CN113224257A - 一种锂离子电池极片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子电池极片的制备方法，包括以下步骤：(1)干混：按工艺配比将原料粉料进行干混，形成均匀的粉料；(2)捏合：向粉料中添加适量的溶剂进行捏合；(3)喷胶：将基材放置于模具内，对待涂位置进行喷胶；(4)刮浆：将捏合好的浆料均匀刮至基材上已喷好胶液的位置，制备极片；(5)压实：将极片通过超声压实；(6)烘烤：对极片进行烘烤。与现有技术相比，本发明具有工艺简单，产品优率和物料利用率高，电池安全性能改善等优点。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池极片的制备方法。
背景技术
近年来，锂离子电池的应用范围越来越广泛，锂电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。但锂电池成本居高不下，加工成本和原材料成本是主要因素。锂电池制造工艺复杂，工艺路线较长，设备投资大且操作难度较大。现有锂离子电池极片的制造主要工序需经过配料系统、搅拌机及浆料系统、涂布机、面密度测试仪、辊压机及激光测厚仪、分切机、模切机及CCD等设备，将活性物质、导电剂、粘结胶等与溶剂通过搅拌机或分散机混合分散均匀制成可以自由流动的电极浆料，然后将电极浆料均匀涂膜在由铜箔或铝箔基材上并进行烘干处理，形成电池极卷，再对电池极卷进行依次经过辊压、分切、模切制成电池极片。
现有锂离子电池极片制造过程中，将活性物质、导电剂、粘结胶等与溶剂通过搅拌机或分散机混合分散均匀制成可以自由流动的电极浆料，导电剂在溶剂中分散的均匀性很难控制，电极浆料的稳定性和流动性变化较大，浆料远距离输送存在结块、沉淀等问题，换批次的时候很难清洗；浆料涂覆到基材上，膜层厚度不均匀，进而影响经后续工艺制作出的电池极片的厚度均匀性。此外，在烘干处理过程中，电极浆料内的溶剂会挥发掉，导致极片基片表面形成的膜层出现干裂的情况；在辊压处理过程中存在断带、脱膜粘辊等问题，膜层的压实密度一致性较差；在分切及模切后，由于极片基材外露，因此，离子电池极片的边缘存在大量毛刺。电池极片整个制造过程冗长繁琐，工艺复杂，设备较多且庞大，投资成本非常高。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池极片的制备方法，工艺简单，产品优率和物料利用率高，电池安全性能改善。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种锂离子电池极片的制备方法，包括以下步骤：
(1)干混：按工艺配比将原料粉料进行干混，形成均匀的粉料；
(2)捏合：向粉料中添加适量的溶剂进行捏合；
(3)喷胶：将基材放置于模具内，对待涂位置进行喷胶；
(4)刮浆：将捏合好的浆料均匀刮至基材上已喷好胶液的位置，制备极片；
(5)压实：将极片通过超声压实；
(6)烘烤：对极片进行烘烤。
本发明方法克服了原工艺路线因复杂的流程导致的浆料损失、涂布断带、涂布不良、辊压断带等影响。
进一步地，步骤(1)所述的原料粉料包括以下重量份组分：石墨93～96.5份，导电剂0.8～2.25份，粘结剂1.8～2.5份和增稠剂1.5～2.5份；步骤(2)所述的溶剂为离子水；步骤(3)所述的基材为铜箔；步骤(4)所述的极片为负极极片。
优选的，所述的导电剂包括超导电炭黑(Carbon ECP)，所述的粘结剂包括丁苯橡胶胶乳(SBR)，所述的增稠剂包括羧甲基纤维素钠(CMC)。
或者，步骤(1)所述的原料粉料包括以下重量份组分：LiCoO2 95～96.5份，导电剂1.5～2.0份和粘结剂1.5～2.5份；步骤(2)所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)；步骤(3)所述的基材为铝箔；步骤(4)所述的极片为正极极片。LiCoO2粒径优选为10μm。
优选的，所述的导电剂包括超导电炭黑(Carbon ECP)，所述的粘结剂包括PVDF761。
优选的，步骤(1)所述的干混时间为5～8min，分散转速为2000～3000rpm，搅拌转速为40～60rpm。搅拌转速优选为50μm。干混过程在高效混合机中进行。
优选的，步骤(2)所述的捏合时间为25～35min，转速为2000～3000rpm，溶剂添加量为粉料总重量的20％～40％。溶剂的添加量须适当调节，注意温度、湿度对粘度的影响，一般在粉料重量的1/3。捏合过程在高效混合机中进行。
优选的，步骤(3)所述的模具分为上下模，基材置于下模，步骤(4)将捏合好的浆料均匀的刮至基材上已喷好胶液的位置后，上模进行合模压制，得到极片；所述的捏合好的浆料的粘度为8000～12000cps。
优选的，步骤(5)所述的超声压实过程中，压实压力为100～180MPa。
步骤(6)所述的烘烤温度为70～120℃，烘烤时间为1～3min。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明将原料粉料通过高效混合机进行干混、捏合，不需要加入过多的溶剂，所加溶剂量是现有技术的1/3，有利于节能和环保；
