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CN109411696A - 一种电池电极极片的涂布方法 - Google Patents

一种电池电极极片的涂布方法 Download PDF

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樊巨
仇健荣
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Abstract

本发明公开了一种电池电极极片的涂布方法，属于电池极片加工技术领域。它解决了现有电池电极极片涂布中匀浆工艺复杂且极片性能不高的问题。本电池电极极片的涂布方法包括以下步骤：A、选取集流体，将导电浆料涂覆在选取的集流体表面上使在集流体表面形成导电胶涂覆层；B、将正极活性材料粉末或负极活性材料粉末喷涂在上述胶电胶涂覆层的表面；C、再对喷粉后的极片进行烘干和碾压，得到相应的电池电极极片。本电池电极极片的涂布方法具有工艺简化且极片性能好的优点。

Description

一种电池电极极片的涂布方法
技术领域
本发明涉及一种电池电极极片的涂布方法，属于电池极片加工技术领域。
背景技术
目前，现有的电池电极极片的生产工艺主要包括制胶、混料(匀浆)、涂布、烘烤和辊压等工序，其中，混料主要是是将正/负极活性材料、导电剂和其它添加剂与胶液混匀的匀浆过程，也就是说，现有的电极极片的加工过程中匀浆过程是整个电芯生产工序中最重要的一步之一，其浆料的优劣直接影响着电芯性能，另外，匀浆工序耗时较多，影响整个电芯生产的产能。为了使避免匀浆所存的一些缺陷及避免极片制备过程中需要消耗大量的能量来去除有机溶剂，采用高能混合-连续喷粉和高温固化连续化的方法，如中国专利申请(公开号：CN 108172767A)公开了一种锂离子电池极片的制备方法，通过在无溶剂存在的条件下，将正极活性材料或负极活性材料、高分子粘结剂、固态电解质和助剂进行混合均匀，得到相应的均匀粉体，再将均匀粉体连续涂覆在箔材表面形成一层电极粉体层，通过固化使材料进行融合形成连续电极膜层。虽然，该方法避免了溶剂对环境的污染，但是，仍然需要将正极活性材料或负极活性材料进行混合均匀的过程，更重要的是，其采用纯粉末混合是很难保证粉末混合均匀，易导致极片质量的下降，且采用纯粉末在喷粉的过程中由于粉末很轻，在很小的微扰动下，粉末就会掉落，很难固定在集流体上，无法保证集流体上的粉末量，从而影响极片的质量；同时，其在后期需进行固化，实质上相当于是对粘结剂的缓慢融化，这样极片中会存在大量的空隙与气泡，表现出极片缺点为露箔，使导电性能变差或在后期极片的模切或卷绕过程中出现极片脆片断裂或掉料的现象。
发明内容
本发明针对以上现有技术中存在的缺陷，提供一种氨基甲酰氨基吡唑衍生化合物的制备方法，解决的问题是如何避免匀浆实现简化工艺且保证相应极片的性能。
本发明的目的通过以下技术方案得以实现，一种电池电极极片的涂布方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
A、选取集流体，将导电浆料涂覆在选取的集流体表面上使在集流体表面形成导电胶涂覆层；
B、将正极活性材料粉末或负极活性材料粉末喷涂在上述胶电胶涂覆层的表面；
C、再对喷粉后的极片进行烘干和碾压，得到相应的电池电极极片。
通过提前在集流体上涂导电浆料形成具有一定粘性的导电胶涂覆层，这样能够使极片表面具有极高的附着力和导电性能，这样就能够保证在喷粉正极活性材料或负极活性材料时，它们与集流体表面间的附着力，使更加有效的附着的导电胶涂覆层表面，且通过提前涂导电浆料形成导电胶涂覆层也能够使导电剂更充分的发挥作用；从而使能够通过压实保证极片的表面密实和整个电池的厚度，提高电池包(PACK)利用率；同时，通过提前将导电浆料涂覆在集流体表面，直接紧接着进行喷粉，相当于是采用在集流体上涂上湿膜导电胶涂覆层，在导电胶还具有相当粘度时直接进行喷粉，保证活性材料能够有效的嵌入导电胶内，提高了附着力；且本发明无需经过固化工序，生产中更节能，可操作性强，有效的避免出现空隙或气泡。另外，本发明通过喷粉正/负极活性材料在导电胶涂层上，能够为正/负极活性材料粉末提供导电网络，在后续烘干后，由于溶剂的蒸发，导电浆料中的粘结剂、导电剂和活性材料粉末物质相互间连结成链锁状，形成网络状，使具有更好的附着力；且本发明取消了匀浆工序，有效消除了匀浆工序耗时较多和能耗高的问题，从而也有效的降低了电池生产的能耗和有利于降低生产成本，也能够保证电池电极极片的质量。
