負(fù)極極片的制備方法及電化學(xué)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種負(fù)極極片的制備方法及電化學(xué)裝置。所述制備方法包括步驟：將負(fù)極活性物質(zhì)、增稠劑以及水性有機(jī)粘結(jié)劑于去離子水中均勻混合以制備成負(fù)極漿料，并將所述負(fù)極漿料涂覆在集流體上，進(jìn)行干燥處理得到預(yù)處理的負(fù)極極片；將預(yù)處理的負(fù)極極片送入富氧氣氛或空氣氣氛中，用UV光照射；將在富氧氣氛或空氣氣氛中經(jīng)UV光照射后的預(yù)處理的負(fù)極極片在干燥房中進(jìn)行表面清潔處理，得到負(fù)極極片。所述電化學(xué)裝置包括前述制備方法制備的負(fù)極極片。通過在富氧氣氛或空氣氣氛中用UV光照射負(fù)極極片，本發(fā)明可有效地除去負(fù)極極片表面致密的有機(jī)物粘結(jié)劑層，增大負(fù)極極片表面的孔隙率，大幅度提高負(fù)極極片的浸潤能力，改善電化學(xué)裝置的電化學(xué)性能。
【專利說明】負(fù)極極片的制備方法及電化學(xué)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電化學(xué)裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種負(fù)極極片的制備方法及電化學(xué)裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在電化學(xué)裝置(例如鋰離子電池)的電極片的制作工藝中，可以采用油性有機(jī)粘結(jié)劑，也可以采用水性有機(jī)粘結(jié)劑。然而相對(duì)于油性有機(jī)粘結(jié)劑，水性有機(jī)粘結(jié)劑更環(huán)保，因而更適合于大規(guī)模應(yīng)用。但是在采用水性有機(jī)粘結(jié)劑時(shí)且在烘烤電極片的過程中，水性有機(jī)粘結(jié)劑很容易發(fā)生上浮，因而會(huì)在電極片的表面形成致密的有機(jī)物層，進(jìn)而導(dǎo)致電極片的孔隙率下降、電極片內(nèi)部不易被電解液完全浸潤或浸潤速度慢、離子在電極片中的傳輸性能降低等。例如鋰離子電池的負(fù)極極片通常會(huì)采用水性有機(jī)粘結(jié)劑羧甲基纖維素鈉(CMC)和丁苯橡膠(SBR)。在電極片的制作過程中，SBR很容易上浮，因而通常會(huì)得到表面具有致密SBR層的負(fù)極極片；這種負(fù)極極片的孔隙率較低、電解液浸潤性差、電化學(xué)性能也較差。
[0003]因此需要采取措施以除去電極片表面形成的有機(jī)物粘結(jié)劑層。目前兩種方法可去除電極片表面的有機(jī)物粘結(jié)劑層，(I)物理法:將例如綠膠帶之類的具有粘性的物體貼在電極片上，然后撕下，可除去部分電極片表面的致密層，然而該方法難以保證均勻性，往往導(dǎo)致電極片表面凹凸不平，難以保證產(chǎn)品質(zhì)量；(2)激光法:可通過激光進(jìn)行一個(gè)一個(gè)點(diǎn)的燒結(jié)，以除去表面的有機(jī)物層，然而激光的能量比較高，因此存在與活性材料發(fā)生反應(yīng)的可能性，而且處理效率很低且均勻性差，難以在生產(chǎn)上推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于【背景技術(shù)】存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供了一種負(fù)極極片的制備方法及電化學(xué)裝置，其能有效且均勻地處理負(fù)極極片表面的有機(jī)物粘結(jié)劑層，改善負(fù)極極片的孔隙率，提高負(fù)極極片的浸潤能力，進(jìn)而提高電化學(xué)裝置的電化學(xué)性能。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供了一種負(fù)極極片的制備方法，包括步驟:將負(fù)極活性物質(zhì)、增稠劑以及水性有機(jī)粘結(jié)劑于去離子水中均勻混合以制備成負(fù)極漿料，并將所述負(fù)極漿料涂覆在集流體上，進(jìn)行干燥處理得到預(yù)處理的負(fù)極極片；將預(yù)處理的負(fù)極極片送入富氧氣氛或空氣氣氛中，用UV光照射；將在富氧氣氛或空氣氣氛中經(jīng)UV光照射后的預(yù)處理的負(fù)極極片在干燥房中進(jìn)行表面清潔處理，得到負(fù)極極片。