2.本发明可以减少浆料原有复杂的输送与浆料的不稳定性；
3.本发明不采用传统的涂布机进行涂布，可以通过模具同时实现单双面同步覆膜，减少设备成本和因涂布机造成不良带来的影响；
4.本发明采用超声振实和压实，压实后通过高温短时间烘烤成型，效率高，成型效果好；
5.本发明提高了产品优率和物料利用率，没有分切、模切工序，解决了行业最头痛的毛刺问题，电池安全性能有大大的改善；
6.本发明的电池极片制造方法，大大简化了工艺流程，不需要大量高精度搅拌机，不需要过多溶剂来制浆，也就没有浆料沉淀结块等问题；直接取消极片涂覆工艺，也就没有极片涂布厚度或面密度不均匀问题，也不存在干燥开裂现象；不用辊压机进行辊压工序，也就不存在粘辊、脱膜等问题；不用分切、不用模切，解决了行业最头痛的毛刺问题，电池安全性能有大大的改善；
7.本发明工艺简单，投资成本少，投资效益高，大大降低动力电池的成本，有利于电动汽车的推广应用；
8.本发明制备得到的电池极片性能优异，45℃循环500次容量保持率仍达90％以上，达到现有电池极片要求；
9.不管是从干混法还是采用传统的打胶工艺，从投料到出料大约需要3～6小时，而本发明方法可以有效控制在1小时内。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种锂离子电池极片的制备方法，如下为相关配比及参数：
将正极材料、负极材料和隔膜组装成软包电池，电化学性能测试在蓝电电池测试仪上进行，一共设置5组平行试验，电池性能结果如下表：
| 编号 | 室温循环500次容量保持率％ | 45℃循环500次容量保持率％ |
| 软包电池1 | 94 | 92 |
| 软包电池2 | 93 | 90 |
| 软包电池3 | 94 | 91 |
| 软包电池4 | 94 | 92 |
| 软包电池5 | 92 | 90 |
可以看出，本发明方法制备得到的正极材料和负极材料，具有良好的容量保持率。现有极片要求电池在限定温度(常温、45℃)下循环500次容量保持率大于85％，本发明方法制备的极片达到现有电池极片要求。
实施例2
一种锂离子电池极片的制备方法，包括以下步骤：
(1)干混：按工艺配比将原料粉料在高效混合机内干混5min，分散转速为2500rpm，搅拌转速为50rpm，形成均匀的粉料，其中，制备正极极片所用原料粉料包括以下重量份组分：LiCoO2 96.5份，超导电炭黑1.5份，PVDF 761 1.5份；制备负极极片所用原料粉料包括以下重量份组分：石墨93份，超导电炭黑1.2份，丁苯橡胶胶乳1.8份，羧甲基纤维素钠2.5份。
(2)捏合：向制备正极极片所用粉料中添加适量溶剂N-甲基吡咯烷酮，在高效混合机内进行捏合，捏合时间为30min，捏合过程转速为2500rpm，溶剂添加量约为粉料总重的40％，使得捏合后的浆料粘度为8000～9000cps；向制备负极极片所用粉料中添加适量溶剂离子水，在高效混合机内进行捏合，捏合时间为30min，捏合过程转速为2500rpm，溶剂添加量约为粉料总重的40％，使得捏合后的浆料粘度为8000～9000cps。
(3)喷胶：将铝箔放置于模具的下模内，对待涂位置进行喷胶，将铜箔放置于模具的下模内，对待涂位置进行喷胶，胶液可为热熔胶或PVDF；
(4)将步骤(2)捏合好的正极所用浆料均匀刮至铝箔上已喷好胶液的位置，模具的上模进行合模压制，得到正极极片，将步骤(2)捏合好的负极所用浆料均匀刮至铜箔上已喷好胶液的位置，模具的上模进行合模压制，得到负极极片。
(5)压实：分别将正极极片和负极极片通过超声压实，压实压力为100Mpa。
(6)烘烤：对正极极片和负极极片进行烘烤，温度控制在70℃，烘烤时间3min。
实施例3
一种锂离子电池极片的制备方法，包括以下步骤：
(1)干混：按工艺配比将原料粉料在高效混合机内干混6min，分散转速为2000rpm，搅拌转速为60rpm，形成均匀的粉料，其中，制备正极极片所用原料粉料包括以下重量份组分：LiCoO2 95份，超导电炭黑1.7份，PVDF 761 2.0份；制备负极极片所用原料粉料包括以下重量份组分：石墨96.5份，超导电炭黑0.8份，丁苯橡胶胶乳2.5份，羧甲基纤维素钠1.8份。
(2)捏合：向制备正极极片所用粉料中添加适量溶剂N-甲基吡咯烷酮，在高效混合机内进行捏合，捏合时间为25min，捏合过程转速为3000rpm，溶剂添加量约为粉料总重的20％，使得捏合后的浆料粘度为11000～12000cps；向制备负极极片所用粉料中添加适量溶剂离子水，在高效混合机内进行捏合，捏合时间为25min，捏合过程转速为3000rpm，溶剂添加量约为粉料总重的20％，使得捏合后的浆料粘度为11000～12000cps。
(3)喷胶：将铝箔放置于模具的下模内，对待涂位置进行喷胶，将铜箔放置于模具的下模内，对待涂位置进行喷胶；
(4)将步骤(2)捏合好的正极所用浆料均匀刮至铝箔上已喷好胶液的位置，模具的上模进行合模压制，得到正极极片，将步骤(2)捏合好的负极所用浆料均匀刮至铜箔上已喷好胶液的位置，模具的上模进行合模压制，得到负极极片。
(5)压实：分别将正极极片和负极极片通过超声压实，压实压力为180Mpa。
(6)烘烤：对正极极片和负极极片进行烘烤，温度控制在120℃，烘烤时间2min。