在上述电池电极极片的涂布方法中，作为优选，所述步骤A中所述导电胶涂覆层的厚度为1～3mm。能够使喷粉过程中正、负极活性材料粉末更有效的附着有其表面，使具有较好的嵌入效果，使更有效的保证提高附着力的效果；同时，也能够有效的保证最终形成较高的能量密度的效果。
在上述电池电极极片的涂布方法中，作为优选，步骤A中所述导电浆料主要由粘结剂、导电剂和溶剂组成。通过预先将这样材料混合形成导电浆料并预先涂覆的集流体的表面，能够使粘结剂优先与集流体接触，有利于增加粘结力，提高附着力的效果，且无需考虑正、负活性材料的存在而导致的匀浆问题，使能够有效的避免了匀浆工序，提高生产效率和极片的性能效果。当对应是正极活性材料粉末时，所述导电浆料中粘结剂：溶剂：导电剂＝1：10～20：0.5～3；当对应是负极活性材料粉末时，所述导电浆料中粘结剂：溶剂：导电剂＝1：40～70:0～5。
在上述电池电极极片的涂布方法中，作为优选，所述导电剂选自炭黑、科琴黑、碳纳米管、碳纳米纤维和导电石墨中的一种或几种。原料易得和由于导电性能好的效果。作为进一步的优选，所述导电剂为炭墨。
在上述电池电极极片的涂布方法中，作为优选，所述粘结剂选自水性粘结剂和/或油性粘结剂，所述溶剂选自水。使具有较好的粘结性，更有效的保证导电浆料粘附在集流体的表面。作为进一步的优选，所述水性粘结剂选自甲基纤维素、甲基纤维素锂、聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯醇中的一种或几种；所述油性粘结剂选自聚偏氟乙烯。
在上述电池电极极片的涂布方法中，作为优选，步骤B中所述喷粉采用线状流、点状流或面状流的喷粉方式将正极活性材料粉末或负极活性材料粉末均匀喷附在集流体表面的导电胶涂覆层上。能够使正、负极活性材料粉末更加均匀的喷涂在导电胶涂层的表面上，使具有更好的极片性能。
在上述电池电极极片的涂布方法中，作为优选，步骤C中所述烘干的温度为50℃～130℃。能够使溶剂有效的挥发去除，使各材料之间能够相互连结成链锁状，形成网络状，使具有更好的附着力，提高整体的性能，且本发明只需通过烘干除去溶剂即可，无需使粘结剂处于融化状态，也能够避免出现空隙或气泡现象，有利于保证极片的质量效果。
在上述电池电极极片的涂布方法中，其中的正极活性材料粉末或负极活性材料粉末采用本领域常用的活性材料均可，并不会影响本发明无需经过匀浆处理的关键因素，均能够保证具有较好的效果。作为优选，所述正极活性材料粉末选自钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸钒锂、三元材料和/或富锰材料；所述负极活性材料粉末选自石墨系材料、硅系材料、锡系材料、钛酸锂和/或二维材料石墨烯。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.通过提前将导电浆料涂覆在集流体表面，直接紧接着进行喷粉，能够使活性材料能够有效的嵌入导电胶内，提高了附着力；且本发明无需经过固化工序，生产中更节能，可操作性强，有效的避免出现空隙或气泡。
2.通过取消匀浆工序，有效消除了匀浆工序耗时较多和能耗高的问题，从而也有效的降低了电池生产的能耗和有利于降低生产成本，也能够保证电池电极极片的质量。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于这些实施例。
实施例1
