CN114824170B - 一种极片及其涂布方法、涂布装置 - Google Patents

一种极片及其涂布方法、涂布装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种极片及其涂布方法、涂布装置，包括：将活性浆料设置在加热并恒温的集流体的功能表面得到极片。本发明的涂布方法，由于具有一定温度的集流体能够调控活性浆料的粘度，因此该涂布方法能够实现各种粘度的活性浆料的应用；并且具有一定温度的集流体能够增加活性浆料与集流体的功能表面之间的粘附性，能够降低对涂布设备的精度要求，进而降低设备的维护保养费；同时，在涂布过程中，具有一定温度的集流体会促进活性浆料中溶剂的挥发，能够缩短涂布后的干燥时间。

Description

一种极片及其涂布方法、涂布装置
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种极片及其涂布方法、涂布装置。
背景技术
锂离子电池广泛应用于手机、笔记本电脑、电动汽车以及无人机等领域，具有广泛的应用前景。通常情况下，锂离子电池包括相对设置的正极片和负极片，正极片是通过将正极活性浆料涂布在正极集流体的功能表面形成的，负极片是通过将负极活性浆料涂布在负极集流体的功能表面形成的。正极片以及负极片的涂布方法会直接影响锂离子电池的容量、安全性能以及使用寿命。
目前常用的极片涂布方法为挤压式涂布，挤压式涂布方法虽然具有适合量产、得到的极片的表面涂层均匀、边缘平整度高的优点，但是适用于挤压式涂布方法的活性浆料的粘度范围较窄，而且现有的挤压式涂布方法对模头的精度要求高，模头的维护保养费用高，涂布后需要较长的干燥时间。
发明内容
本发明提供的极片的涂布方法，能够实现各种粘度的活性浆料的应用、降低设备的维护保养费用以及降低涂布后的干燥时间。
本发明提供一种用于实施上述极片的涂布方法的涂布装置，该涂布装置适用于各种粘度的活性浆料的应用、维护保养费用较低以及涂布后的干燥时间较短。
本发明提供一种极片，该极片使用上述的涂布方法得到，所以活性浆料形成的活性层具有面密度一致性好的特点。
本发明提供一种极片的涂布方法，包括以下步骤：
将活性浆料设置在加热并恒温的集流体的功能表面得到极片。
如上所述的涂布方法，其中，使用高频电机对所述集流体进行加热。
如上所述的涂布方法，其中，所述活性浆料的温度为25-100℃。
如上所述的涂布方法，其中，所述恒温的温度为50-300℃。
如上所述的涂布方法，其中，还包括，将活性浆料设置在加热并恒温的集流体的功能表面，对设置有活性浆料的集流体进行干燥处理得到极片。
如上所述的涂布方法，其中，所述干燥处理的时间为0.5-2min。
本发明还提供一种用于实施如上所述的极片的涂布方法的涂布装置，包括涂布单元以及加热单元；
所述加热单元用于为待涂布的集流体进行加热并保温，所述涂布单元用于将活性浆料设置于待涂布的集流体的功能表面得到所述极片。
如上所述的涂布装置，其中，还包括干燥单元，
所述干燥单元用于对设置有活性浆料的集流体进行干燥处理得到极片。
如上所述的涂布装置，其中，还包括传送单元，所述传送单元用于传送集流体。
本发明还提供一种极片，根据如上所述的涂布方法得到。
本发明提供一种极片的涂布方法，包括：将活性浆料设置在加热并恒温的集流体的功能表面得到极片。本发明的涂布方法，由于具有一定温度的集流体能够调控活性浆料的粘度，因此该涂布方法能够实现各种粘度的活性浆料的应用；并且具有一定温度的集流体能够增加活性浆料与集流体的功能表面之间的粘附性，能够降低对涂布设备的精度要求，进而降低设备的维护保养费；同时，在涂布过程中，具有一定温度的集流体会促进活性浆料中溶剂的挥发，能够缩短涂布后的干燥时间。
本发明提供一种用于实施上述极片的涂布方法的涂布装置，该涂布装置能够将各种粘度的活性浆料涂布于待涂布的集流体的功能表面，然后经过较短的干燥时间便能够得到极片，并且该涂布装置的维护保养费用较低。
