CN102299300A - 一种高倍率型锂离子电池负极极片的制作方法 - Google Patents

一种高倍率型锂离子电池负极极片的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公共一种高倍率型锂离子电池负极极片的制作方法，包括如下步骤：取人造石墨、炭黑、羧甲基纤维素、丁苯胶乳液在真空度条件下烘干、冷却，将羧甲基纤维素倒入去离子水中搅拌溶解，再将碳黑、人造石墨和丁苯胶乳液倒入溶解好的溶液中制成浆料；将浆料涂覆在铝箔表面，通过烘箱将去离子水挥发后烘干；将聚乙烯吡咯烷酮加入无水乙醇搅拌溶解制成溶液；在涂敷有浆料的极片上涂覆溶液，在真空度条件下烘烤、冷却后，用轧机将极片压制成负极片。本发明方法制得的极片具有浮粉少、极片表面光滑无毛刺、高倍率放电性能好和可靠性高的特点，而且操作方法简单易行，电池装配合格率高，用该极片制作的锂离子电池适合作为电动工具和电动自行车驱动电源使用。

Description

一种高倍率型锂离子电池负极极片的制作方法
技术领域
本发明涉及一种高倍率型锂离子电池负极极片的制作方法，使用该极片制作的电池具有短路率低，安全性能高的特点。
背景技术
锂离子电池由于其电化学反应特点，所用的隔膜通常在18-40μm之间，而电池正负极极片的材料，以正极为镍钴锰酸锂，负极为人造石墨的圆柱形电池为例，其正极的D50粒径通常在5-10μm，D90粒径在20μm以上。负极的D50粒径通常在15-25μm。作为高倍率放电的锂离子电池，通常需要用较薄的隔膜来降低电池内阻实现高倍率放电性能，且极片面积较大，所用隔膜通常低于25μm，基于以上数据对比，常规的负极片粉尘或者正粒较大的正极片粉尘就很容易刺穿电池隔膜造成电池的短路和微短路，而面积较大的极片更是增加了短路的几率。
发明内容
本发明的目的是提供一种高倍率型锂离子电池负极极片的制作方法，该方法通过对于极片表面进行包覆，形成一层可以通过锂离子又能阻止极片粉尘刺穿隔膜引起短路的包覆层，来降低电池微短路的风险，提高电池的安全性能。
按照本发明提供的技术方案，一种高倍率型锂离子电池负极极片的制作方法，包括如下步骤：其配方比例按重量份数计：
a、以人造石墨为负极活性物质，炭黑为导电剂，羧甲基纤维素为增稠剂，丁苯胶为粘结剂，人造石墨为：89～95份；炭黑为：1～5份，羧甲基纤维素为：0.5～3份，质量浓度为40％的丁苯胶乳液(市售常规产品)为：1～3份；
b、将步骤a中的固体物质在小于或等于-0.095MPa的真空度条件下烘烤2～4小时，烘烤温度为80～120℃；将烘烤后的固体物质冷却至21～25℃，取去离子水作为溶剂，将羧甲基纤维素倒入去离子水中，去离子水与全部固体物质的重量比为0.5～1.2∶1，在小于或等于-0.095MPa的真空度条件下搅拌1～5小时使其充分溶解，再将碳黑、人造石墨和丁苯胶乳液倒入溶解好的溶液中，在小于或等于-0.095MPa的真空度条件下搅拌5～10小时，制成黏度为1500～6500Pa·s的浆料；
c、取厚度为10～25um的铜箔，将步骤b得到的浆料涂覆在铝箔表面，涂覆在铝箔表面的浆料极片面密度为100～300g/cm2，涂覆好的极片通过烘箱将去离子水挥发后烘干，烘干温度60～100℃；
d、将聚乙烯吡咯烷酮为：0.5～5份，加入无水乙醇为：95～99.5份中，在常温常压下搅拌溶解制成溶液；
e、在步骤c得到的涂敷有浆料的极片上涂覆一层步骤d制得的溶液，涂覆厚度2～8μm，极片表面用常温空气吹干；再在小于或等于-0.095MPa的真空度条件下用80～120℃烘烤8～20小时，冷却后用φ500的轧机将极片压成厚度80～200μm，制成负极片。
作为本发明的进一步改进，所述步骤c中得到的涂敷有浆料的极板上涂覆一层步骤d制得的溶液，d溶液的质量浓度为0.5～5％。
本发明方法制得的锂离子电池极片具有浮粉少、极片表面光滑无毛刺、高倍率放电性能好和可靠性高的特点，而且操作方法简单易行，电池装配合格率高，用该极片制作的锂离子电池适合作为电动工具和电动自行车驱动电源使用。
附图说明
图1是本发明实施例做成电池15C倍率循环性能图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：本发明一种高倍率型锂离子电池负极极片的制作方法，包括如下步骤：其配方比例按重量份数计：
a、以人造石墨为负极活性物质，炭黑为导电剂，羧甲基纤维素为增稠剂，丁苯胶为粘结剂，人造石墨为92份，炭黑为3份，羧甲基纤维素为2份，质量浓度为40％的丁苯胶乳液为2份；
b、将步骤a中的固体粉料在小于或等于-0.095MPa的真空度条件下烘烤2小时，烘烤温度为120℃；将烘烤后的固体粉料冷却至21℃，取去离子水作为溶剂，将羧甲基纤维素倒入去离子水中，去离子水与全部固体粉料的重量比为1.1∶1，在小于或等于-0.095MPa的真空度条件下搅拌2小时使其充分溶解，再将碳黑、人造石墨和丁苯胶乳液倒入溶解好的溶液中，在小于或等于-0.095MPa的真空度条件下搅拌8小时，制成黏度为2500Pa·s的浆料；
c、取厚度为15um的铜箔，将步骤b得到的浆料涂覆在铝箔表面，涂覆在铜箔表面的浆料极板面密度为120g/cm2，涂覆好的极片通过烘箱将去离子水挥发后烘干，烘干温度80℃；
d、将聚乙烯吡咯烷酮为：2份，加入无水乙醇为：98份中，在常温常压下搅拌溶解制成溶液，溶液的质量浓度为98％。
e、在步骤c得到的涂敷有浆料的极片上涂覆一层步骤d制得的溶液，涂覆密度5μm，极片表面用常温空气吹干；再在小于或等于-0.095MPa的真空度条件下用100℃烘烤12小时，冷却后用φ500的轧机将极片压成厚度90μm，制成负极片。
