專利名稱：一種鋰離子電池極片的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術領域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種具有大的表面孔隙率的鋰離子電池極片的制備方法。
背景技術：
近幾年來，各大電池終端廠商都在競相推出各種輕薄、平板形的電子產品，如ipad, iphone,樂phone和kindle等。隨著消費群體對電子產品的體驗要求的不斷增長，電子終端廠商賦予了電子產品更加豐富的功能，產品的顯示屏也越來越大，這些導致的結果就是要求移動電源做成超薄型，同時又要保持高能量。從目前市場來看，鋰離子電池是移動電子終端采用得最多的可循環(huán)充放電電源。眾多鋰離子電池制造商也在不斷地加速輕薄而 高能量密度型的鋰離子電池的開發(fā)進程。假如材料體系選擇一定，即正極活性物質，負極活性物質，電解液一定，那么，從電池設計的角度來講，要使電池既輕薄，能量又高，其中一個最直接的手段就是增加極片的壓實密度。另一個很好的手段就是增加極片的厚度，以減少集流體、隔膜等輔助材料在電池厚度方面的負面貢獻。但是，增加極片的壓實密度，極片中的孔隙率將降低，從而導致極片的電解液吸收能力變差，電解液在極片中的流通不暢，進而影響電池的充放電性能，如極化增加、低溫析出裡枝晶等。而若采用增加極片的厚度的方法，將會增加電解液在極片表層和極片內層的濃度梯度，進而導致鋰離子電池在充放電的過程中極化增加，活性物質的容量發(fā)揮不充分等。另外，本發(fā)明的發(fā)明人在研究過程中發(fā)現，極片在壓制的過程中，表面的孔道大量被堵塞，這更加妨礙了極片對電解液的吸收。有鑒于此，確有必要提供一種具有大的表面孔隙率的鋰離子電池極片的制備方法，以增強電解液在極片中的浸潤性能，改善鋰離子電池的電化學性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明的發(fā)明人在經過大量試驗研究后發(fā)現，現有技術中極片經過壓實后，導致電解液在極片中流通不暢的區(qū)域主要集中在距離極片表面的少于30 y m的表面層。這將導致以下不利后果一方面，在電池制作的過程中，電解液對極片的浸潤性變差，完全浸潤通常需要較長時間，這將導致電池生產工序時間增長，生產效率低下；另一方面，由于極片表面孔隙率的低下，導致電池在充放電過程中，鋰離子在極片中的穿梭將變得困難，即將降低電池的倍率充/放電性能、低溫性能等?；谝陨蠁栴}，本發(fā)明的目的在于針對現有技術的不足，而提供一種具有大的表面孔隙率的鋰離子電池極片的制備方法，以增強電解液在極片中的浸潤性能，改善鋰離子電池的電化學性能。為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下方案
一種鋰離子電池極片的制備方法，包括以下步驟在集流體上涂覆含有活性物質的漿料，烘干，得到待處理極片；在待處理極片的至少一個表面上放置緩沖材料層；將設置有緩沖材料層的待處理極片通過壓輥進行壓制后，分離緩沖材料層和極片。本發(fā)明在極片壓實過程中增加緩沖材料層，對緩沖材料層與極片共同進行壓制，可有效改善極片表面的孔道結構，在該極片表面滴50uL電解液溶液(溶劑為質量比為I I的碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯的混合物，溶質為IM LiPF6)時，電解液液珠被極片完全 吸收時間不超過3min，其原因在于，采用本發(fā)明的方法對緩沖材料層和極片共同冷壓以后，極片表面的孔道結構得到完好的保護，表面孔隙率顯著增加，當電解液滴加到電解表面以后，更各易滲透到極片表面的內部。本發(fā)明中由于緩沖材料層的存在，當極片和緩沖材料層一起經過壓輥進行壓實時，可以把極片和緩沖材料層當成一個整體，即極片出現了一個新的表面層，那么在壓實的過程中真正的極片表面變成了極片與緩沖材料層整體的內層，因而緩沖材料層起到了保護極片表面的孔道結構的作用，進而可確保電解液在極片中的流動更暢通，鋰離子的動力學過程更加容易，電池的極化更小，從而提高了電池的生產效率，提高了活性物質的質量比容量發(fā)揮，改善了電池的倍率充/放電性能和低溫性能。由于極片對電解液的吸收時間大大縮短，在電池制作過程中就可以提高電解液的注入速度也不會有電解液溢出的風險。因此，采用本發(fā)明的方法，可大大提高電池的生產效率。作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進，所述緩沖材料層為高分子薄膜層。高分子薄膜層具有一定的柔性，可以起到保護極片表面孔道結構的作用，同時又不會對極片表面造成損傷。作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進，所述緩沖材料層具有多孔結構。作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進，所述緩沖材料層的材質為聚烯烴、鹵代聚烯烴或聚酯化合物。 作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進，所述的緩沖材料層的材質為聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)或聚苯并咪唑(PBI)。