本发明提供一种极片，使用上述的涂布方法涂布得到，在涂布过程中，对集流体进行加热并恒温，较高温度的集流体会为活性浆料提供足够的热能，加速活性浆料中溶剂的扩散，使活性浆料进行超短结晶形成活性层，提高活性层的面密度一致性；同时由于集流体具有一定的温度，所以该集流体能够保持优异的达因值，能够提高活性浆料与集流体之间的浸润性，使活性浆料形成的活性层与集流体之间结合的更稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面对本发明实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一些实施方式中涂布装置的结构示意图；
图2为本发明一些实施方式中极片的形成过程示意图。
附图标记说明：
1：涂布单元；
2：加热单元；
3：集流体；
4：活性浆料；
5：活性层；
6：溶剂。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的第一方面提供一种极片的涂布方法，包括以下步骤：
将活性浆料设置在加热并恒温的集流体的功能表面得到极片。
本发明对活性浆料不做特别限定，活性浆料可以为本领域常用的正极活性浆料，也可以为本领域常用的负极活性浆料。能够理解，使用正极浆料能够得到正极片，使用负极浆料能够得到负极片。
本发明对集流体不做特别限定，集流体可以为本领域常用的正极集流体，也可以为本领域常用的负极集流体。集流体的功能表面指的是集流体中面积最大且相对设置的两个表面。
本发明中，将活性浆料设置在集流体的功能表面之上便能够得到极片。活性浆料可以设置在集流体的一个功能表面，也可以设置在集流体的两个功能表面。
本发明在将活性浆料设置在集流体的过程中，由于集流体保持加热且恒温态，因此能够促进活性浆料中溶剂的挥发，缩短活性浆料转变为活性层的时间，提高生产效率。
并且，在活性浆料的设置过程中，由于对集流体进行持续加热，所以有利于实现活性浆料粘度的调整，实现各种粘度的活性浆料的应用。尤其是对于粘度较小的活性浆料，在活性浆料的设置过程中，可以通过控制集流体的恒温温度而控制活性浆料中溶剂的挥发速度，从而得到合适的粘度的活性浆料，实现粘度较小的活性浆料的应用。
值得一提的是，在活性浆料的设置过程中，对集流体进行持续加热并恒温，能够使集流体具有优异的达因值，提高活性浆料于集流体之间的浸润性，使活性浆料于集流体的功能表面之间具有更为优异的粘附性，有利于降低对用于设置活性浆料的设备的精度要求，进而降低设备的维护保养费用，节约生产成本。尤其是，在设置活性浆料的过程中，不需要使用模头设置活性浆料，或者使用低精度的模头便能够实现活性浆料的设置，降低了对模头的维护保养费用。
本发明对加热方式不做特别限定，凡是能够对集流体进行持续加热并保温的加热方式都属于本发明的保护范围。
本发明中，可以固定集流体，将活性浆料沿集流体的延伸方向移动，同时将活性浆料设置于集流体的功能表面之上形成极片；也可以使集流体延其延伸方向运动，随着集流体的运动，同时将活性浆料设置于集流体的功能表面形成极片。本发明对活性浆料设置在集流体的功能表面的设置方式不做特别限定，可以选用本领域常用的设置方式，例如，设置方式可以为挤压、喷涂、凹版涂布、狭缝涂布和喷墨打印中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，使用高频电机对集流体进行加热。
本发明中，使用高频电机对集流体进行加热，高频电机能够产生高频电流，高频电流通过高频电机中的铜管会产生旋转电磁场，旋转磁场会对集流体进行做功产生热效应，加热集流体。使用高频电机对集流体进行加热能够使集流体的功能表面瞬间升温，提高加热效率。
在本发明的一些实施方式中，活性浆料的温度为25-100℃。
本发明中，可以将用于形成活性浆料的各配料按一定比例混合得到混合浆料，使混合浆料的温度符合上述的温度范围，形成活性浆料。
