CN116435521A - 一种用于制备高能量密度锂离子电池的涂碳铝箔及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于制备高能量密度锂离子电池的涂碳铝箔及其制备方法,步骤包括将铝水依次经过哈兹列特连铸连轧、中轧、中间退火、精轧、成品箔轧、分切、电晕倒卷精切得铝箔基体;将铝箔基体通过清洗涂碳一体装置进行脱脂、水洗、干燥和涂碳;通过脱脂去除铝箔基材表面的铝粉、油渍以及氧化膜等异物,再通过水洗将铝箔基体表面残留的脱脂剂和少量污渍去除,脱脂槽和水洗槽内设置挤干辊,铝箔表面残留的液体通过挤干辊的作用让液体回流,可以避免干扰后道工序,使得铝箔基体在涂覆前表面的油污大幅降低,提高锂离子电池的能量密度,增加充放电循环的稳定性以此提高使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及涂碳铝箔的制备领域,更具体的是涉及一种用于制备高能量密度锂离子电池的涂碳铝箔及其制备方法。
背景技术
锂离子电池进入飞速发展阶段,铝箔作为正极集流体被广泛应用,高能量密度的锂离子电池需求呈现跨越式增长。涂碳铝箔作为改性正极集流体,涂碳铝箔作为改性正极集流体,能够减少粘结剂的用量的同时提高箔材与正极浆料间的剥离力,并且可以收集活性物质的微电流进而降低集流体之间接触电阻。但由于铝箔表面的油污残留造成了电池内部非极性物质的积累,对电池的循环稳定性、能量密度及电池使用安全都存在负面的影响。铝箔表面油污残留直接影响碳浆料的涂覆效果,导致漏涂、附着力不足,并影响到正极浆料与箔材间的接触表面积,从而进一步降低其剥离力与电池能量密度。
发明内容
为提高锂电池的能量密度,本发明提供了一种用于制备高能量密度锂离子电池的涂碳铝箔及其制备方法,具体方案如下:
一种用于制备高能量密度锂离子电池的涂碳铝箔及其制备方法,包括以下步骤:
将铝水依次经过哈兹列特连铸连轧、中轧、中间退火、精轧、成品箔轧、分切、电晕倒卷精切得铝箔基体、将铝箔基体通过清洗涂碳一体装置进行脱脂、水洗、干燥和涂碳;所述的清洗涂碳一体装置包括脱脂槽、水洗槽、干燥箱、凹版辊涂覆装置以及涂布烘箱;脱脂槽、水洗槽内设有挤干辊;铝箔基体经脱脂槽、水洗槽去除异物,经干燥箱进行烘干处理,涂碳浆料分散过滤后经递墨辊均匀覆盖于凹版辊,由凹版辊涂布于铝箔基体表面,最后经涂布烘箱烘烤得涂碳铝箔。
对铝箔基体进行脱脂的目的是将铝箔基体表面的铝粉、油渍以及氧化膜等异物去除;水洗的目的是将表面残留的脱脂剂和污渍进行去除;铝箔上残留的液体通过挤干辊的作用让液体回流,避免干扰后道工序。
进一步的,铝箔基体包括以下质量百分比的各组分:Si 0.1~0.25%,Fe0.1~0.35%,Cu≤0.05%,Mn≤0.03%,Mg≤0.03%,Zn≤0.05%,Ti≤0.03%,余量为Al。
进一步的,成品箔轧轧制油粘度为1.2~2.5mm2/S,水分≤200ppm,皂化值13.7~24.93mg KOH/g,羟值≤6.5mg KOH/g,酸值≤0.03mg KOH/g,透光率≥90%,酯6.0~12.0%,醇≤3.5%,胶质≤9g/L。
进一步的,电晕倒卷精切次数为2次,第一次电晕倒卷精切速度≤120m/min,第二次电晕倒卷精切速度≤100m/min,功率15-20KW。
进一步的,脱脂槽和水洗槽采用上下两端喷淋,喷淋方式为线条型喷淋,喷淋方向与铝箔运转方向相反,夹角为60°。
进一步的,涂碳浆料经双行星动力分散搅拌机进行分散,分散后通过70~100目的滤芯进行过滤,浆料粘度为100~300mPa·s,固含量为5~10%。