[0006]在本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提供了一種電化學(xué)裝置，其包括根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的負(fù)極極片的制備方法制備的負(fù)極極片。
[0007]本發(fā)明的有益效果如下:
[0008]通過在富氧氣氛或空氣氣氛中用UV光照射負(fù)極極片，本發(fā)明可有效地除去負(fù)極極片表面致密的有機(jī)物粘結(jié)劑層，增大負(fù)極極片表面的孔隙率，大幅度提高負(fù)極極片的浸潤能力，改善電化學(xué)裝置的電化學(xué)性能?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例和對(duì)比例的負(fù)極極片吸液時(shí)間；
[0010]圖2為本發(fā)明的實(shí)施例和對(duì)比例的鋰離子電池的倍率性能。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的負(fù)極極片的制備方法及電化學(xué)裝置的實(shí)施例。
[0012]首先說明根據(jù)本發(fā)明第一方面的負(fù)極極片的制備方法。
[0013]根據(jù)本發(fā)明第一方面的負(fù)極極片的制備方法包括步驟:將負(fù)極活性物質(zhì)、增稠劑以及水性有機(jī)粘結(jié)劑于去離子水中均勻混合以制備成負(fù)極漿料，并將所述負(fù)極漿料涂覆在集流體上，進(jìn)行干燥處理得到預(yù)處理的負(fù)極極片；將預(yù)處理的負(fù)極極片送入富氧氣氛或空氣氣氛中，用UV光照射；將在富氧氣氛或空氣氣氛中經(jīng)UV光照射后的預(yù)處理的負(fù)極極片在干燥房中進(jìn)行表面清潔處理，得到負(fù)極極片。
[0014]通過在富氧氣氛或空氣氣氛中用UV光照射負(fù)極極片，即通過采用紫外-臭氧法處理負(fù)極極片的表面，可使負(fù)極極片表面的高分子化合物(即水性有機(jī)粘結(jié)劑層中的物質(zhì))的化學(xué)鍵斷裂，從而將其氧化分解為氣體小分子逸出，即有效并均勻地氧化除去負(fù)極極片表面的有機(jī)物粘結(jié)劑層，因此大大提高負(fù)極極片表面的孔隙率，有助于提高負(fù)極極片的浸潤能力，進(jìn)而提高電化學(xué)裝置的電化學(xué)性能。
[0015]在根據(jù)本發(fā)明第一方面的負(fù)極極片的制備方法中，還可包括壓實(shí)處理步驟，所述壓實(shí)處理步驟可在將預(yù)處理的負(fù)極極片送入富氧氣氛或空氣氣氛之前進(jìn)行或在干燥房中進(jìn)行表面清潔處理之后進(jìn)行。優(yōu)選地，所述壓實(shí)處理為冷壓處理。
[0016]在根據(jù)本發(fā)明第一方面的負(fù)極極片的制備方法中，還可包括分條、焊接極耳和切片步驟，所述分條、焊接極耳和切片步驟可在將預(yù)處理的負(fù)極極片送入富氧氣氛或空氣氣氛之前進(jìn)行或之后進(jìn)行。
[0017]所述負(fù)極活性物質(zhì)可為無機(jī)鹽、金屬單質(zhì)、非金屬單質(zhì)或金屬氧化物等負(fù)極活性材料。具體地，負(fù)極活性物質(zhì)可為石墨、軟碳、硬碳、鈦酸鋰、S1、Sn、V、Ti或它們的氧化物中的一種或多種。
[0018]在根據(jù)本發(fā)明第一方面的負(fù)極極片的制備方法中，所述增稠劑可為羧甲基纖維素鈉(CMC)。
[0019]在根據(jù)本發(fā)明第一方面的負(fù)極極片的制備方法中，所述水性有機(jī)粘結(jié)劑可為橡膠乳液類、水性聚偏二氟乙烯(PVDF)乳液、聚丙烯腈-丙烯酸酯類、聚丙烯酸酯類、聚苯乙烯-丙烯酸酯、聚乙烯-乙酸乙酯類粘結(jié)劑中的一種或幾種。
[0020]在根據(jù)本發(fā)明第一方面的負(fù)極極片的制備方法中，所述富氧氣氛或空氣氣氛中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為21%?100%。這樣有助于氧氣在UV光照射下生成03，從而有效地氧化負(fù)極極片表面的有機(jī)物粘結(jié)劑層。
