CN108258186B - 一种锂离子电池极片的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锂离子电池极片的制备方法，其包括以下步骤：1)将流态的电极浆料冷冻成固态的电极浆料；2)将固态的电极浆料加工成电极浆料片；3)将电极浆料片粘结到集流体上，得到电池极片半成品；4)将电池极片半成品进行冷冻；5)将电池极片半成品送入真空冷冻环境中保存；6)从真空冷冻环境中取出电池极片，完成干燥。本发明相较于现有技术可以有效的减少极片气泡缺陷、降低能耗、降低集流体氧化对电芯性能的的干扰，提高极片质量和良品率。

Description

一种锂离子电池极片的制备方法

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池极片的干燥方法，具体而言，涉及一种锂离子电池极片的制备方法。

背景技术

电池浆料涂覆是继制备浆料完成后的下一道工序，此工序主要目的是将稳定性好、粘度好、流动性好的浆料均匀地涂覆在正负极集流体上，再通过干燥除去浆料中溶剂，极片制造对锂电池具有重要的意义。

在国内锂电池极片的生产中，干燥最常用的是鼓热风加热，所谓的鼓热风就是利用鼓出来的热空气不间断的对锂电池极片干燥，极片经过烘箱快速干燥时。由于烘箱温度高，溶剂蒸发迅速，涂层内容易形成蒸汽气泡，气泡破裂，在极片上形成白色圆斑，此处活物质涂层较薄，在电池充放电过程中也最易造成微短路。

同时，高温干燥过程还会加速集流体的氧化，集流体表面形成的氧化物是绝缘体，会导致电芯内阻升高，因为干燥温度一般高于溶剂沸点，此种干燥方式加热不但非常的耗时，而且非常耗能。

发明内容

鉴于此，本发明提供了本发明提供了一种可以有效提高极片质量和良品率的锂离子电池极片的制备方法。

本发明提供了一种锂离子电池极片的制备方法，其包括以下步骤：

1)将流态的电极浆料冷冻成固态的电极浆料；

2)将固态的电极浆料加工成电极浆料片；

3)将电极浆料片粘结到集流体上，得到电池极片半成品；

4)将电池极片半成品进行冷冻；

5)将电池极片半成品送入真空冷冻环境中保存；

6)从真空冷冻环境中取出电池极片，完成干燥。

进一步地，上述电池极片半成品在冷冻箱体内进行冷冻。

进一步地，上述电池极片半成品在0℃至-180℃的温度条件下完成冷冻。

进一步地，上述电池极片半成品冷冻0.1-1小时。

进一步地，上述真空环境通过真空泵实现。

进一步地，上述真空环境的真空度为-0.1bar至-1bar。

进一步地，上述电池极片半成品在真空冷冻环境下保存1-50小时。

进一步地，上述流态的电极浆料在真空环境下搅拌后再冷冻成固态的电极浆料。

进一步地，上述流态的电极浆料冷冻成电极浆料块，电极浆料块加工成电极浆料片。

进一步地，上述电极浆料块通过切割机切割成电极浆料片。

进一步地，上述电极浆料片通过导电胶粘结到集流体上。

本发明所提供的一种锂离子电池极片的制备方法，首先将流态的电极浆料在真空状态下充分搅拌均匀，之后急速冷冻成电极浆料片，具体可以为先冷冻成块状，然后采用精密切割机在低温下将凝固的块体浆料切割成片状，之后将电极浆料片通过导电胶等粘接物质粘在集流体上，放入冻干机冻干，即可得到电极片；其中，电极浆料在低温环境下发生凝固固化，在电极浆料凝固固化之后，对低温环境抽真空保存，根据压力减小、沸点下降的物理原理，只要环境内气体压力在三相点压力之下，物料中的溶剂则可不经过液相而直接升华为汽相；根据这个原理，在适当的真空环境下，将固态溶剂直接转化为蒸汽而除去，从而使极片得到干燥；

因而，利用上述的原理，本发明相较于现有技术主要具有以下优点：

1)有效地减少极片表面因溶剂蒸发迅速而引起的气泡，从而防止因气泡破裂而造成的极片缺陷和电池微短路等现象；

2)由于固体成份被在其位子上的固体溶剂分子支持着，从而使得干燥过程中极片的涂层结构不会被破坏；

3)在固体溶剂升华时，会留下孔隙，为之后的锂离子提供丰富的迁移通道，便于锂离子的通过，从而可以利用降低电池的内阻，提高充电量，延长电池的使用时长，解决传统干燥方式中的耗时耗能的问题。

另外，本发明所提供的一种锂离子电池极片的制备方法还特别适合低温环境中实施，例如我国北方冬季气温最低可到-50℃，该温度完全满足本专利要求的环境温度，利用我国北方地区冬季严寒气温生产锂离子电池负极极片，方法简单，节约能耗成本，适合于量产。

