專利名稱：一種鋰電池電極極片的制備方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種二次電池電極極片的制備方法，更具體地說是關于一種一種鋰電池電極極片的制備方法。
背景技術：
隨著信息技術的蓬勃發(fā)展，以及對環(huán)保重視程度的不斷提高，鋰二次電池以其高能量密度、高電壓、體積小、重量輕、安全性好等優(yōu)點，近十年來獲得了巨大的發(fā)展，已成為通訊類電子產(chǎn)品的主要能源之一。
鋰離子電池包括電極片芯和非水電解液，所述電極片芯和非水電解液密封在電池殼體內(nèi)，所述電極片芯包括正極極片、負極極片及隔膜，正極極片、負極極片以及隔膜通過卷針卷繞而成。
現(xiàn)有技術中，正極極片的制備方法依次包括拉漿工序，滾軋工序，分切工序和切斷工序，其中，拉漿工序指在寬幅導電基體(集電體)上涂覆一種含有正極活性物質(zhì)和粘合劑的漿液，干燥。滾軋工序指將涂覆上活性物質(zhì)的導電基體進行滾軋，使涂覆上活性物質(zhì)形成致密的涂層。分切工序指在分切機中將滾軋后的極片分切成預定寬度。切斷工序指將分切后的極片切斷，使極片長度符合不同電池需要的工序。負極極片的制備方法除了將其中的正極活性物質(zhì)換為負極活性物質(zhì)之外，與正極極片的制備方法相同。
由于上述極片的制備方法中，拉漿、滾軋、分切和切斷可以形成一種連續(xù)生產(chǎn)線，自動化程度較高，因此，制備工作效率高，人工操作成本較低。所以，長久以來，鋰離子電池極片的制備方法已經(jīng)形成了這種固定的模式，基本上所有廠家均采用該方法制備鋰離子電池極片。
然而，上述方法存在一個無法解決的致命的缺點，即采用該方法制備的電極上存在大量的毛刺，這些毛刺在后續(xù)的卷繞以及制備電池的過程中極易刺破隔膜，從而導致電池短路，電池的短路率較高，大大降低了電池的合格率，從而增加了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)效率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術制備的鋰離子電池極片上存在大量的毛刺，導致電池的短路率較高的缺點，提供一種電池極片上毛刺較少，電池的短路率較低的鋰離子電池電極極片的制備方法。
本發(fā)明提供的鋰離子電池電極極片的制備方法包括拉漿工序，滾軋工序，分切工序和切斷工序，其中，在拉漿工序后，先進行分切工序，再進行滾軋工序。
采用本發(fā)明的方法可以大大減少鋰離子電池極片上存在的毛刺，減小毛刺的高度，從而可以大大降低電池短路率，提高電池的合格率。
圖1是采用本發(fā)明提供的方法制備的正極極片的掃描電鏡照片；圖2是采用現(xiàn)有技術制備的正極極片的掃描電鏡照片。
具體實施例方式
本發(fā)明提供的鋰離子電池電極極片的制備方法包括拉漿工序，滾軋工序，分切工序和切斷工序，其中，在拉漿工序后，先進行分切工序，再進行滾軋工序。
其中，電極極片可以是正極極片或負極極片。
所述拉漿工序可以采用現(xiàn)有的拉漿工序，即在寬幅導電基體(或叫做集電體)上涂覆一種含有活性物質(zhì)和粘合劑的漿液，干燥。在寬幅導電基體上涂覆含有活性物質(zhì)和粘合劑的漿液可以采用人工涂覆的方法，或者采用在拉漿機上涂覆的方法，優(yōu)選為在拉漿機上涂覆的方法。干燥的條件為本領域技術人員所公知，干燥的溫度一般為50-160℃，優(yōu)選80-150℃。
當所述電極極片為正極極片時，所述含有活性物質(zhì)和粘合劑的漿液指含有正極活性物質(zhì)和粘合劑的漿液，所述導電基體為適合用作鋰離子電池正極的導電基體。所述適合用作鋰離子電池正極的導電基體為本領域技術人員所公知，例如可以是鋁箔。所述正極活性物質(zhì)可以選自鋰二次電池常規(guī)的正極活性物質(zhì)，如LixNi1-yCoO2(其中，0.9≤x≤1.1，0≤y≤1.0)、LimMn2-nBnO2(其中，B為過渡金屬，0.9≤m≤1.1，0≤n≤1.0)、Li1+aMbMn2-bO4(其中，-0.1≤a≤0.2，0≤b≤1.0，M為鋰、硼、鎂、鋁、鈦、鉻、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、釔、氟、碘、硫元素中的一種)中的一種或幾種。所述粘合劑的種類和含量為本領域技術人員所公知，例如含氟樹脂和聚烯烴化合物如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡膠(SBR)中的一種或幾種。一般來說，所述含有正極活性物質(zhì)和粘合劑的漿液中正極活性物質(zhì)的含量為40-90重量％，優(yōu)選為50-85重量％；所述粘合劑的含量為正極活性物質(zhì)的0.01-8重量％，優(yōu)選為1-5重量％。