[0021]在根據(jù)本發(fā)明第一方面的負(fù)極極片的制備方法中，所述UV光的波長為120nm?254nm,優(yōu)選為120nm?186nm。當(dāng)波長小于120nm時(shí),能量過大易導(dǎo)致負(fù)極極片變形；當(dāng)波長大于254nm時(shí)，能量太小不足以將負(fù)極極片表面的有機(jī)物粘結(jié)劑層氧化分解。優(yōu)選地，波長范圍為120nm?186nm，因?yàn)楫?dāng)波長小于186nm時(shí)，更有利于O3的生成，從而處理效果更好。[0022]在根據(jù)本發(fā)明第一方面的負(fù)極極片的制備方法中，所述UV光的照射時(shí)間為0.5min?120min。當(dāng)照射時(shí)間小于0.5min,處理效果不夠明顯，而照射時(shí)間大于120min,則浪費(fèi)時(shí)間，降低生產(chǎn)效率。
[0023]在根據(jù)本發(fā)明第一方面的負(fù)極極片的制備方法中，所述表面清潔處理的時(shí)間為
0.5min ?5min。
[0024]在根據(jù)本發(fā)明第一方面的負(fù)極極片的制備方法中，所述表面清潔處理采用刷粉方式進(jìn)行。這樣可有效清掃負(fù)極極片表面的粉塵，當(dāng)然也可采用表面吹掃的方式。
[0025]其次說明根據(jù)本發(fā)明第二方面的電化學(xué)裝置。
[0026]根據(jù)本發(fā)明第二方面的電化學(xué)裝置，其包括根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的負(fù)極極片的制備方法制備的負(fù)極極片。
[0027]在根據(jù)本發(fā)明第二方面的電化學(xué)裝置中，所述電化學(xué)裝置可選自鋰離子二次電池、鋰離子電池、鋰離子超級(jí)電容器中的其中之一。
[0028]最后說明根據(jù)本發(fā)明的負(fù)極極片的制備方法及電化學(xué)裝置(以鋰離子電池為例)的實(shí)施例、對(duì)比例及測(cè)試結(jié)果。
[0029]實(shí)施例1
[0030]制備負(fù)極極片:將石墨、羧甲基纖維素鈉(CMC)、丁苯橡膠(SBR，橡膠乳液類水性有機(jī)粘結(jié)劑)以質(zhì)量比97:1.5:1.5于去離子水中均勻混合，制得負(fù)極漿料；將負(fù)極漿料攪拌均勻并涂覆于集流體銅箔上，經(jīng)干燥工序制得預(yù)處理的負(fù)極極片；然后對(duì)其進(jìn)行冷壓，然后將該負(fù)極極片通過傳送帶傳送至富氧氣氛中，其中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為80%，并在波長為186nm的UV燈下照射lmin，獲得UV處理后的負(fù)極極片，再經(jīng)分條、焊接極耳、切片，然后在干燥房中刷粉進(jìn)行表面清潔處理3min后得到負(fù)極極片。
[0031]制備正極極片:將鈷酸鋰、導(dǎo)電炭黑、聚偏二氟乙烯(PVDF)以質(zhì)量比95:2:3于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中均勻混合，制得正極漿料；將正極漿料按照攪拌、涂覆于集流體鋁箔上、干燥、冷壓、分條、焊接極耳、切片等工序制得正極極片。
[0032]制備鋰離子電池:將正負(fù)極極片和聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層復(fù)合微孔隔離膜按卷繞方式制成電芯；然后將電芯裝入電池殼，經(jīng)烘烤除去溶劑；然后注入電解液(EC:PC:DEC=1:1:1 (質(zhì)量比)，lmol/L LiPF6);焊接密封，再經(jīng)化成、老化工藝制得鋰離子電池。
[0033]實(shí)施例2
[0034]制備負(fù)極極片:將石墨、CMC、SBR以質(zhì)量比97:1.5:1.5于去離子水中均勻混合，制得負(fù)極漿料；將負(fù)極漿料攪拌均勻并涂覆于集流體銅箔上，經(jīng)干燥工序制得預(yù)處理的負(fù)極極片；然后通過傳送帶傳送至富氧氣氛中，其中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為100%，并在波長為186nm的UV燈下照射0.5min,獲得UV處理后的負(fù)極極片；再在干燥房中刷粉進(jìn)行表面清潔處理5min后得到負(fù)極極片。對(duì)得到的負(fù)極極片進(jìn)行冷壓處理，然后進(jìn)行分條、焊接極耳、切片，得到待組裝的負(fù)極極片。