在涂布过程中，具有上述温度的活性浆料能够在集流体的功能表面进行超短结晶，得到面密度一致性较为优异的活性层。进一步地，为了加快活性浆料中的溶剂挥发，使活性浆料在集流体的功能表面更好的进行超短结晶，得到面密度一致性更为优异的活性层，活性浆料的温度为30-100℃。
在本发明的一些实施方式中，为了更进一步节约干燥时间，提高活性层的面密度一致性，集流体的恒温温度为50-300℃。
可以理解，当活性浆料的粘度较大时(例如，粘度大于10000mpa.s)，可以使集流体的恒温温度较低(例如，50℃)，以降低活性浆料的粘度；当活性浆料的粘度较小时(例如，粘度为3000-10000mpa.s)，可以使集流体的恒温温度较高(例如，300℃)以提高活性浆料的粘度。
在本发明的一些实施方式中，还包括，将活性浆料设置在加热并恒温的集流体的功能表面，对设置有活性浆料的集流体进行干燥处理得到极片。
可以理解，本发明的涂布方法包括，将活性浆料设置在加热并恒温的集流体的功能表面，得到设置有活性浆料的集流体，对设置有活性浆料的集流体进行干燥处理，得到极片。
本发明对干燥处理的具体方式不做特别限定，可以采用本领域常用的干燥方式，例如使用烘箱进行干燥处理。
本发明中，对设置有活性浆料的集流体进行干燥处理，能够更进一步的挥发活性浆料中的溶剂，降低极片中的含水率。
在本发明的一些实施方式中，干燥处理的时间为0.5-2min。
图1为本发明一些实施方式中的涂布装置的结构示意图，如图1所示，本发明的第二方面提供一种用于实施上述的极片的涂布方法的涂布装置，包括涂布单元1以及加热单元2；
加热单元2用于为待涂布的集流体3进行加热并保温，涂布单元1用于将活性浆料4设置于待涂布的集流体3的功能表面得到极片。
本发明对涂布单元1的具体结构不做特别限定，只要能够将活性浆料4涂布于待涂布的集流体3的功能表面即可，例如，涂布单元1可以为刮刀。
本发明对加热单元2不做特别限定，只要能够为待涂布的集流体3进行加热并保温即可，例如，加热单元2可以为高频电机。
图2为本发明一些实施方式中极片的形成过程示意图。如图2所示，加热单元2可以设置于待涂布的集流体3的一个功能表面一侧，用于为待涂布的集流体3进行加热并保温，涂布单元1可以设置在远离加热单元2的功能表面的一侧，涂布单元1沿x方向移动并且将活性浆料4设置于待涂布的集流体3的功能表面，当活性浆料4被涂布于集流体3的功能表面时，集流体3的温度会促进活性浆料4中的溶剂6挥发形成活性层5，涂布完成后便能够形成具有一个活性层5的极片。图2中，x方向为集流体3的延伸方向。
在本发明的一些实施方式中，当需要得到具有两个活性层5的极片时，将加热单元2设置于设置有活性层5的一侧进行加热并保温，涂布单元1设置在远离加热单元2的功能表面的一侧(未设置有活性层5的一侧)，涂布单元1沿x方向移动并且将活性浆料4设置于待涂布的集流体3的功能表面，当活性浆料4被涂布于集流体3的功能表面时，集流体3的温度会促进活性浆料4中的溶剂6挥发形成活性层5，涂布完成后便能够形成具有两个活性层5的极片。
本发明的涂布装置，能够对集流体3进行在线加热并保温，使集流体3具有一定的温度，由于具有一定温度的集流体3能够调节活性浆料4的粘度，因此该涂布装置能够适合各种粘度的活性浆料4的应用；并且具有一定温度的集流体3能够加速活性浆料4中溶剂的挥发，节约设置有活性浆料4的集流体3的干燥时间，提高生产效率；同时该涂布装置的结构简单，维护保养费用较低，有利于工业应用。
在本发明的一些实施方式中，涂布装置还包括干燥单元，
干燥单元用于对设置有活性浆料4的集流体3进行干燥处理得到极片。
本发明对干燥单元不做特别限定，只要能够对设置有活性浆料4的集流体3进行干燥处理即可，例如，干燥单元可以为烘箱。本发明中，由于涂布装置还包括干燥单元，能够更进一步的降低极片中的含水率，延长电池的使用寿命。
在本发明的一些实施方式中，为了提高生产效率，涂布装置还包括传送单元，传送单元用于传送集流体3。