作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進，所述緩沖材料層的厚度為5 500um。作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進，所述極片的厚度大于等于60um。本發(fā)明在厚度大于等于60um的極片上的改善作用更加明顯。作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進，所述緩沖材料層的長度大于等于所述極片的長度。所述緩沖材料層的寬度大于等于所述極片的寬度。作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進，所述極片為正極片或負極片。相對于現有技術，本發(fā)明至少具有以下幾個顯著的優(yōu)點
—是本發(fā)明由于在壓實過程中在極片的表面設置緩沖材料層，可以有效地保護極片表面的孔隙，使得鋰離子能更通暢地在極片中穿梭；二是采用本發(fā)明制備的極片對電解液的吸收時間大大縮短，在電池制作過程中就可以提高電解液的注入速度也不會有電解液溢出的風險。因此，采用本發(fā)明的方法，可大大提高電池的生產效率，而且本發(fā)明本身簡單易行、操作方便。三是采用該方法制備的極片制作的鋰離子電池的電化學性能得到了明顯改善，如活性物質的質量比容量，低溫鋰枝晶析出情況均得到了明顯的改善，隨著極片厚度的增加，采用本發(fā)明所提及的方法制得的電池性能改善更加明顯，應用前景廣闊。


圖I為本發(fā)明中極片的壓制過程示意圖； 圖2為本發(fā)明實施例I至3、對比例I和對比例2的電池在25°C下對應活性物質的質量比容量對比圖。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。鋰離子電池的具體制作過程如下正極片的制作正極片包括正極集流體和涂覆在正極集流體上的正極膜片，正極膜片包括正極活性物質、粘結劑和導電碳，其中各物質的質量比例關系如下正極活性物質粘結劑導電碳=(0. 8 0. 98) (0. I 0. 01) (0. I 0. 01)。將正極活性物質、粘結劑和導電碳按照上述比例混合均勻以后加入溶劑中(以下實施例中，正極活性物質為9kg,粘結劑為0. 5kg,導電碳為0. 5kg,),快速激烈攪拌12h后,再真空慢速攪拌2h得到所需的正極漿料；然后將正極漿料采用刮刀法或擠壓法在正極集流體上進行均勻涂布，并置于110±10°C的環(huán)境下干燥6分鐘后得到正極片。負極片的制作負極包括負極負極集流體和涂覆在負極集流體上的負極膜片，負極膜片包括負極活性物質、粘結劑、增稠劑和導電碳，其中各物質的質量比例關系如下負極活性物質粘結劑增稠劑導電碳=(0. 8 0. 96) (0. I 0. 02) (0. 05 0.01) (0.05 0.01)。將負極活性物質和導電碳按照上述比例混合均勻以后加入溶齊U，快速激烈攪拌12h后，最后按照比例加入粘結劑，再真空慢速攪拌Ih得到所需的負極衆(zhòng)料(以下實施例中，負極活性物質為7. 5kg,導電碳為0. 42kg,粘結劑為0. 42kg,增稠劑為0. 42kg);然后將負極漿料采用刮刀法或擠壓法在負極集流體上進行均勻涂布，并置于85± 10°C的環(huán)境下干燥6分鐘后得到負極片。通過控制正負極的涂布重量比，保證負極容量/正極容量為0. 70 I. 30。如圖I所示，在極片I (正極和/或負極片)表面設置緩沖材料層2，然后將極片I和緩沖材料層2 —起放到壓輥3上進行壓制，將極片I的壓實密度壓制到負極片的壓實密度為0. 8 I. 9g/cm3,正極片的壓實密度為3. 6 4. 2g/cm3。組裝測試過程將正負極片按設計的規(guī)格裁成條狀，本發(fā)明中任意選取了一個常規(guī)規(guī)格(涂膜區(qū)長X寬)正極片為816mmX87mm，負極片為820mmX90mm，隔膜采用厚度為12 25um的隔膜，以卷繞或疊片的方式組裝成電池。電池經高溫烘烤以后，注入電解液，電解液采用碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合液為溶劑(EC和EMC的質量比為3 7)，lmol/L六氟磷酸鋰(LiPF6)為鋰鹽(該電解液即為以下實施例和對比例所用電解液)，然后將電池進行真空封裝，即完成了鋰離子二次電池的組裝。電池制作完成后，將電池進行電化學激活。經過以上制作過程后，所制得的鋰離子電池即可交付測試或者用戶使用。其中，本發(fā)明的測試主要包括以下測試 容量測試以電池的容量值為IC電流值，保持25°C恒溫，以0. 5C的恒定電流充電到4. 2V，再將電池在4. 2V下保持恒壓充電，直至電流降至0. 05C ;再以0. 5C的恒定電流放電到3. 0V，并以此容量來計算活性材料的質量比容量。倍率放電測試以電池的容量值為IC電流值，保持25°C恒溫，以0. 5C的恒定電流充電到4. 2V，再將電池在4. 2V下保持恒壓充電，直至電流降至0. 05C ;再以3C的恒定電流放電到3. 