所得极片用厚度为20μm的聚丙烯隔膜作为电池隔膜，卷绕组装为18650型电池，卷绕短路率统计数据如表1所示。
表1
 类型   卷绕数   短路数   短路率
 实施例1   2000   31   1.55％
将电池充电30％额定容量，搁置24h后测得开路电压3.65至3.70V，在常温下搁置6个月后，再测量电池电压，电压降大于30mV为不良，搁置后低电压统计数据如表2所示。
表2
 类型   总数   电压降大于30mV   不良率
 实施例1   1900   64   3.4％
实施例2：本发明一种高倍率型锂离子电池负极极片的制作方法，包括如下步骤：其配方比例按重量份数计：
a、以人造石墨为负极活性物质，炭黑为导电剂，羧甲基纤维素为增稠剂，丁苯胶为粘结剂，人造石墨为89份，炭黑为5份，羧甲基纤维素为3份，质量浓度为40％的丁苯胶乳液为3份；
b、将步骤a中的固体物质在小于或等于-0.095MPa的真空度条件下烘烤4小时，烘烤温度为80℃；将烘烤后的固体物质冷却至23℃，取去离子水作为溶剂，将羧甲基纤维素倒入去离子水中，去离子水与全部固体粉料的重量比为1.2∶1，在小于或等于-0.095MPa的真空度条件下搅拌5小时使其充分溶解，再将碳黑、人造石墨和丁苯胶乳液倒入溶解好的溶液中，在小于或等于-0.095MPa的真空度条件下搅拌5小时，制成黏度为1500Pa·s的浆料；
c、取厚度为1Oum的铜箔，将步骤f得到的浆料涂在铝箔表面，涂在铜箔表面的浆料极板面密度为100g/cm2，涂覆好的极片通过烘箱将去离子水挥发后烘干，烘干温度100℃；
d、将聚乙烯吡咯烷酮为：0.5份，加入无水乙醇为：99.5份中，在常温常压下搅拌溶解制成溶液；溶液的质量浓度为0.5～5％。
e、在步骤c得到的涂敷有浆料的极片上涂覆一层步骤d制得的溶液，涂覆厚度2μm，极片表面用常温空气吹干。再在小于或等于-0.095MPa的真空度条件下用120℃烘烤8小时，冷却后用φ500的轧机将极片压成厚度80μm，制成负极片。
所得极片用厚度为20μm的聚丙烯隔膜作为电池隔膜，卷绕组装为18650型电池，卷绕短路率统计数据如表3所示。
表3
 类型   卷绕数   短路数   短路率
 实施例2   2000   15   0.75％
将电池充电30％额定容量，搁置24h后测得开路电压3.65至3.70V，在常温下搁置6个月后，再测量电池电压，电压降大于30mV为不良，搁置后低电压统计数据如表4所示。
表4
 类型   总数   电压降大于30mV   不良率
 实施例2   1900   25   1.3％
实施例3：本发明一种高倍率型锂离子电池负极极片的制作方法，包括如下步骤：其配方比例按重量份数计：
a、以人造石墨为负极活性物质，炭黑为导电剂，羧甲基纤维素为增稠剂，丁苯胶为粘结剂，人造石墨为95份，炭黑为1份，羧甲基纤维素为1份，质量浓度为40％的丁苯胶乳液为3份；
b、将步骤a中的固体物质在小于或等于-0.095MPa的真空度条件下烘烤3小时，烘烤温度为100℃；将烘烤后的固体物质冷却至25℃，取去离子水作为溶剂，将羧甲基纤维素倒入去离子水中，去离子水与全部固体粉料的重量比为0.5∶1，在小于或等于-0.095MPa的真空度条件下搅拌1小时使其充分溶解，再将碳黑、人造石墨和丁苯胶乳液倒入溶解好的溶液中，在小于或等于-0.095MPa的真空度条件下搅拌10小时，制成黏度为6500Pa·s的浆料；
c、取厚度为45um的铜箔，将步骤g得到的浆料涂在铝箔表面，涂在铜箔表面的浆料极板面密度为300g/cm2，涂覆好的极片通过烘箱将去离子水挥发后烘干，烘干温度120℃；
d、将聚乙烯吡咯烷酮为：5份，加入无水乙醇为：95份中，在常温常压下搅拌溶解制成溶液，溶液的质量浓度为5％；
e、在步骤c得到的涂敷有浆料的极片上涂覆一层步骤d制得的溶液，涂覆厚度8μm，极片表面用常温空气吹干。再在小于或等于-0.095MPa的真空度条件下用80℃烘烤20小时，冷却后用φ500的轧机将极片压成厚度200μm，制成负极片。
所得极片用厚度为20μm的聚丙烯隔膜作为电池隔膜，卷绕组装为18650型电池，卷绕短路率统计数据如表5所示。
表5
 类型   卷绕数   短路数   短路率
 实施例3   2000   12   0.6％
将电池充电30％额定容量，搁置24h后测得开路电压3.65至3.70V，在常温下搁置6个月后，再测量电池电压，电压降大于30mV为不良，搁置后低电压统计数据如表6所示。
表6
 类型   总数   电压降大于30mV   不良率
 实施例3   1900   21   1.1％
已有技术中，所得极片用厚度为20μm的聚丙烯隔膜作为电池隔膜，卷绕组装为18650型电池，卷绕短路率统计数据如表7所示。
表7
 类型   卷绕数   短路数   短路率
 比较例1   2000   52   2.6％
已有技术中，将电池充电30％额定容量，搁置24h后测得开路电压3.65至3.70V，在常温下搁置6个月后，再测量电池电压，电压降大于30mV为不良，搁置后低电压统计数据如表8所示。
表8
 类型   总数   电压降大于30mV   不良率
 比较例1   1900   102   5.4％
从以上实施例和对比表中可以看出，本发明的方法制成极片具有浮粉少、极片表面光滑无毛刺、高倍率放电性能好和可靠性高的特点，而且操作方法简单易行，电池装配合格率高。
本发明实施例中所采用的设备为常规设备，原材料为市场所购。真空搅拌机：由北京七星华创有限公司生产；涂布机：由深圳浩能自动化设备有限公司生产；黏度计：由美国Brookfield生产；真空烤箱：由深圳信宇人公司生产；轧机：由河北邢台纳格诺尔有限公司生产。