按照比例选自粘结剂甲基纤维素、导电炭黑和溶剂水进行混合搅拌均匀后形成导电浆料，然后，再在选取的集流体铜箔表面上进行涂覆使在其表面上形成导电胶涂覆层，控制涂覆的厚度为2mm；再紧接着采用喷粉设备将正极活性材料粉末或负极活性材料粉末进行连续喷涂的线状流喷涂方式喷涂在上述胶电胶涂覆层的表面；本实施例中设置喷粉设备的走带速度为3m/min，喷粉量为10g/s，当然，走带速度和喷粉量可以根据实际情况进行调整，这里正极活性材料粉末可以采用磷酸铁锂，负极活性材料粉末可以采用石墨系材料；当然也可以采用其它的正、负极活性材料粉末进行替代，再对喷粉后的极片进行烘干，烘干温度为100℃，烘干使溶剂挥发完全后，再进行碾压成一定的厚度，得到相应的电池正极极片或负极极片。经过测试，得到的负极极片均没有出现空隙或气泡现象，极片不存在因空隙或气泡的影响而产生极片露点的缺陷，且在的后续的模切或卷绕过程中也不会出现断裂等现象。
实施例2
按照比例选自粘结剂聚甲基丙烯酸甲酯、科琴黑和溶剂水进行混合搅拌均匀后形成导电浆料，然后，再在选取的集流体铝箔表面上进行涂覆使在其表面上形成导电胶涂覆层，控制涂覆的厚度为3mm；再紧接着采用喷粉设备将正极活性材料粉末或负极活性材料粉末进行连续喷涂的线状流喷涂方式喷涂在上述胶电胶涂覆层的表面；本实施例中设置喷粉设备的走带速度为5m/min，喷粉量为13g/s，当然，走带速度和喷粉量可以根据实际情况进行调整，这里正极活性材料粉末可以采用锰酸锂，负极活性材料粉末可以采用二维材料石墨烯；当然也可以采用其它的正、负极活性材料粉末进行替代，再对喷粉后的极片进行烘干，烘干温度为120℃，烘干使溶剂挥发完全后，再进行碾压成一定的厚度，得到相应的电池正极极片或负极极片。经过测试，得到的负极极片均没有出现空隙或气泡现象，极片不存在因空隙或气泡的影响而产生极片露点的缺陷，且在的后续的模切或卷绕过程中也不会出现断裂等现象。
实施例3
按照比例选粘结剂聚甲基丙烯酸甲酯、科琴黑和溶剂水进行混合搅拌均匀后形成导电浆料，然后，再在选取的集流体铝箔表面上进行涂覆使在其表面上形成导电胶涂覆层，控制涂覆的厚度为1mm；再紧接着采用喷粉设备将正极活性材料粉末或负极活性材料粉末进行连续喷涂的线状流喷涂方式喷涂在上述胶电胶涂覆层的表面；本实施例中设置喷粉设备的走带速度为4m/min，喷粉量为8g/s，这里正极活性材料粉末可以采用三元材料磷酸锰铁锂粉末，负极活性材料粉末可以采用导电石墨粉末；当然也可以采用其它的正、负极活性材料粉末进行替代，再对喷粉后的极片进行烘干，烘干温度为50℃，烘干使溶剂挥发完全后，再进行碾压成一定的厚度，得到相应的电池正极极片或负极极片。经过测试，得到的负极极片均没有出现空隙或气泡现象，极片不存在因空隙或气泡的影响而产生极片露点的缺陷，且在的后续的模切或卷绕过程中也不会出现断裂等现象。
实施例4
按照比例选粘结剂聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯醇混合物，且聚甲基丙烯酸甲酸与聚乙烯醇的质量比为2：1，科琴黑和溶剂水进行混合搅拌均匀后形成导电浆料，然后，再在选取的集流体铝箔表面上进行涂覆使在其表面上形成导电胶涂覆层，控制涂覆的厚度为2mm；再紧接着采用喷粉设备将正极活性材料粉末进行连续喷涂的点状流喷涂方式喷涂在上述胶电胶涂覆层的表面；本实施例中设置喷粉设备的走带速度为4m/min，喷粉量为10g/s，使表面的极片的单面的面密度为3.0mg/cm2，这里正极活性材料粉末可以采用三元材料磷酸锰铁锂粉末；再对喷粉后的极片进行烘干，烘干温度为80℃，烘干使溶剂挥发完全后，再进行碾压，得到相应的电池正极极片。经过测试，得到的负极极片均没有出现空隙或气泡现象，极片不存在因空隙或气泡的影响而产生极片露点的缺陷，且在的后续的模切或卷绕过程中也不会出现断裂等现象。
实施例5
按照比例选粘结剂聚乙烯醇、科琴黑和溶剂水进行混合搅拌均匀后形成导电浆料，这里可以使聚乙烯醇：科琴黑：溶剂水的质量比为＝1：0.5～3：10～20，然后，再在选取的集流体铜箔表面上进行涂覆使在其表面上形成导电胶涂覆层，控制涂覆的厚度为3mm；再紧接着采用喷粉设备将正极活性材料粉末进行连续喷涂的点状流喷涂方式喷涂在上述胶电胶涂覆层的表面；本实施例中设置喷粉设备的走带速度和喷粉量使在极片上形成单面的面密度为4.0mg/cm2，这里正极活性材料粉末可以采用钴酸锂粉末；再对喷粉后的极片进行烘干，烘干温度为130℃，烘干使溶剂挥发完全后，再进行碾压，得到相应的电池正极极片。经过测试，得到的负极极片均没有出现空隙或气泡现象，极片不存在因空隙或气泡的影响而产生极片露点的缺陷，且在的后续的模切或卷绕过程中也不会出现断裂等现象。
