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本發(fā)明屬于電池材料領(lǐng)域,具體涉及一種鋰離子電池極片的制備方法。
背景技術(shù):
隨著世界各國對新能源領(lǐng)域越來越重視,市場對鋰離子電池也需求也迅速增長。我國推出的《中國制造2025重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展路線圖》對鋰離子電池做了如下展望:到2020年動力電池單體能量密度要大于300Wh/kg,系統(tǒng)能量密度爭取達(dá)到260Wh/kg。
在沿用現(xiàn)有電極材料的前提下,提升單體電池能量密度需匹配高負(fù)載量、高壓實(shí)密度的電極片。但是在現(xiàn)有電極片制備工藝“烘料→制膠→勻漿→涂布→輥壓→分切→模切”(參見圖1)過程中,容易出現(xiàn)以下問題:
1.極片漿料涂層在輥壓機(jī)壓力的作用下,涂層延展,表面張力在集流體上釋放,導(dǎo)致集流體褶皺;
2.隨著壓實(shí)密度的提高集流體褶皺加劇直至極卷斷裂;
3.部分企業(yè)為解決極卷斷裂需更換高強(qiáng)度集流體,增加電芯成本;
4.更換高強(qiáng)度集流體增加電芯質(zhì)量,不利于電池能量密度提升;
5.極卷斷裂被迫停機(jī)修復(fù),降低工作效率增加成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對以上現(xiàn)有工藝流程的不足與缺陷,本發(fā)明的目的是提供一種可以獲得高負(fù)載量、高壓實(shí)密度、加工性能良好的電極片制備工藝。
本發(fā)明的第二個目的是提出所述制備方法制得的電極片。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為:
一種高負(fù)載量高壓實(shí)密度鋰離子電池極片制備方法,包括步驟:
將涂布后的高負(fù)載量電極片依次進(jìn)行分切、模切工序,然后再進(jìn)行輥壓工序,得到高壓實(shí)密度的電極片。
進(jìn)一步地,所述高負(fù)載量電極片的單面涂布密度為19-26mg/cm2,在集流體的單面或兩面涂布電極活性物質(zhì),電極活性物質(zhì)涂布的寬度為集流體寬度的90-96%。
其中,所述輥壓工序控制極片的壓實(shí)密度為3.2-3.65g/cm3。
其中,涂布電極片的集流體為鋁箔,所述鋁箔的拉伸強(qiáng)度在160Mpa-190Mpa之間。
其中,涂布完成的極卷置于75-85℃下干燥10-15h后分切;所述分切工序采用鋰離子電池分切機(jī),在80-120m/min速度下使用2-8kgf以下的張力進(jìn)行控制。
其中,所述模切工序采用全自動鋰離子電池極片連續(xù)模切機(jī)模切,電極片用極卷放卷滾軸、傳送帶和模切模具固定。
其中,所述輥壓工序采用輥徑為φ300、φ400、φ500的中的一種對輥進(jìn)行輥壓。
優(yōu)選地,模切的極片采用VDA尺寸,輥壓時輥間距為120-160μm,壓力30MPa,速度2m/min。
本發(fā)明所述制備方法得到的電極片。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明提出的制備方法,調(diào)整高壓實(shí)密度電極片工藝順序?yàn)榉智小⒛G?、輥壓。本方法使鋰離子電池具有更高的負(fù)載量、更高的壓實(shí)密度、采用普通集流體具有更低的成本、解決輥壓極卷斷裂問題提高效率。
附圖說明
圖1是傳統(tǒng)極片工藝流程圖。
圖2是本發(fā)明電極片制備工藝流程圖。
圖3是電極片主視結(jié)構(gòu)圖。
圖4是電極片剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖中,1為集流體,2為涂層。
具體實(shí)施方式
以下具體實(shí)施方式用于說明本發(fā)明,但不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
實(shí)施例中,如無特別說明,所用技術(shù)手段為本領(lǐng)域常規(guī)的技術(shù)手段。
實(shí)施例1:
本發(fā)明鋰離子電池極片制備方法,包括步驟:將涂布后的高負(fù)載量電極片依次進(jìn)行分切、模切工序,然后再進(jìn)行輥壓工序,得到高壓實(shí)密度的電極片。工藝流程參見圖2。
本實(shí)施例示出一種具體操作:先將正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑SP、導(dǎo)電劑KS-6及PVDF按照常規(guī)比例配比。本實(shí)施例中正極活性物質(zhì)為鎳鈷鋁三元正極材料,正極材料、導(dǎo)電劑SP、導(dǎo)電劑KS-6及PVDF配比為91:2:3:4,加入到均質(zhì)器混合,然后加入NMP混合至漿料粘度控制在5500±500mpa·s、固含量在65%—75%之間、細(xì)度控制在<30μm。
將混合好的漿料均勻涂布在厚度12μm普通鋁箔集流體上,鋁箔的拉伸強(qiáng)度為160Mpa。單面的涂布面密度為26mg/cm2,涂布為雙面,雙面面密度為52mg/cm2;將涂布完成的極卷置于80℃真空烘箱擱置12h。圖3中,集流體1幅寬B=430mm,涂層2的寬度A=400mm。
將烘干后極卷經(jīng)分切機(jī)分切,按照VDA尺寸用模切機(jī)模切后,選擇直徑300mm的對輥按設(shè)計壓實(shí)密度3.65g/cm3進(jìn)行輥壓。輥縫:130μm,壓力30Mpa,速度2m/min。
對輥壓后極片進(jìn)行制片、修剪去除毛刺,完成合格電極片制備。
本方法制得的電極片結(jié)構(gòu)如圖3和圖4,輥壓后集流體沒有褶皺、涂層平整,連續(xù)生產(chǎn)條件下可獲得高負(fù)載量,面密度52mg/cm2以上(雙面)高壓實(shí)密度3.6mg/cm3(發(fā)揮材料壓實(shí)極限)極片。
對比例
參見圖1,采用傳統(tǒng)工藝制備鋰離子電池正極極片:先將正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑SP、導(dǎo)電劑KS-6及PVDF按照一定比例配比(同實(shí)施例1),加入到均質(zhì)器混合,然后加入NMP混合至漿料粘度控制在5500±500mpa·s、固含量在65%—75%之間、細(xì)度控制在<30μm。