Claims (3)

1.一种高倍率型锂离子电池负极极片的制作方法，包括如下步骤：其配方比例按重量份数计：
a、以人造石墨为负极活性物质，炭黑为导电剂，羧甲基纤维素为增稠剂，丁苯胶为粘结剂，人造石墨为：85～95份；炭黑为：1～5份，羧甲基纤维素为：0.5～3份，丁苯胶乳液为：1～3份；
b、将步骤a中的固体物质在小于或等于-0.095MPa的真空度条件下烘烤2～4小时，烘烤温度为80～120℃；将烘烤后的固体物质冷却至21～25℃，将羧甲基纤维素倒入去离子水中，去离子水与步骤a中的固体物质重量比为0.5～1.2∶1，在小于或等于-0.095MPa的真空度条件下搅拌1～5小时使其充分溶解，再将碳黑、人造石墨和丁苯胶乳液倒入溶解好的溶液中，在小于或等于-0.095MPa的真空度条件下搅拌5～10小时，制成黏度为1500～6500Pa·s的浆料；
c、取厚度为10～25um的铜箔，将步骤b得到的浆料涂覆在铝箔表面，涂覆在铝箔表面的浆料极片面密度为100～300g/cm2，涂覆好的极片通过烘箱将去离子水挥发后烘干，烘干温度80～120℃；
d、将聚乙烯吡咯烷酮为：0.5～5份，加入无水乙醇为：95～99.5份中，在常温常压下搅拌溶解制成溶液；
e、在步骤c得到的涂敷有浆料的极片上涂覆一层步骤d制得的溶液，涂覆厚度2～8um，极片表面用常温空气吹干；再在小于或等于-0.095MPa的真空度条件下用80～120℃烘烤8～20小时，冷却后用轧机将极片压制成负极片。
2.如权利要求1所述的一种高倍率型锂离子电池负极极片的制作方法，其特征是：所述步骤d中制成溶液的质量浓度为0.5～5％。
3.如权利要求1所述的一种高倍率型锂离子电池负极极片的制作方法，其特征是：所述负极片厚度为80～200μm。
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