本发明对传送单元不做特别限定，只要能够用于传送集流体3即可，例如，传送单元可以为传送带或传送辊。
本发明的第三方面提供一种极片，根据上述的涂布方法得到。
本发明的极片，使用上述的涂布方法涂布得到，在涂布过程中，对集流体进行加热并恒温，较高温度的集流体会为活性浆料提供足够的热能，加速活性浆料中溶剂的扩散，使活性浆料进行超短结晶形成面密度一致性更为优异的活性层；同时由于集流体具有一定的温度，所以该集流体能够保持优异的达因值，提高活性浆料与集流体之间的浸润性，进而使活性浆料形成的活性层与集流体之间结合的更稳定。
本发明的第四方面提供一种电化学装置，包含上述的极片。
本发明的电化学装置可以包括但不限于锂离子二次电池、锂一次电池、钠离子电池或镁离子电池。
在具体的实施方式中，本发明的电化学装置包括正极片、负极片、隔膜和电解液。其中正极片和/或负极片为上述的极片。
本发明对上述隔膜没有特别的限制，可以选用任意公知的具有电化学稳定性和化学稳定性的多孔结构隔膜，例如可以是玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯或聚偏二氟乙烯中的至少一种。隔膜可以使单层或多层。
本发明中，上述电解液包括有机溶剂和电解质盐。有机溶剂作为在电化学反应中传输离子的介质，可以采用本领域已知的用于电化学装置电解液的有机溶剂。电解质盐作为离子的供源，可以采用本领域已知的用于电化学装置电解液的电解质盐。
例如用于锂离子二次电池的有机溶剂，可以为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸丁烯酯(BC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、甲酸甲酯(MF)、乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、乙酸丙酯(PA)、丙酸甲酯(MP)、丙酸乙酯(EP)、丙酸丙酯(PP)、丁酸甲酯(MB)、丁酸乙酯(EB)、1,4-丁内酯(GBL)、环丁砜(SF)、二甲砜(MSM)、甲乙砜(EMS)、二乙砜(ESE)中的至少一种。在具体的实施方式中，可以选则上述有机溶剂中的两种以上。
例如用于锂离子二次电池的电解质盐，可以为六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、六氟锑酸锂(LiSbF6)、二氟磷酸锂(LiPF2O2)、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂(LiDTI)、双乙二酸硼酸锂(LiBOB)、三氟甲磺酸锂(LiTFS)、双(丙二酸)硼酸锂(LiBMB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、双(二氟丙二酸)硼酸锂(LiBDFMB)、(丙二酸草酸)硼酸锂(LiMOB)、(二氟丙二酸草酸)硼酸锂(LiDFMOB)、三(草酸)磷酸锂(LiTOP)、三(二氟丙二酸)磷酸锂(LiTDFMP)、四氟草酸磷酸锂(LiTFOP)、二氟二草酸磷酸锂(LiDFOP)、双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲烷磺酰亚氨锂(LiTFSI)、(氟磺酰)(三氟甲磺酰)亚氨锂(LiN(SO2F)(SO2CF3))、硝酸锂(LiNO3)、氟化锂(LiF)、LiN(SO2RF)2或LiN(SO2F)(SO2RF)中的至少一种，其中，RF＝CnF2n+1，n为2～10且为整数。
本发明的电化学装置由于包括上述极片，具有较为优异的循环性能和较长的使用寿命。
以下，将结合具体的实施例对本发明的方案进行进一步说明。
实施例1
本实施例的正极片通过以下方法制备得到：
使用刮刀将正极活性浆料设置于加热并恒温的铝箔的两个功能表面，得到正极片；