[0035]制備正極極片:同實(shí)施例1
[0036]制備鋰離子電池:同實(shí)施例1
[0037]實(shí)施例3
[0038]制備負(fù)極極片:將石墨、CMC、SBR以質(zhì)量比97:1.5:1.5于去離子水中均勻混合，制得負(fù)極漿料；將負(fù)極漿料攪拌均勻并涂覆于集流體銅箔上，經(jīng)干燥工序制得預(yù)處理的負(fù)極極片；然后對(duì)其進(jìn)行熱壓壓實(shí)處理，然后分條、焊接極耳、切片；然后通過傳送帶傳送至空氣氣氛中，其中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為21%，并在波長為254nm的UV燈下照射120min，獲得UV處理后的負(fù)極極片；在干燥房中刷粉進(jìn)行表面清潔處理0.5min后得到負(fù)極極片。
[0039]制備正極極片:同實(shí)施例1
[0040]制備鋰離子電池:同實(shí)施例1
[0041]實(shí)施例4
[0042]制備負(fù)極極片:將石墨、CMC、SBR以質(zhì)量比97:1.5:1.5于去離子水中均勻混合，制得負(fù)極漿料；將負(fù)極漿料攪拌均勻并涂覆于集流體銅箔上，經(jīng)干燥、冷壓、分條、焊接極耳、分條等工序制得預(yù)處理的負(fù)極極片；然后通過傳送帶傳送至富氧氣氛中，其中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為40%，并在波長為120nm的UV燈下照射2min，獲得UV處理后的負(fù)極極片；再在干燥房中刷粉進(jìn)行表面清潔處理3min后得到負(fù)極極片。
[0043]制備正極極片:同實(shí)施例1
[0044]制備鋰離子電池:同實(shí)施例1
[0045]實(shí)施例5
[0046]制備負(fù)極極片:將石墨、CMC、LA132 (聚丙烯腈-丙烯酸酯類水性有機(jī)粘結(jié)劑)以質(zhì)量比97:1.5:1.5于去離子水中均勻混合，制得負(fù)極漿料；將負(fù)極漿料按照攪拌、涂覆于集流體銅箔上、干燥、冷壓、分條、焊接極耳、切片等工序制得預(yù)處理的負(fù)極極片；然后通過傳送帶傳送至富氧氣氛中，其中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為60%,并在波長為150nm的UV燈下照射
1.5min，獲得UV處理的負(fù)極極片；再在干燥房中刷粉進(jìn)行表面清潔處理3min后得到負(fù)極極片。
[0047]制備正極極片:同實(shí)施例1
[0048]制備鋰離子電池:同實(shí)施例1
[0049]對(duì)比例I
[0050]制備負(fù)極極片:除了對(duì)負(fù)極極片不進(jìn)行UV照射和清潔處理之外，其余同實(shí)施例1。
[0051]制備正極極片:同實(shí)施例1
[0052]制備鋰離子電池:同實(shí)施例1
[0053]對(duì)比例2
[0054]制備負(fù)極極片:除了對(duì)負(fù)極極片不進(jìn)行UV照射和清潔處理之外，其余同實(shí)施例5。
[0055]制備正極極片:同實(shí)施例1
[0056]制備鋰離子電池:同實(shí)施例1
[0057]最后給出實(shí)施例1-5以及對(duì)比例1-2的鋰離子電池性能測(cè)試結(jié)果。
[0058](I)實(shí)施例1-5以及對(duì)比例1-2制備的負(fù)極極片的吸液時(shí)間測(cè)試:
[0059]將實(shí)施例1-5以及對(duì)比例1-2的負(fù)極極片采用滴管滴上6滴電解液,用秒表記錄下電解液完全被負(fù)極極片吸收需要的時(shí)間。
[0060](2)實(shí)施例1-5以及對(duì)比例1-2的鋰離子電池的倍率性能測(cè)試:
[0061]靜置5min ；0.5C恒流充電至4.2V，恒壓充電至0.05C ;靜置5min ；0.2C恒流放電至3.0V ;靜置5min ；0.5C恒流充電至4.2V，恒壓充電至0.05C,靜置5min ；
[0062]0.5C恒流放電至3.0V ;靜置5min之后，以0.5C恒流充電至4.2V，恒壓充電至0.05C，靜置 3min ；
[0063]IC放電至3.0V, 0.5C恒流充電至4.2V，恒壓充電至0.05C，靜置5min ；
[0064]1.5C恒流放電至3.0V ；0.5C恒流充電至4.2V，恒壓充電至0.05C，靜置5min ；