將混合好的漿料均勻涂布在厚度12μm普通鋁箔集流體上,為后續(xù)工藝的成功實(shí)現(xiàn)將涂布面密度調(diào)整為19mg/cm2,將涂布完成極卷置于80℃真空烘箱擱置12h。
為保證輥壓工藝的實(shí)現(xiàn)將壓實(shí)密度調(diào)整為3.15g/cm3進(jìn)行輥壓,分切機(jī)分切,模切機(jī)模切,完成合格電極片制備。如果提高密度至3.3g/cm3,則無法連續(xù)生產(chǎn)。
實(shí)施例2:
先將正極活性物質(zhì)(鎳鈷鋁三元正極材料)、導(dǎo)電劑SP、導(dǎo)電劑KS-6及PVDF按照實(shí)施例1同樣比例配比,加入到均質(zhì)器混合,然后加入NMP混合至漿料粘度控制在5500±500mpa·s、固含量在65%—75%之間、細(xì)度控制在<30μm。
將混合好的漿料均勻涂布在厚度12μm普通鋁箔集流體上,鋁箔的拉伸強(qiáng)度為180Mpa。單面的涂布面密度為26mg/cm2,涂布為雙面,將涂布完成的極卷置于80℃真空烘箱擱置12h。
將烘干后極卷經(jīng)分切機(jī)分切,按照VDA尺寸模切機(jī)模切后,選擇直徑400mm的對輥按設(shè)計壓實(shí)密度3.55g/cm3進(jìn)行輥壓。輥縫:140μm,壓力30Mpa,速度2m/min??蓪?shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
對輥壓后極片進(jìn)行制片,裁切至既定規(guī)格尺寸,去除毛刺,完成合格電極片制備。
本發(fā)明的高能量密度鋰離子電池電極片制備工藝將輥壓工序調(diào)整至分切、模切之后,極大的改善了極片輥壓過程中由于涂布料層延展所致集流體表面應(yīng)力釋放不均勻的問題。避免傳統(tǒng)工藝制備高負(fù)載量、高壓實(shí)密度電極片工藝流程中斷甚至無法進(jìn)行的問題,同時避免了制得極片合格率不高的問題,避免了更換高強(qiáng)度集流體帶來的成本增加問題。極大提升了工作效率,降低工藝成本,為獲得高負(fù)載量、高壓實(shí)密度電極片提供支持。
以上的實(shí)例僅僅是對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行描述,并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定,本領(lǐng)域技術(shù)人員在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上還可做多種修改和變化,在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下,本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變型和改進(jìn),均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
技術(shù)特征:
1.一種高負(fù)載量高壓實(shí)密度鋰離子電池極片制備方法,其特征在于,包括步驟:
將涂布后的高負(fù)載量電極片依次進(jìn)行分切、模切工序,然后再進(jìn)行輥壓工序,得到高壓實(shí)密度的電極片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,所述高負(fù)載量電極片的單面涂布密度為19-26mg/cm2,在集流體的單面或兩面涂布電極活性物質(zhì),電極活性物質(zhì)涂布的寬度為集流體寬度的90-96%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,所述輥壓工序控制極片的壓實(shí)密度為3.2-3.65g/cm3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,涂布電極片的集流體為鋁箔,所述鋁箔的拉伸強(qiáng)度在160Mpa-190Mpa之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,涂布完成的極卷置于75-85℃下干燥10-15h后分切;所述分切工序采用鋰離子電池分切機(jī),在80-120m/min速度下使用2-8kgf以下的張力進(jìn)行控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,所述模切工序采用全自動鋰離子電池極片連續(xù)模切機(jī)模切,電極片用極卷放卷滾軸、傳送帶和模切模具固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極片制備方法,其特征在于,所述輥壓工序采用輥徑為φ300、φ400、φ500的中的一種對輥進(jìn)行輥壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的極片制備方法,其特征在于,模切的極片采用VDA尺寸,輥壓時輥間距為120-160μm,壓力30MPa,速度2m/min。
9.權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述制備方法得到的電極片。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種高負(fù)載量高壓實(shí)密度鋰離子電池極片制備方法,包括步驟:將涂布后的高負(fù)載量電極片依次進(jìn)行分切、模切工序,然后再進(jìn)行輥壓工序,得到高壓實(shí)密度的電極片。本發(fā)明提出的制備方法,調(diào)整高壓實(shí)密度電極片工藝順序?yàn)榉智?、模切、輥壓。本方法使鋰離子電池具有更高的負(fù)載量、更高的壓實(shí)密度、采用普通集流體具有更低的成本、解決輥壓極卷斷裂問題提高效率。
技術(shù)研發(fā)人員:魏得勛;劉源;王曦;張強(qiáng);李翔;龐靜;盧世剛
受保護(hù)的技術(shù)使用者:國聯(lián)汽車動力電池研究院有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日:2017.11.27
技術(shù)公布日:2018.06.01