进一步的,双行星动力分散搅拌机的转速为1000-3000rpm,搅拌时长40-60min/次。
进一步的,干燥箱内的温度设置为100~120℃,涂布烘箱的温度设置为130~160℃。
进一步的,铝箔基体烘烤的时间为5~10s,烘烤次数为两次。
通过上述制备方法得到的涂碳铝箔厚度为12~15μm。
有益效果:
(1)本发明提供了一种用于制备高能量密度锂离子电池的涂碳铝箔,通过设置清洗涂碳一体装置,在铝箔基体进行涂碳工序之前对铝箔基体先进行脱脂去除铝箔基材表面的铝粉、油渍以及氧化膜等异物,再通过水洗将铝箔基体表面残留的脱脂剂和少量污渍去除,脱脂槽和水洗槽内设置挤干辊,铝箔表面残留的液体通过挤干辊的作用让液体回流,可以避免干扰后道工序,使得铝箔基体在涂覆前表面的油污大幅降低,能够减少非极性物质进入正极集流体,提高锂离子电池的能量密度,增加充放电循环的稳定性以此提高使用寿命同时也进一步提高锂离子电池的市场竞争力。
(2)清洗涂碳一体装置在不改变涂布机构构成的基础上,在放卷装置后增加清洗段装置,结构简单,效率高。
(3)通过本制备方法制备得到的涂炭铝箔,经过检验用于制备的磷酸铁锂离子电池的能量密度可达152Wh/kg,满足制备高能量密度电池的需求。
附图说明
图1是实施例中清洗涂碳一体装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明,显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通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,都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1:
一种用于制备高能量密度锂离子电池的涂碳铝箔的制备方法包括以下步骤:
S1、连铸连轧:将铝水经过哈兹列特连铸连轧得7.5mm板带;
S2、中轧:中轧厚度从7.5mm至0.5mm;
S3、中间退火:中间退火温度为320℃,升温速率为10℃/min;
S4、精轧:精轧厚度从0.5至0.24mm;
S5、成品箔轧:成品箔轧厚度从0.24mm至0.12mm;
S6、分切:包括粗切和精切,粗切速度为600m/min,精切速度为150m/min;
S7、电晕倒卷精切:电晕倒卷精切次数为2次,第一次电晕倒卷精切速度为120m/min,第二次电晕倒卷精切速度为100m/min,功率为15Kw。
S8、脱脂、水洗、干燥以及涂碳:
图1是清洗涂碳一体装置的结构示意图,如图1所示,包括脱脂槽、水洗槽、干燥箱凹版辊涂覆装置以及涂布烘箱,脱脂槽和水洗槽中设有挤干辊,经过S7的铝箔基体依次进入脱脂槽、挤干辊、水洗槽、挤干辊、干燥箱、递墨辊以及凹版辊;脱脂槽和水洗槽采用上下两端喷淋,喷淋方式为线条型喷淋,喷淋方向与铝箔运转方向相反,夹角为60℃;铝箔基体通过脱脂槽和水洗槽的喷淋去除异物,并通过挤干辊使多余的喷淋液进行回流,再通过100℃的干燥箱去除水分,铝箔去除水分后涂碳浆料经递墨辊均匀覆盖于凹版辊上,并由凹版辊涂布在铝箔基体表面,设置涂布烘箱的温度为130℃,将涂布后的铝箔基体反复如涂布烘箱中烘烤5s,烘烤两次后得到涂碳铝箔。
实施例2:
一种用于制备高能量密度锂离子电池的涂碳铝箔的制备方法包括以下步骤:
S1、连铸连轧:将铝水经过哈兹列特连铸连轧得7.5mm板带;
S2、中轧:中轧厚度从7.5mm至0.5mm;