[0065]2C恒流放電至3.0V ;分別記錄各個(gè)倍率下的放電容量(mAh)。
[0066]從圖1可以看出，采用UV/03法處理后的負(fù)極極片，其制備的鋰離子電池的電解液浸潤時(shí)間明顯減少，這主要由于負(fù)極極片處理后，其表面孔隙率增加，進(jìn)而比表面積增加，因此大大提高了負(fù)極極片的吸液速度，減少浸潤時(shí)間。從圖2可以看出，倍率性能也獲得了明顯地提高。
[0067]綜上所述，本發(fā)明可有效地除去電極片表面致密的有機(jī)物粘結(jié)劑層，增大電極片表面的孔隙率，大幅度提高電極片的浸潤能力，改善電化學(xué)裝置的電化學(xué)性能(諸如倍率性能和低溫性能等)。
【權(quán)利要求】
1.一種負(fù)極極片的制備方法，包括步驟: 將負(fù)極活性物質(zhì)、增稠劑以及水性有機(jī)粘結(jié)劑于去離子水中均勻混合以制備成負(fù)極漿料，并將所述負(fù)極漿料涂覆在集流體上，進(jìn)行干燥處理得到預(yù)處理的負(fù)極極片； 將預(yù)處理的負(fù)極極片送入富氧氣氛或空氣氣氛中，用UV光照射； 將在富氧氣氛或空氣氣氛中經(jīng)UV光照射后的預(yù)處理的負(fù)極極片在干燥房中進(jìn)行表面清潔處理，得到負(fù)極極片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極極片的制備方法，其特征在于，還包括壓實(shí)處理步驟，所述壓實(shí)處理步驟在將預(yù)處理的負(fù)極極片送入富氧氣氛或空氣氣氛之前進(jìn)行或在干燥房中進(jìn)行表面清潔處理之后進(jìn)行，所述壓實(shí)處理優(yōu)選為冷壓處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極極片的制備方法，其特征在于，還包括分條、焊接極耳和切片步驟，該步驟在將預(yù)處理的負(fù)極極片送入富氧氣氛或空氣氣氛之前進(jìn)行或之后進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極極片的制備方法，其特征在于，所述負(fù)極活性物質(zhì)為石墨、軟碳、硬碳、鈦酸鋰、S1、Sn、V、Ti或它們的氧化物中的一種或多種；所述增稠劑為羧甲基纖維素鈉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極極片的制備方法，其特征在于，所述水性有機(jī)粘結(jié)劑為橡膠乳液類、水性聚偏二氟乙烯(PVDF)乳液、聚丙烯腈-丙烯酸酯類、聚丙烯酸酯類、聚苯乙烯-丙烯酸酯、聚乙烯-乙酸乙酯類粘結(jié)劑中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極極片的制備方法，其特征在于，所述富氧氣氛或空氣氣氛中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為21%?100%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極極片的制備方法，其特征在于，所述UV光的波長為120nm?254nm,所述UV光的照射時(shí)間為0.5min?120min,所述UV光的波長優(yōu)選為120nm ?186nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極極片的制備方法，其特征在于，所述表面清潔處理的時(shí)間為 0.5min ?5min。
9.一種電化學(xué)裝置，其特征在于，所述電化學(xué)裝置包括根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的負(fù)極極片的制備方法制備的負(fù)極極片。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電化學(xué)裝置，其特征在于，所述電化學(xué)裝置選自鋰離子二次電池、鋰離子電池、鋰離子超級(jí)電容器中的其中之一。
【文檔編號(hào)】H01M4/139GK103474623SQ201310419740
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】陳輝, 江輝, 張新枝, 修倩, 孫成棟, 鄭義 申請(qǐng)人:東莞新能源科技有限公司, 寧德新能源科技有限公司