其中，正极活性浆料的组成为钴酸锂：导电剂1：导电剂2：粘结剂＝96％：1.8％：0.5％：1.7％，正极活性浆料的温度为80℃，正极活性浆料的粘度为4000mpa.s，铝箔恒温温度为200℃。
实施例2
本实施例的正极片通过以下方法制备得到：
使用刮刀将正极活性浆料设置于加热并恒温的铝箔的两个功能表面，得到正极片；
其中，正极活性浆料的组成为，钴酸锂：导电剂1：导电剂2：粘结剂＝96％：1.8％：0.5％：1.7％，正极活性浆料的温度为50℃，正极活性浆料的粘度为5000mpa.s，铝箔的恒温温度为200℃。
实施例3
本实施例的正极片通过以下方法制备得到：
使用刮刀将正极活性浆料设置于加热并恒温的铝箔的两个功能表面，对设置有正极活性浆料的集流体进行干燥处理，得到正极片；
其中，正极活性浆料的组成为钴酸锂：导电剂1：导电剂2：粘结剂＝96％：1.8％：0.5％：1.7％，正极活性浆料的温度为30℃，正极活性浆料的粘度为6000mpa.s，铝箔的恒温温度为200℃，干燥处理的时间约为1min。
实施例4
本实施例的负极片通过以下方法制备得到：
使用刮刀将负极活性浆料设置于加热并恒温的铜箔的两个功能表面，得到负极片；
其中，负极活性浆料的组成为石墨：导电剂1：导电剂2：粘结剂＝95.6％：1.0％：0.6％：2.8％，负极活性浆料的温度为50℃，负极活性浆料的粘度为6000mpa.s，铜箔的恒温温度为50℃。
对比例1
本对比例的正极片通过以下方法制备得到：
使用刮刀将正极活性浆料设置于铝箔的两个功能表面，对设置有正极活性浆料的集流体进行干燥处理，得到正极片；
其中，正极活性浆料的组成为钴酸锂/导电剂1/导电剂2/粘结剂/溶剂，正极活性浆料的温度为25℃，正极活性浆料的粘度为7000mpa.s，正极集流体恒温温度为25℃，干燥处理的时间约为3min。
对比例2
本对比例的负极片通过以下方法制备得到：
使用刮刀将负极活性浆料设置于铜箔的两个功能表面，对设置有负极活性浆料的集流体进行干燥处理，得到正极片；
其中，负极活性浆料的组成为石墨：导电剂1：导电剂2：粘结剂＝95.6％：1.0％：0.6％：2.8％，负极活性浆料的温度为25℃，负极活性浆料的粘度为7000mpa.s，负极集流体恒温温度为25℃，干燥处理的时间约为3min。
性能测试
对实施例和对比例的极片进行性能测试
1、极片失重率测试
对制备好的极片进行称重得到极片的初始重量，然后在120℃下烘烤极片烘烤时长30min，对烘烤后的极片进行称重，得到烘烤后极片的重量；
极片的失重率＝(极片的初始重量-烘烤后极片的重量)/极片的初始重量
本申请实施例中得到的极片的失重率不超过0.3％；对比例中得到的极片的失重率超过0.3％，可以得到本发明提供的极片的涂布方法，能够在较短的时间内实现极片的干燥。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种极片的涂布方法，其特征在于，包括以下步骤：
将活性浆料设置在加热并恒温的集流体的功能表面，对设置有活性浆料的集流体进行干燥处理得到极片；
使用高频电机对所述集流体进行加热；
所述活性浆料的温度为25-100℃；
所述恒温的温度为200-300℃；
所述干燥处理的时间为0.5-2min；
所述活性浆料的粘度为3000-10000mpa.s。
2.一种用于实施权利要求1所述的极片的涂布方法的涂布装置，其特征在于，包括涂布单元以及加热单元；
所述加热单元用于为待涂布的集流体进行加热并保温，所述涂布单元用于将活性浆料设置于待涂布的集流体的功能表面得到所述极片。
3.根据权利要求2所述的涂布装置，其特征在于，还包括干燥单元，
所述干燥单元用于对设置有活性浆料的集流体进行干燥处理得到极片。
4.根据权利要求2或3所述的涂布装置，其特征在于，还包括传送单元，所述传送单元用于传送集流体。
5.一种极片，其特征在于，根据权利要求1所述的涂布方法得到。
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