实施例6
按照比例选粘结剂聚乙烯醇、导电炭黑和溶剂水进行混合搅拌均匀后形成导电浆料，这里可以使聚乙烯醇：导电炭黑：溶剂水的质量比为＝1：0.1～5.0：40～70，然后，再在选取的集流体铝箔表面上进行涂覆使在其表面上形成导电胶涂覆层，控制涂覆的厚度为2mm；再紧接着采用喷粉设备将负极活性材料粉末进行连续喷涂的面状流喷涂方式喷涂在上述胶电胶涂覆层的表面；本实施例中设置喷粉设备的走带速度为5m/min，喷粉量为10g/s，本实施例中设置喷粉设备的走带速度和喷粉量使在极片上形成单面的面密度为3.0mg/cm2，这里负极活性材料粉末可以采用石墨系材料粉末；再对喷粉后的极片进行烘干，烘干温度为50℃，烘干使溶剂挥发完全后，再进行碾压，得到相应的电池负极极片。经过测试，得到的负极极片均没有出现空隙或气泡现象，极片不存在因空隙或气泡的影响而产生极片露点的缺陷，且在的后续的模切或卷绕过程中也不会出现断裂等现象。
随机选取上述实施例1得到的相应的正极极片和负极极片进行性能测试，通过模切、叠片、焊接极耳，封装、注液等工序组装成电池，进行相应的测试。具体为：使充放电截止电压为1.7V～2.8V(vs.Li/Li+)。
在3C充放电下进行循环性能测试，该复合材料其表现出良好的循环性能。首次放电比容量达到149mAh g-1，经过1000次循环容量保持率在94％，具有较好的电池循环性能；能满足50C持续充放电。
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (9)

1.一种电池电极极片的涂布方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
A、选取集流体，将导电浆料涂覆在选取的集流体表面上使在集流体表面形成导电胶涂覆层；
B、将正极活性材料粉末或负极活性材料粉末喷涂在上述胶电胶涂覆层的表面；
C、再对喷粉后的极片进行烘干和碾压，得到相应的电池电极极片。
2.根据权利要求1所述电池电极极片的涂布方法，其特征在于，步骤A中所述导电胶涂覆层的厚度为1～3mm。
3.根据权利要求1所述电池电极极片的涂布方法，其特征在于，步骤A中所述导电浆料主要由粘结剂、导电剂和溶剂组成。
4.根据权利要求3所述电池电极极片的涂布方法，其特征在于，所述导电剂选自炭黑、科琴黑、碳纳米管、碳纳米纤维和导电石墨中的一种或几种。
5.根据权利要求3或4所述电池电极极片的涂布方法，其特征在于，所述粘结剂选自水性粘结剂和/或油性粘结剂，所述溶剂选自水。
6.根据权利要求5所述电池电极极片的涂布方法，其特征在于，所述水性粘结剂选自甲基纤维素、甲基纤维素锂、聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯醇中的一种或几种；所述油性粘结剂选自聚偏氟乙烯。
7.根据权利要求1-4任意一项所述电池电极极片的涂布方法，其特征在于，步骤B中所述喷粉采用线状流、点状流或面状流的喷粉方式将正极活性材料粉末或负极活性材料粉末均匀喷附在集流体表面的导电胶涂覆层上。
8.根据权利要求1-4任意一项所述电池电极极片的涂布方法，其特征在于，步骤C中所述烘干的温度为50℃～130℃。
9.根据权利要求1-4任意一项所述电池电极极片的涂布方法，其特征在于，所述正极活性材料粉末选自钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸钒锂、三元材料和/或富锰材料；所述负极活性材料粉末选自石墨系材料、硅系材料、锡系材料、钛酸锂和/或二维材料石墨烯。
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