專利名稱：一種鋰離子電池極片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種使用泡沫金屬作為集流體的鋰離子電池極片的制備方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池是一種具有較高能量密度和良好環(huán)保性能的電池，其具有能量高、可靠性高、加工性好等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于各類便攜式電子設(shè)備中。鋰離子電池內(nèi)的電芯一般包括相互疊加卷繞的正極片、隔離膜和負(fù)極片，隔離膜間隔于相鄰的正、負(fù)極片之間以將兩種極片絕緣，同時(shí)用于保持電解液。正、負(fù)極片包括一般分別采用鋁箔和銅箔制作的正負(fù)極集流體和附著在正負(fù)極集流體上、含有正負(fù)極活性物質(zhì)的正負(fù)極膜片。傳統(tǒng)的鋰離子電池電極制作一般是將活性物質(zhì)漿料涂布在金屬箔做成的集流體表面，再經(jīng)過干燥，冷壓后制作成電極極片。但是，由于鋁箔和銅箔自身的特性，以其為正負(fù)極集流體制成的鋰離子電池，當(dāng)涂布重量很重時(shí)，電極內(nèi)部的導(dǎo)電性能變差，導(dǎo)致鋰離子電池在充放電時(shí)性能不理想。為了解決這個(gè)問題，專利CN 1921190A公開了一種金屬集流體，該集流體具有泡沫結(jié)構(gòu)，可以改善涂布重量較大時(shí)的充放電問題。當(dāng)采用泡沫集流體后，鋰離子電池集流體因?yàn)榫哂锌臻g網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，使得電極的電子導(dǎo)電能力增強(qiáng)，改善了涂布重量很大時(shí)的鋰離子電池性能。泡沫集流體之所以可以改善涂布重量大時(shí)的鋰離子電池的充放電特性，一方面是因?yàn)榭臻g的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，另一方面是因?yàn)檩^大的空隙。其孔隙率一般為80%左右，而針對(duì)于如此大的孔隙率，傳統(tǒng)的鋰離子電池不能滿足泡沫集流體電極極片的制作，這主要是因?yàn)橥坎脊に嚂r(shí)漿料由于孔隙的存在不能停留在泡沫集流體內(nèi)，導(dǎo)致無法完成極片制作這個(gè)關(guān)鍵步驟。有鑒于此，確有必要提供一種操作簡(jiǎn)單的電極極片制作方法來滿足泡沫金屬作為集流體的鋰離子電池的制作要求，從而獲得具有良好的導(dǎo)電性能和循環(huán)性能的鋰離子電池，為鋰離子更為寬廣范圍的應(yīng)用提供了保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供操作簡(jiǎn)單的使用泡沫金屬作為集流體的鋰離子電池極片的制備方法，從而獲得具有良好的導(dǎo)電性能和循環(huán)性能的鋰離子電池，為鋰離子更為寬廣范圍的應(yīng)用提供了保證。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種鋰離子電池極片的制備方法，包括以下步驟步驟一，將活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑和溶劑按照一定比例進(jìn)行混合，得到漿料；步驟二，根據(jù)尺寸要求將泡沫金屬剪裁成需要的尺寸，得到泡沫金屬集流體；步驟三，將所述泡沫金屬集流體放置在容器中，先在泡沫金屬集流體上預(yù)留極耳焊接位置，然后將所述漿料澆注或以粉末成型在所述泡沫金屬集流體上，使得漿料可以充滿泡沫金屬集流體內(nèi)部和上下表面，得到濕極片；步驟四，在一定溫度下加熱所述容器，干燥容器內(nèi)的濕極片，制得干燥極片；步驟五，將所述干燥極片進(jìn)行冷壓處理，然后焊接極耳，得到鋰離子電池極片。作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進(jìn)，所述泡沫金屬為泡沫鋁或泡沫銅。作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進(jìn)，所述泡沫金屬的孔隙率不小于60%，因?yàn)榭紫堵侍?huì)導(dǎo)致泡沫集流體網(wǎng)格線體積大，一是減少能量密度，二會(huì)導(dǎo)致膜片內(nèi)部的集流體分布不夠均勻，影響導(dǎo)電性。