S3、中间退火:中间退火温度为320℃,升温速率为10℃/min;
S4、精轧:精轧厚度从0.5至0.24mm;
S5、成品箔轧:成品箔轧厚度从0.24mm至0.15mm;
S6、分切:包括粗切和精切,粗切速度为600m/min,精切速度为150m/min;
S7、电晕倒卷精切:电晕倒卷精切次数为2次,第一次电晕倒卷精切速度为100m/min,第二次电晕倒卷精切速度为80m/min,功率为20Kw。
S8、脱脂、水洗、干燥以及涂碳:
图1是清洗涂碳一体装置的结构示意图,如图1所示,包括脱脂槽、水洗槽、干燥箱凹版辊涂覆装置以及涂布烘箱,脱脂槽和水洗槽中设有挤干辊,经过S7的铝箔基体依次进入脱脂槽、挤干辊、水洗槽、挤干辊、干燥箱、递墨辊以及凹版辊;脱脂槽和水洗槽采用上下两端喷淋,喷淋方式为线条型喷淋,喷淋方向与铝箔运转方向相反,夹角为60℃;铝箔基体通过脱脂槽和水洗槽的喷淋去除异物,并通过挤干辊使多余的喷淋液进行回流,再通过120℃的干燥箱去除水分,铝箔去除水分后涂碳浆料经递墨辊均匀覆盖于凹版辊上,并由凹版辊涂布在铝箔基体表面,设置涂布烘箱的温度为160℃,将涂布后的铝箔基体反复如涂布烘箱中烘烤7s,烘烤两次后得到涂碳铝箔。
实施例3:
一种用于制备高能量密度锂离子电池的涂碳铝箔的制备方法包括以下步骤:
S1、连铸连轧:将铝水经过哈兹列特连铸连轧得7.5mm板带;
S2、中轧:中轧厚度从7.5mm至0.5mm;
S3、中间退火:中间退火温度为320℃,升温速率为10℃/min;
S4、精轧:精轧厚度从0.5至0.24mm;
S5、成品箔轧:成品箔轧厚度从0.24mm至0.14mm;
S6、分切:包括粗切和精切,粗切速度为600m/min,精切速度为150m/min;
S7、电晕倒卷精切:电晕倒卷精切次数为2次,第一次电晕倒卷精切速度≤120m/min,第二次电晕倒卷精切速度≤100m/min,功率18Kw。
S8、脱脂、水洗、干燥以及涂碳:
图1是清洗涂碳一体装置的结构示意图,如图1所示,包括脱脂槽、水洗槽、干燥箱凹版辊涂覆装置以及涂布烘箱,脱脂槽和水洗槽中设有挤干辊,经过S7的铝箔基体依次进入脱脂槽、挤干辊、水洗槽、挤干辊、干燥箱、递墨辊以及凹版辊;脱脂槽和水洗槽采用上下两端喷淋,喷淋方式为线条型喷淋,喷淋方向与铝箔运转方向相反,夹角为60℃;铝箔基体通过脱脂槽和水洗槽的喷淋去除异物,并通过挤干辊使多余的喷淋液进行回流,再通过115℃的干燥箱去除水分,铝箔去除水分后涂碳浆料经递墨辊均匀覆盖于凹版辊上,并由凹版辊涂布在铝箔基体表面,设置涂布烘箱的温度为150℃,将涂布后的铝箔基体反复如涂布烘箱中烘烤6s,烘烤两次后得到涂碳铝箔。
对比例:
一种涂碳铝箔的制备方法包括以下步骤:
S1、连铸连轧:将铝水经过哈兹列特连铸连轧得7.5mm板带;
S2、中轧:中轧厚度从7.5mm至0.5mm;
S3、中间退火:中间退火温度为320℃,升温速率为10℃/min;
S4、精轧:精轧厚度从0.5至0.24mm;
S5、成品箔轧:成品箔轧厚度从0.24mm至0.12mm;
S6、分切:包括粗切和精切,粗切速度为600m/min,精切速度为150m/min;
S7、电晕倒卷精切:电晕倒卷精切次数为2次,第一次电晕倒卷精切速度为120m/min,第二次电晕倒卷精切速度为100m/min,功率为15Kw。
S8、将S7得到的铝箔基体进行涂碳处理后得到涂碳铝箔:
对实施例1~3得到的涂碳铝箔进行性能检测,得3M胶带附着力完全不脱落,剥离力≥40N/m,接触电阻≤0.5mΩ,用于制备的磷酸铁锂离子电池的能量密度可达152Wh/kg,电池箔表面达因值≥34dyn;
