一种高负载量高压实密度锂离子电池极片制备方法与流程

本发明属于电池材料领域，具体涉及一种锂离子电池极片的制备方法。

背景技术：

随着世界各国对新能源领域越来越重视，市场对锂离子电池也需求也迅速增长。我国推出的《中国制造2025重点领域技术发展路线图》对锂离子电池做了如下展望：到2020年动力电池单体能量密度要大于300Wh/kg，系统能量密度争取达到260Wh/kg。

在沿用现有电极材料的前提下，提升单体电池能量密度需匹配高负载量、高压实密度的电极片。但是在现有电极片制备工艺“烘料→制胶→匀浆→涂布→辊压→分切→模切”(参见图1)过程中，容易出现以下问题：

1.极片浆料涂层在辊压机压力的作用下，涂层延展，表面张力在集流体上释放，导致集流体褶皱；

2.随着压实密度的提高集流体褶皱加剧直至极卷断裂；

3.部分企业为解决极卷断裂需更换高强度集流体，增加电芯成本；

4.更换高强度集流体增加电芯质量，不利于电池能量密度提升；

5.极卷断裂被迫停机修复，降低工作效率增加成本。

技术实现要素：

针对以上现有工艺流程的不足与缺陷，本发明的目的是提供一种可以获得高负载量、高压实密度、加工性能良好的电极片制备工艺。

本发明的第二个目的是提出所述制备方法制得的电极片。

实现本发明目的的技术方案为：

一种高负载量高压实密度锂离子电池极片制备方法，包括步骤：

将涂布后的高负载量电极片依次进行分切、模切工序，然后再进行辊压工序，得到高压实密度的电极片。

进一步地，所述高负载量电极片的单面涂布密度为19-26mg/cm2，在集流体的单面或两面涂布电极活性物质，电极活性物质涂布的宽度为集流体宽度的90-96％。

其中，所述辊压工序控制极片的压实密度为3.2-3.65g/cm3。

其中，涂布电极片的集流体为铝箔，所述铝箔的拉伸强度在160Mpa-190Mpa之间。

其中，涂布完成的极卷置于75-85℃下干燥10-15h后分切；所述分切工序采用锂离子电池分切机，在80-120m/min速度下使用2-8kgf以下的张力进行控制。

其中，所述模切工序采用全自动锂离子电池极片连续模切机模切，电极片用极卷放卷滚轴、传送带和模切模具固定。

其中，所述辊压工序采用辊径为φ300、φ400、φ500的中的一种对辊进行辊压。

优选地，模切的极片采用VDA尺寸，辊压时辊间距为120-160μm，压力30MPa，速度2m/min。

本发明所述制备方法得到的电极片。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明提出的制备方法，调整高压实密度电极片工艺顺序为分切、模切、辊压。本方法使锂离子电池具有更高的负载量、更高的压实密度、采用普通集流体具有更低的成本、解决辊压极卷断裂问题提高效率。

附图说明

图1是传统极片工艺流程图。

图2是本发明电极片制备工艺流程图。

图3是电极片主视结构图。

图4是电极片剖面结构图。

图中，1为集流体，2为涂层。

具体实施方式

以下具体实施方式用于说明本发明，但不应理解为对本发明的限制。

实施例中，如无特别说明，所用技术手段为本领域常规的技术手段。

实施例1：

本发明锂离子电池极片制备方法，包括步骤：将涂布后的高负载量电极片依次进行分切、模切工序，然后再进行辊压工序，得到高压实密度的电极片。工艺流程参见图2。

本实施例示出一种具体操作：先将正极活性物质、导电剂SP、导电剂KS-6及PVDF按照常规比例配比。本实施例中正极活性物质为镍钴铝三元正极材料，正极材料、导电剂SP、导电剂KS-6及PVDF配比为91:2:3:4，加入到均质器混合，然后加入NMP混合至浆料粘度控制在5500±500mpa·s、固含量在65％—75％之间、细度控制在＜30μm。

将混合好的浆料均匀涂布在厚度12μm普通铝箔集流体上，铝箔的拉伸强度为160Mpa。单面的涂布面密度为26mg/cm2,涂布为双面，双面面密度为52mg/cm2；将涂布完成的极卷置于80℃真空烘箱搁置12h。图3中，集流体1幅宽B＝430mm，涂层2的宽度A＝400mm。

将烘干后极卷经分切机分切，按照VDA尺寸用模切机模切后，选择直径300mm的对辊按设计压实密度3.65g/cm3进行辊压。辊缝：130μm，压力30Mpa，速度2m/min。