作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進(jìn)，所述容器的高度大于或等于所述濕極片的厚度，否則漿料溢出，不能達(dá)到極片所需的厚度規(guī)格。作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進(jìn)，步驟四所述溫度不小于 35°C。干燥溫度根據(jù)干燥條件和溶劑類型而定，極片物質(zhì)熔點(diǎn)越高，干燥溫度可以越高，如低壓、低溫干燥；丙酮類溶劑只需稍高于常溫即可干燥。作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進(jìn)，所述容器的耐熱溫度為至少大于40°C，容器溫度要高于漿料干燥溫度，保證容器不變形或者融化。作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進(jìn)，所述鋰離子電池極片為正極極片時(shí)，所述活性物質(zhì)為鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰或鈷鎳錳酸鋰；所述鋰離子電池極片為負(fù)極極片時(shí)，所述活性物質(zhì)為天然石墨、人造石墨、硬碳或軟碳。作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進(jìn)，所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑、超導(dǎo)炭黑或普通炭黑。作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進(jìn)，所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯、 丁苯橡膠或羧甲基纖維素鈉。作為本發(fā)明鋰離子電池極片的制備方法的一種改進(jìn)，所述溶劑為N-甲基吡咯烷酮或水。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用漿料澆注的方法解決了傳統(tǒng)的涂布工藝在泡沫集流體表面涂布漏漿料的難題，并獲得了具有高能量密度和良好電性能的鋰離子電池。由于泡沫集流體具有大的孔隙率，其孔隙中可以填充漿料，從而大大減少了集流體在電池內(nèi)部所占的空間，而且可以有效地減少電池的層數(shù)，使得電池的能量密度明顯提高。本發(fā)明粉末成型是將陰陽(yáng)極活性物質(zhì)材料，導(dǎo)電粉末，膠，添加劑混合，放入攪拌機(jī)中攪拌均勻，完成后再放入破碎機(jī)中破碎制成粉料，通過注塑機(jī)將粉料注塑到含有集流體的膜腔中，制成極片。本發(fā)明直接粉末成型，沒有使用有機(jī)溶劑，大大降低了制作電池的成本，而且減少對(duì)環(huán)境的污染。采用注塑機(jī)可也精密控制注塑量，提高了極片重量的一致性和均勻性。此外，傳統(tǒng)的極片是通過在集流體表面涂布漿料的方法來獲得，當(dāng)涂布重量達(dá)到一定值后，若再增加涂布重量，由于漿料具有流動(dòng)性，漿料會(huì)產(chǎn)生一定的流動(dòng)，使得烘干后的極片重量分布不均勻。而本發(fā)明采用漿料澆注或以粉末成型法制作極片，可以通過控制容器壁的高度一致性來控制漿料的厚度的均一性，使得極片各處的重量能均勻分布，這樣可以明顯改善電池容量的一致性，進(jìn)而改善電池的一致性。當(dāng)采用傳統(tǒng)的鋁箔或者銅箔作為集流體進(jìn)行涂布時(shí)，同樣也可以采用本發(fā)明提供的漿料澆注或以粉末成型的方法來制作厚膜片。所以本發(fā)明同樣也解決了傳統(tǒng)鋰離子電池在制作厚膜片時(shí)重量分布不均勻的問題。圖例說明

圖1為本發(fā)明鋰離子電池在25°C時(shí)以IC充電IC放電時(shí)的循環(huán)曲線。圖2為本發(fā)明鋰離子電池在25°C時(shí)以IC倍率曲線。