实施例4
一种锂离子电池极片的制备方法，包括以下步骤：
(1)干混：按工艺配比将原料粉料在高效混合机内干混5min，分散转速为3000rpm，搅拌转速为40rpm，形成均匀的粉料，其中，制备正极极片所用原料粉料包括以下重量份组分：LiCoO2 95份，超导电炭黑1.7份，PVDF 761 1.7份；制备负极极片所用原料粉料包括以下重量份组分：石墨96.5份，超导电炭黑1.0份，丁苯橡胶胶乳2.5份，羧甲基纤维素钠2.0份。
(2)捏合：向制备正极极片所用粉料中添加适量溶剂N-甲基吡咯烷酮，在高效混合机内进行捏合，捏合时间为35min，捏合过程转速为2000rpm，溶剂添加量约为粉料总重的30％，使得捏合后的浆料粘度为9000～10000cps；向制备负极极片所用粉料中添加适量溶剂离子水，在高效混合机内进行捏合，捏合时间为35min，捏合过程转速为2000rpm，溶剂添加量约为粉料总重的30％，使得捏合后的浆料粘度为9000～10000cps。
(3)喷胶：将铝箔放置于模具的下模内，对待涂位置进行喷胶，将铜箔放置于模具的下模内，对待涂位置进行喷胶；
(4)将步骤(2)捏合好的正极所用浆料均匀刮至铝箔上已喷好胶液的位置，模具的上模进行合模压制，得到正极极片，将步骤(2)捏合好的负极所用浆料均匀刮至铜箔上已喷好胶液的位置，模具的上模进行合模压制，得到负极极片。
(5)压实：分别将正极极片和负极极片通过超声压实，压实压力为150Mpa。
(6)烘烤：对正极极片和负极极片进行烘烤，温度控制在100℃，烘烤时间2min。
分别将实施例2～4所制备的正极极片、负极极片和隔膜组装成软包电池，电化学性能测试在蓝电电池测试仪上进行，测得电池性能如下：
| 编号 | 室温循环500次容量保持率％ | 45℃循环500次容量保持率％ |
| 实施例2 | 92 | 90 |
| 实施例3 | 94 | 92 |
| 实施例4 | 94 | 91 |
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
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：
(1)干混：按工艺配比将原料粉料进行干混，形成均匀的粉料；
(2)捏合：向粉料中添加适量的溶剂进行捏合；
(3)喷胶：将基材放置于模具内，对待涂位置进行喷胶；
(4)刮浆：将捏合好的浆料均匀刮至基材上已喷好胶液的位置，制备极片；
(5)压实：将极片通过超声压实；
(6)烘烤：对极片进行烘烤。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的原料粉料包括以下重量份组分：石墨93～96.5份，导电剂0.8～2.25份，粘结剂1.8～2.5份和增稠剂1.5～2.5份；步骤(2)所述的溶剂为离子水；步骤(3)所述的基材为铜箔；步骤(4)所述的极片为负极极片。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，所述的导电剂包括超导电炭黑，所述的粘结剂包括丁苯橡胶胶乳，所述的增稠剂包括羧甲基纤维素钠。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的原料粉料包括以下重量份组分：LiCoO2 95～96.5份，导电剂1.5～2.0份和粘结剂1.5～2.5份；步骤(2)所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮；步骤(3)所述的基材为铝箔；步骤(4)所述的极片为正极极片。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，所述的导电剂包括超导电炭黑，所述的粘结剂包括PVDF 761。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的干混时间为5～8min，分散转速为2000～3000rpm，搅拌转速为40～60rpm。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的捏合时间为25～35min，转速为2000～3000rpm，溶剂添加量为粉料总重量的20％～40％。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的模具分为上下模，基材置于下模，步骤(4)将捏合好的浆料均匀的刮至基材上已喷好胶液的位置后，上模进行合模压制，得到极片；所述的捏合好的浆料的粘度为8000～12000cps。
9.根据权利要求1所述的锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述的超声压实过程中，压实压力为100～180MPa。
10.根据权利要求1所述的锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，步骤(6)所述的烘烤温度为70～120℃，烘烤时间为1～3min。
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