當所述電極極片為負極極片時，所述含有活性物質(zhì)和粘合劑的漿液指含有負極極活性物質(zhì)和粘合劑的漿液，所述導電基體為適合用作鋰離子電池負極的導電基體。所述適合用作鋰離子電池負極的導電基體為本領域技術人員所公知，例如可以選自銅泊。所述負極活性物質(zhì)可以選自鋰二次電池常規(guī)的負極活性物質(zhì)，如天然石墨、人造石墨、石油焦、有機裂解碳、中間相碳微球、碳纖維、錫合金、硅合金中的一種或幾種。所述粘合劑可以選自鋰二次電池常規(guī)的粘合劑，如含氟樹脂和聚烯烴化合物如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡膠(SBR)中的一種或幾種。一般來說，所述含有負極活性物質(zhì)和粘合劑的漿液中負極極活性物質(zhì)的含量為40-90重量％，優(yōu)選為50-85重量％；所述粘合劑的含量為負極活性物質(zhì)的0.01-8重量％，優(yōu)選為1-5重量％。所述含有負極活性物質(zhì)和粘合劑的漿液中還可以包括負極助劑，所述負極助劑的種類和含量為本領域技術人員所公知，例如，所述負極助劑可以選自導電劑，如乙炔黑、導電碳黑、導電石墨中的一種或幾種，其含量為負極活性物質(zhì)的0-15重量％，優(yōu)選為0-10重量％。
所述分切工序是指將涂覆上活性物質(zhì)的寬幅導電基體進行切割，切割的寬度使經(jīng)滾軋后得到的涂覆上活性物質(zhì)的導電基體的寬度適合用作鋰離子電池極片。一般來說，切割的寬度根據(jù)電池的大小，可以在很大范圍內(nèi)變動，如切割的寬度使經(jīng)滾軋后得到的涂覆上活性物質(zhì)的導電基體的寬度為10-200毫米，并且隨著技術的發(fā)展，可以更寬或更窄。所述分切的方法可以采用現(xiàn)有的任意的分切方法，如人工分切的方法或用分切機進行分切的方法。
所述滾軋工序指將使涂覆上的活性物質(zhì)形成致密的涂層。活性物質(zhì)致密的程度使活性物質(zhì)的密度符合電池的要求，活性物質(zhì)致密的程度為本領域技術人員所公知。根據(jù)電池的不同，滾軋后得到的涂覆上活性物質(zhì)的導電基體的厚度可以在很大范圍內(nèi)變動，對于現(xiàn)有的小型鋰離子電池來說，該厚度一般為0.08-0.15毫米。所述滾軋方法可以采用現(xiàn)有的任意的滾軋方法，如用滾軋機進行滾軋的方法。
所述切斷工序指將滾軋后的涂覆上活性物質(zhì)的導電基體切斷，使極片長度適合用作鋰離子電池極片。所述切斷的方法可以采用現(xiàn)有的任意的切斷的方法，如人工切斷的方法或用切斷機進行分切的方法。
按照本發(fā)明提供的方法制備的極片可以用作鋰離子電池的極片，包括正極極片和負極極片。將正極極片、隔膜、負極極片卷繞，置于電池殼內(nèi)，加入菲水電解液，密封就可以得到鋰離子電池。所述卷繞方法、隔膜、非水電解液的種類和用量、密封的方法為本領域技術人員所公知。
下面的實施例將對本發(fā)明作進一步說明。
本實例說明本發(fā)明提供的方法和含有本發(fā)明提供的方法制備的極片的鋰離子電池。
(1)正極極片的制備A100份重量正極活性物質(zhì)LiCoO2、4份重量粘接劑PVDF(聚偏二氟乙烯)、4份重量導電劑乙炔黑加入到40份重量NMP(N-甲基吡咯烷酮)中，然后在真空攪拌機中攪拌形成穩(wěn)定、均一的分散正極漿料。將該漿料用拉漿機均勻地涂布在寬幅鋁箔(寬為500毫米，厚度為0.2毫米)上，然后，120℃烘干，得到涂覆上正極活性物質(zhì)的寬幅極片。
B將得到的涂覆上正極活性物質(zhì)的寬幅極片分切成寬度為44毫米的窄極片。
C在輥軋機上輥軋，得到厚度為0.1毫米的窄極片。
D將(C)得到的滾軋后的涂覆上正極活性物質(zhì)的窄極片在切斷機上切斷，得到433×44×0.1毫米的的正極極片。正極極片上正極活性物質(zhì)LiCoO2的含量為7.5克。該極片長邊棱的中間部位的電子掃描電鏡照片(放大20倍)如圖1所示。