对对比例得到的涂碳铝箔进行性能检测,得3M胶带脱落10%,剥离力25~30N/m,接触电阻为0.8mΩ,能量密度为135Wh/kg;
综上,通过增设涂碳的前处理工艺,可以显著提高锂离子电池的能量密度。
作为进一步改进,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,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 (10)
1.一种用于制备高能量密度锂离子电池的涂碳铝箔的制备方法,其特征在于,步骤包括将铝水依次经过哈兹列特连铸连轧、中轧、中间退火、精轧、成品箔轧、分切、电晕倒卷精切得铝箔基体;将铝箔基体通过清洗涂碳一体装置进行脱脂、水洗、干燥和涂碳;所述的清洗涂碳一体装置包括脱脂槽、水洗槽、干燥箱、凹版辊涂覆装置以及涂布烘箱;脱脂槽、水洗槽内设有挤干辊;铝箔基体经脱脂槽、水洗槽去除异物,经干燥箱进行烘干处理,涂碳浆料分散过滤后经递墨辊均匀覆盖于凹版辊,由凹版辊涂布于铝箔基体表面,最后经涂布烘箱烘烤得涂碳铝箔。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备高能量密度锂离子电池的涂碳铝箔的制备方法,其特征在于,铝箔基体包括以下质量百分比的各组分:Si
0.1~0.25%,Fe 0.1~0.35%,Cu≤0.05%,Mn≤0.03%,Mg≤0.03%,Zn≤0.05%,Ti≤0.03%,余量为Al。
3.根据权利要求1所述的一种用于制备高能量密度锂离子电池的涂碳铝箔的制备方法,其特征在于,成品箔轧轧制油粘度为1.2~2.5mm2/S,水分≤200ppm,皂化值13.7~24.93mg KOH/g,羟值≤6.5mg KOH/g,酸值≤0.03mg KOH/g,透光率≥90%,酯6.0~12.0%,醇≤3.5%,胶质≤9g/L。
4.根据权利要求1所述的一种用于制备高能量密度锂离子电池的涂碳铝箔的制备方法,其特征在于,电晕倒卷精切次数为2次,第一次电晕倒卷精切速度≤120m/min,第二次电晕倒卷精切速度≤100m/min,功率15-20KW。
5.根据权利要求1所述的一种用于制备高能量密度锂离子电池的涂碳铝箔的制备方法,其特征在于,脱脂槽和水洗槽采用上下两端喷淋,喷淋方式为线条型喷淋,喷淋方向与铝箔运转方向相反,夹角为60°。
6.根据权利要求1所述的一种用于制备高能量密度锂离子电池的涂碳铝箔的制备方法,其特征在于,涂碳浆料经双行星动力分散搅拌机进行分散,分散后通过70~100目的滤芯进行过滤,浆料粘度为100~300mPa·s,固含量为5~10%。
7.根据权利要求6所述的一种用于制备高能量密度锂离子电池的涂碳铝箔的制备方法,其特征在于,双行星动力分散搅拌机的转速为1000-3000rpm,搅拌时长40-60min/次。
8.根据权利要求1所述的一种用于制备高能量密度锂离子电池的涂碳铝箔的制备方法,其特征在于,干燥箱内的温度设置为100~120℃,涂布烘箱的温度设置为130~160℃。
9.根据权利要求1所述的一种用于制备高能量密度锂离子电池的涂碳铝箔的制备方法,其特征在于,铝箔基体烘烤的时间为5~10s,烘烤次数为两次。
10.如权利要求1~9任一所述的制备方法制备得到的涂碳铝箔,其特征在于,所述涂碳铝箔的厚度为12~15μm。
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