正极活性材料或负极活性材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述正极活性材料为镍钴锰酸锂、镍钴锂酸锂、磷酸铁锂或锰酸锂中的任意一种或多种以任意比例混配的组合物；
所述负极活性材料为石墨、SiO和石墨的混合体或钛酸锂中的任意一种或多种以任意比例混配的组合物。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述导电剂为SP、KS-6、CNTs、石墨烯的任意一种多种以任意比例混配的组合物。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述安全涂层浆料包括绝缘材料和粘结剂；
所述绝缘材料为二氧化硅、碳化硅、钛酸钡、氧化钛、氧化钒、Al2O3或γ-AlOOH中的任意一种或多种以任意比例混配的组合物。
7.根据权利要求5或6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸钠、丁苯橡胶、聚酰亚胺、羧甲基纤维素、丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚丙烯或聚乙烯中的任意一种或多种以任意比例混配的组合物。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述安全涂层的制备方法还包括贴附、溅射或沉积中的任意一种。
9.一种锂离子电池极片，其特征在于，根据权利要求1-8任一项所述的制备方法制备而成。
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