(2)負極極片的制備A100份重量負極活性物質(zhì)天然石墨、4份重量粘接劑PTFE(聚四氟乙烯)、4份重量導電劑炭黑加入到40份重量DMSO(二甲基亞砜)中，再加入0.3份重量分散劑(聚異丁烯丁二酰亞胺∶聚環(huán)氧乙烷醚＝1∶1)，然后在真空攪拌機中攪拌形成穩(wěn)定、均一的分散負極漿料。將該漿料用拉漿機均勻地涂布在寬幅銅箔(寬為500毫米，厚度為0.2毫米)上，然后，120℃烘干，得到涂覆上負極活性物質(zhì)的寬幅極片。
B將得到的涂覆上負極活性物質(zhì)的寬幅極片分切成寬度為45毫米的窄極片。
C在輥軋機上輥軋，得到厚度為0.1毫米的窄極片。
D將(C)得到的滾軋后的涂覆上負極極活性物質(zhì)的窄極片在切斷機上切斷，得到400×45×0.1毫米的負極極極片。負極極片上負極活性物質(zhì)天然石墨的含量為3.6克。
(3)電極片芯的制備將(1)和(2)制備的正極極片、負極極片和隔膜聚丙烯膜(厚度為0.01mm，出品)卷繞成電極片芯。
(4)電池的裝配將LiPF6與EC及DMC配置成LiPF6濃度為1摩爾/升的溶液(EC/DMC的體積比為1∶1。EC為碳酸乙烯酯，DMC為碳酸二甲酯)，得到非水電解液，非水電解液的用量為2.2克/只。將(3)得到的電極片芯置于5×34×50毫米的方形電池殼內(nèi)，注入上述非水電解液，密封制成鋰離子電池。共制備20000個同樣的電池。
對比例1本對比例說明現(xiàn)有電極極片的制備方法和包括該極片的鋰離子電池。
按照實例1的方法制備極片和鋰離子電池，不同的只是，正極極片和負極極片的制備過程中，C和B順序顛倒。正極極片長邊棱的中間部位的電子掃描電鏡照片(放大20倍)如圖2所示。共制備20000個同樣的電池。
實例2下面的實例說明本發(fā)明提供的電池的短路率。
對實例1-4制備的電池的短路率進行了測定。測定方法為采用萬用表測電池內(nèi)阻，內(nèi)阻小于20兆歐的電池為短路電池，分揀出20000個電池中發(fā)生短路的電池，然后，將發(fā)生短路的電池拆開，分析其發(fā)生短路的原因，得到由于極片毛刺刺穿隔膜造成電池內(nèi)部短路的電池的個數(shù)。結果如下實例1制備的20000個電池的短路率為0.01％。其中，短路率指由于極片毛刺刺穿隔膜造成電池內(nèi)部短路的短路率，即短路率＝由于極片毛刺刺穿隔膜造成電池內(nèi)部短路的電池個數(shù)/20000。
對比例2本對比例說明包括采用現(xiàn)有方法制備的電極極片的鋰離子電池的短路率。
按實例2的方法測定對比例1制備的20000個電池的短路率，其短路率為0.05％。
圖1和2的結果表明，采用本發(fā)明提供的方法制備的電極極片上，毛刺的大小和數(shù)量均得到明顯降低，電極極片的表面更加平滑。實例2和對比例2的結果表明，與包括采用現(xiàn)有方法制備的電極極片的鋰離子電池相比，包括采用本發(fā)明提供的方法制備的電極極片的電池的短路率降低了80％。采用本發(fā)明的方法，在不增加操作步驟，不明顯改變操作條件，只是變化了現(xiàn)有技術中分切和滾軋的次序的情況下，就使得的由于極片毛刺刺穿隔膜造成的電池短路率得到大大降低，這對于本領域技術人員來說，完全出乎意料之外。
權利要求
1.一種鋰電池電極極片的制備方法，該方法包括拉漿工序，滾軋工序，分切工序和切斷工序，其特征在于，在拉漿工序后，先進行分切工序，再進行滾軋工序。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述拉漿工序指在寬幅導電基體上涂覆一種含有活性物質(zhì)和粘合劑的漿液，干燥；所述分切工序是指將涂覆上活性物質(zhì)的寬幅導電基體進行切割，切割的寬度使涂覆上活性物質(zhì)的導電基體的寬度適合用作鋰離子電池極片；所述滾軋工序指將涂覆上活性物質(zhì)的導電基體進行滾軋，使涂覆上的活性物質(zhì)形成致密的涂層；所述切斷工序指將分切后的涂覆上活性物質(zhì)的導電基體切斷，使極片長度適合用作鋰離子電池極片。
全文摘要
一種鋰電池電極極片的制備方法，該方法包括拉漿工序，滾軋工序，分切工序和切斷工序，其中，在拉漿工序后，先進行分切工序，再進行滾軋工序。采用該方法可以大大減少鋰離子電池極片上存在的毛刺，減小毛刺的高度，從而可以大大降低電池短路率，提高電池的合格率。
文檔編號H01M10/40GK1805178SQ20051000214
公開日2006年7月19日 申請日期2005年1月14日 優(yōu)先權日2005年1月14日
發(fā)明者毛德和, 許教練, 曹小飛 申請人:比亞迪股份有限公司