对辊压后极片进行制片、修剪去除毛刺，完成合格电极片制备。

本方法制得的电极片结构如图3和图4，辊压后集流体没有褶皱、涂层平整，连续生产条件下可获得高负载量，面密度52mg/cm2以上(双面)高压实密度3.6mg/cm3(发挥材料压实极限)极片。

对比例

参见图1，采用传统工艺制备锂离子电池正极极片：先将正极活性物质、导电剂SP、导电剂KS-6及PVDF按照一定比例配比(同实施例1)，加入到均质器混合，然后加入NMP混合至浆料粘度控制在5500±500mpa·s、固含量在65％—75％之间、细度控制在＜30μm。

将混合好的浆料均匀涂布在厚度12μm普通铝箔集流体上，为后续工艺的成功实现将涂布面密度调整为19mg/cm2,将涂布完成极卷置于80℃真空烘箱搁置12h。

为保证辊压工艺的实现将压实密度调整为3.15g/cm3进行辊压，分切机分切，模切机模切，完成合格电极片制备。如果提高密度至3.3g/cm3，则无法连续生产。

实施例2：

先将正极活性物质(镍钴铝三元正极材料)、导电剂SP、导电剂KS-6及PVDF按照实施例1同样比例配比，加入到均质器混合，然后加入NMP混合至浆料粘度控制在5500±500mpa·s、固含量在65％—75％之间、细度控制在＜30μm。

将混合好的浆料均匀涂布在厚度12μm普通铝箔集流体上，铝箔的拉伸强度为180Mpa。单面的涂布面密度为26mg/cm2，涂布为双面,将涂布完成的极卷置于80℃真空烘箱搁置12h。

将烘干后极卷经分切机分切，按照VDA尺寸模切机模切后，选择直径400mm的对辊按设计压实密度3.55g/cm3进行辊压。辊缝：140μm，压力30Mpa，速度2m/min。可实现连续生产。

对辊压后极片进行制片，裁切至既定规格尺寸，去除毛刺，完成合格电极片制备。

本发明的高能量密度锂离子电池电极片制备工艺将辊压工序调整至分切、模切之后，极大的改善了极片辊压过程中由于涂布料层延展所致集流体表面应力释放不均匀的问题。避免传统工艺制备高负载量、高压实密度电极片工艺流程中断甚至无法进行的问题，同时避免了制得极片合格率不高的问题，避免了更换高强度集流体带来的成本增加问题。极大提升了工作效率，降低工艺成本，为获得高负载量、高压实密度电极片提供支持。

以上的实例仅仅是对本发明的具体实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，本领域技术人员在现有技术的基础上还可做多种修改和变化，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：

1.一种高负载量高压实密度锂离子电池极片制备方法，其特征在于，包括步骤：

将涂布后的高负载量电极片依次进行分切、模切工序，然后再进行辊压工序，得到高压实密度的电极片。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高负载量电极片的单面涂布密度为19-26mg/cm2，在集流体的单面或两面涂布电极活性物质，电极活性物质涂布的宽度为集流体宽度的90-96％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述辊压工序控制极片的压实密度为3.2-3.65g/cm3。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，涂布电极片的集流体为铝箔，所述铝箔的拉伸强度在160Mpa-190Mpa之间。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，涂布完成的极卷置于75-85℃下干燥10-15h后分切；所述分切工序采用锂离子电池分切机，在80-120m/min速度下使用2-8kgf以下的张力进行控制。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述模切工序采用全自动锂离子电池极片连续模切机模切，电极片用极卷放卷滚轴、传送带和模切模具固定。

7.根据权利要求1所述的极片制备方法，其特征在于，所述辊压工序采用辊径为φ300、φ400、φ500的中的一种对辊进行辊压。

8.根据权利要求7所述的极片制备方法，其特征在于，模切的极片采用VDA尺寸，辊压时辊间距为120-160μm，压力30MPa，速度2m/min。

9.权利要求1-8任一项所述制备方法得到的电极片。

技术总结

本发明提供一种高负载量高压实密度锂离子电池极片制备方法，包括步骤：将涂布后的高负载量电极片依次进行分切、模切工序，然后再进行辊压工序，得到高压实密度的电极片。本发明提出的制备方法，调整高压实密度电极片工艺顺序为分切、模切、辊压。本方法使锂离子电池具有更高的负载量、更高的压实密度、采用普通集流体具有更低的成本、解决辊压极卷断裂问题提高效率。

技术研发人员：魏得勋;刘源;王曦;张强;李翔;庞静;卢世刚

受保护的技术使用者：国联汽车动力电池研究院有限责任公司

技术研发日：2017.11.27

技术公布日：2018.06.01