具体实施方式

下面将更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例一：

准备流态的电极浆料：

流态的电极浆料具体可以包括活性物质、导电剂、流平剂、溶剂和高分子聚合物，将活性物质、导电剂、流平剂和粘结剂和溶剂混合搅拌均匀形成的浆料；活性物质为天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、硅粉、硅碳复合物、碳材料、含锂化合物中的一种或多种的复合物；导电剂为碳纳米管、炭黑、石墨烯、石墨粉、碳纤维、碳材料、金属粉末中的一种或多种的复合物；流平剂为表面活性剂、聚丙烯酸、羧甲基纤维素、表面活性剂、丙烯酸类化合物、有机硅类化合物和氟碳化合物类中的一种或多种的复合物。

本实施例一中，具体为：取94份天然石墨负极材料、4份超导电炭黑(SP)，3份粘结剂和90份溶剂(水)放入匀浆机进行搅拌混合成均匀的电极浆料；

开始干燥步骤：

1)将搅拌均匀的电极浆料放入低温箱，将箱体温度提前30分钟设置成-20℃，在30分钟冷冻过程后，电极浆料凝固成块体；

2)采用精密切割机将块体切割成200μm厚的薄片；

3)采用导电银浆将该薄片粘10μm厚的铜箔上；其中，导电银浆(导电胶)为液态类导电胶、固态类导电胶中的一种或多种的组合；

4)将粘好的极片(电池极片半成品)放入密闭低温箱，设置低温箱温度为-20℃；

5)启动真空泵将箱内抽至真空度-0.8bar(大气压1bar)，同时保持箱内温度为-20℃，保存经过24小时；

6)从真空冷冻环境中取出电池极片，完成干燥。

其他实施例：

其他实施例的大部分内容与上述实施例相同，不同之处主要在于冷冻温度、冷冻时间、真空度以及真空保存时间的区别，具体如下表所示。

实施例	冷冻温度	冷冻时间	真空度	真空保存时间
					2	-130	30分钟	-0.8bar	24小时
3	-20	60分钟	-0.8bar	24小时
					4	-20	30分钟	-0.5bar	24小时
5	-20	30分钟	-0.8bar	40小时

对比例：

准备实施例一所述的电极浆料。

开始干燥步骤：

1)采用转移式涂布机进行涂覆在10μm厚的铜箔上，设置涂覆的浆料厚度250μm；

2)将涂好的极片(电池极片半成品)平放在平整抛光的不锈钢钢板上，连同不锈钢钢板放入高温箱体烘干，将箱体温度提前30分钟设置成120℃。

为了验证技术效果，在此附上上述各实施例和对比例在具体实验中所体现出的数据，具体如下表所示。

综上，本具体实施方式中所提供的一种锂离子电池极片的制备方法，首先将流态的电极浆料在真空状态下充分搅拌均匀，之后急速冷冻成电极浆料片，具体可以为先冷冻成块状，然后采用精密切割机在低温下将凝固的块体浆料切割成片状，之后将电极浆料片通过导电胶等粘接物质粘在集流体上，放入冻干机冻干，即可得到电极片；其中，电极浆料在低温环境下发生凝固固化，在电极浆料凝固固化之后，对低温环境抽真空保存，根据压力减小、沸点下降的物理原理，只要环境内气体压力在三相点压力之下，物料中的溶剂则可不经过液相而直接升华为汽相；根据这个原理，在适当的真空环境下，将固态溶剂直接转化为蒸汽而除去，从而使极片得到干燥；

因而，利用上述的原理，本具体实施方式中所提供的一种锂离子电池极片的制备方法相较于现有技术主要具有以下优点：

1)有效地减少极片表面因溶剂蒸发迅速而引起的气泡，从而防止因气泡破裂而造成的极片缺陷和电池微短路等现象；

2)由于固体成份被在其位子上的固体溶剂分子支持着，从而使得干燥过程中极片的涂层结构不会被破坏；

3)在固体溶剂升华时，会留下孔隙，为之后的锂离子提供丰富的迁移通道，便于锂离子的通过，从而可以利用降低电池的内阻，提高充电量，延长电池的使用时长，解决传统干燥方式中的耗时耗能的问题。

另外，本具体实施方式中所提供的一种锂离子电池极片的制备方法还特别适合低温环境中实施，例如我国北方冬季气温最低可到-50℃，该温度完全满足本专利要求的环境温度，利用我国北方地区冬季严寒气温生产锂离子电池负极极片，方法简单，节约能耗成本，适合于量产。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将流态的电极浆料在真空环境下搅拌后再冷冻成固态的电极浆料;

2)将所述固态的电极浆料加工成电极浆料片；

3)将所述电极浆料片通过导电胶粘结到集流体上，得到电池极片半成品；

4)将所述电池极片半成品进行冷冻, 所述电池极片半成品在0℃至-180℃的温度条件下完成冷冻, 所述电池极片半成品冷冻0.1-1小时；

5)将步骤4）冷冻后的电池极片半成品送入真空冷冻环境中保存, 所述真空冷冻环境的真空度为-0.1bar至-1bar，所述电池极片半成品在所述真空冷冻环境下保存1-50小时；

6)从所述真空冷冻环境中取出所述电池极片半成品,完成干燥。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，步骤4）中，所述电池极片半成品在冷冻箱体内进行冷冻。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，所述真空冷冻环境通过真空泵实现真空。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，所述流态的电极浆料冷冻成电极浆料块，所述电极浆料块加工成所述电极浆料片。

5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，所述电极浆料块通过切割机切割成所述电极浆料片。