0V，將此處測得的電池容量除于25°C測得的容量做比較即為3C放電率。低溫測試保持23°C恒溫，以0. 5C的恒定電流充電到4. 2V，再將電池在4. 2V下保持恒壓充電，直至電流降至0. 05C ;再以0. 5C的恒定電流放電到3. 0V，如此循環(huán)充放電10次，而后將電池拆開，觀察負極片的鋰枝晶析出情況。以下的實施例描述具體涉及該鋰離子電池以及使用該類鋰離子電池表現出來的改進的性能。實施例I如上述鋰離子電池制作過程所述，采用鈷酸鋰(LiCoO2)作為正極活性物質，粘結劑用聚偏氟乙烯(PVDF)，導電劑選用導電炭黑，將混制的漿料涂布在鋁箔構成的正極集流體的兩面后，烘干，得到待處理正極片，然后將待處理極片與厚度為20um的PP材質多孔膜一起在壓輥機3上進行壓制，使正極片的壓實密度為4. lg/cm3，然后去除此多孔膜以后即得到正極片。采用高能量密度石墨作為負極活性物質，SBR(聚苯乙烯、丁二烯懸浮液)作為粘結劑，CMC (羧甲基纖維素鈉)作為增稠劑，導電炭黑作為導電劑，將混制的漿料涂布在銅箔構成的負極集流體的兩面后，烘干后得到待處理負極片。然后將待處理負極片厚度為20um的PP材質多孔膜一起在壓輥機3上進行壓制，使負極片的壓實密度為I. 6g/cm3，然后去除此多孔膜以后即得到負極片。將制備所得的正極片、負極片以及隔膜以卷繞方式制成電芯，電池外包裝采用鋁塑復合膜，將電芯置入外包裝后烘烤，灌注電解液，經電化學激活等工藝后制成容量為1450mAh的軟包裝鋰離子電池。實施例2 9 :實施例2 9中所用正極活性物質、負極活性物質、緩沖材料層材質和極片壓實密度見表1，具體制備過程請參照上述段落所述的正極片的制備、負極片的制備、電解液組成與組裝測試過程。表I :實施例2 9所用正負極活性材料、緩沖材料層材質和極片壓實密度及測試
結果
權利要求
1.ー種鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 在集流體上涂覆含有活性物質的漿料，烘干，得到待處理極片； 在待處理極片的至少ー個表面上放置緩沖材料層； 將設置有緩沖材料層的待處理極片通過壓輥進行壓制后，分離緩沖材料層和極片。
2.根據權利要求I所述的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于所述緩沖材料層為高分子薄膜層。
3.根據權利要求I所述的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于所述緩沖材料層具有多孔結構。
4.根據權利要求2所述的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于所述緩沖材料層 的材質為聚烯烴、鹵代聚烯烴或聚酯化合物。
5.根據權利要求4所述的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于所述的緩沖材料層的材質為聚丙烯(PP)、聚こ烯(PE)、聚對苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)、聚偏氟こ烯(PVDF)、聚こ烯醇(PVA)或聚苯并咪唑(PBI)。
6.根據權利要求I所述的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于所述緩沖材料層的厚度為5 500um。
7.根據權利要求I所述的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于所述極片的厚度大于等于60um。
8.根據權利要求I所述的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于所述緩沖材料層的長度大于等于所述極片的長度，所述緩沖材料層的寬度大于等于所述極片的寬度。
9.根據權利要求I所述的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于所述極片為正極片或負極片。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術領域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種鋰離子電池極片的制備方法，包括以下步驟在集流體上涂覆含有活性物質的漿料，烘干，得到待處理極片；在待處理極片的至少一個表面上放置緩沖材料層；將設置有緩沖材料層的待處理極片通過壓輥進行壓制后，分離緩沖材料層和極片。相對于現有技術，本發(fā)明由于在壓實過程中在極片的表面設置緩沖材料層，可以有效地保護極片表面的孔隙，使得鋰離子能更通暢地在極片中穿梭，采用該方法制備的極片制作的鋰離子電池的電化學性能得到了明顯改善，如活性物質的質量比容量，低溫鋰枝晶析出情況等，且隨著極片厚度的增加，采用本發(fā)明所提及的方法制得的電池性能改善更加明顯，應用前景廣闊。
文檔編號H01M4/139GK102637848SQ20121009839
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權日2012年4月6日
發(fā)明者尚玉芬, 袁慶豐, 陳小波 申請人:寧德新能源科技有限公司