具體實(shí)施例方式對(duì)比例(傳統(tǒng)工藝制作)正極極片制備將LiCo02(鈷酸鋰)、Super-P (超導(dǎo)碳黑)、PVDF (聚偏氟乙烯) 按照質(zhì)量比例為95.0 2.5 2. 5加入NMP(N-甲基吡咯烷酮)混合且攪拌均勻得到具有一定流動(dòng)性的漿料，涂覆在16um厚的金屬鋁箔的兩面，烘干成具有一定柔軟度的正極極片。然后經(jīng)過冷壓、分條，再將用0. 4mm厚的鋁片制成的正極極耳焊接接在鋁箔上制得正極極片。負(fù)極極片制備將石墨、Super-P (導(dǎo)電碳黑)、CMC(水基粘結(jié)劑，羧甲基纖維素)、 SBR(Styrene Butadiene Rubber，一種橡膠)按照質(zhì)量比例為 95. 5 1. 5 1. 5 1.5 加入去離子水混合且攪拌均勻得到具有一定流動(dòng)性的漿料，再將上述漿料涂覆在12um厚的金屬銅箔的兩面，烘干成具有一定柔度的負(fù)極極片。然后經(jīng)過冷壓、分條(即對(duì)經(jīng)負(fù)極極片進(jìn)行剪裁、切割成所需要大小的尺寸)，再將用0. 4mm厚的銅片制成的負(fù)極極耳焊接接在銅箔上后，制得負(fù)極極片。把制作好的正極極片，負(fù)極極片和隔離膜通過疊片或卷繞制成裸電芯，隔離膜可采用聚丙烯(PP)-聚乙烯(PE)-聚丙烯PP三層復(fù)合薄膜，然后將電池芯裝入電池包裝殼中，熱封裝后，向電池內(nèi)注入電解液，以六氟磷酸鋰(LiPF6)為電解質(zhì)鋰鹽，鹽濃度為1.0摩爾/升，以20%的碳酸乙烯酯，30%的碳酸甲乙酯和50%的碳酸二甲酯為溶劑，再經(jīng)化成， 陳化等工藝制得成品電芯。表1對(duì)比例的電池容量測(cè)試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一，將活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑和溶劑按照比例進(jìn)行混合，得到漿料；步驟二，根據(jù)尺寸要求將泡沫金屬剪裁成需要的尺寸，得到泡沫金屬集流體；步驟三，將所述泡沫金屬集流體放置在容器中，先在泡沫金屬集流體上預(yù)留極耳焊接位置，然后將所述漿料澆注或以粉末成型的方式成型在所述泡沫金屬集流體上，得到濕極片；步驟四，加熱所述容器，干燥容器內(nèi)的濕極片，制得干燥極片；步驟五，將所述干燥極片進(jìn)行冷壓處理，然后焊接極耳，得到鋰離子電池極片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于所述泡沫金屬為泡沫鋁或泡沫銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于所述泡沫金屬的孔隙率大于等于60%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于所述容器的高度大于或等于所述濕極片的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于步驟四所述溫度為大于等于35°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于所述容器的耐熱溫度為大于等于40°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于所述鋰離子電池極片為正極極片時(shí)，所述活性物質(zhì)為鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰和鈷鎳錳酸鋰中的至少一種； 所述鋰離子電池極片為負(fù)極極片時(shí)，所述活性物質(zhì)為天然石墨、人造石墨、硬碳和軟碳中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑、超導(dǎo)炭黑和普通炭黑的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯、丁苯橡膠和羧甲基纖維素鈉的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于所述溶劑為 N-甲基吡咯烷酮、丙酮或水。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種使用泡沫金屬作為集流體的鋰離子電池極片的制備方法。本發(fā)明采用漿料澆注或以粉末成型的方法解決了傳統(tǒng)的涂布工藝在泡沫集流體表面涂布漏漿料的難題，并獲得了具有高能量密度和良好電性能的鋰離子電池。由于泡沫集流體具有大的孔隙率，其孔隙中可以填充漿料，從而大大減少了集流體在電池內(nèi)部所占的空間，而且可以有效地減少電池的層數(shù)，使得電池的能量密度明顯提高。
文檔編號(hào)H01M4/139GK102332561SQ20111028120
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者余鵬, 吳凱, 周鐵剛, 李明, 梁家華, 王會(huì)勤, 陳杰 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