專(zhuān)利名稱(chēng)：表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子二次電池制造領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板。
背景技術(shù)：
隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，21世紀(jì)已經(jīng)進(jìn)入了電子信息時(shí)代，電子信息時(shí)代對(duì)于電源提出了更高的要求，移動(dòng)電源的需求快速增長(zhǎng)。鋰離子電池作為目前世界上最為理想和技術(shù)含量最高的可充電化學(xué)電池，由于鋰離子電池具有高電壓、高容量、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能好的優(yōu)點(diǎn)，使其在便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)、空間技術(shù)、國(guó)防工業(yè)等多方面具有廣闊的應(yīng)用前景，被廣泛的應(yīng)用于手機(jī)、手提電腦、攝像機(jī)、電動(dòng)自行車(chē)、航天航空、軍事移動(dòng)通信工具和設(shè)備以及電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域，其需求量將越來(lái)越大。所謂鋰離子電池是指分別用兩個(gè)能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。當(dāng)電池充電時(shí)，鋰離子從正極中脫嵌，在負(fù)極中嵌入，放電時(shí)反之。二次電池(Secondary Battery)跟不能充電的一次電池不同，指的是可以充電及放電的電池，在手機(jī)、筆記本電腦、攝像機(jī)等高新電子機(jī)器領(lǐng)域使用廣泛。特別是鋰離子二次電池的工作電壓是3. 6V，所以比起多數(shù)用在電子裝備電源上的鎳鎘電池或鎳氫電池高3 倍，在每單位重量能量密度高的側(cè)面上，是急速伸長(zhǎng)的趨勢(shì)，特別是作為高油價(jià)時(shí)代的下一代能量源，安裝使用在電子機(jī)動(dòng)車(chē)上，鋰離子二次電池有多種形狀，代表形狀有圓筒形、矩形和鋁袋形。上述形狀中不管是哪一類(lèi)形狀，二次電池都是以可以發(fā)電的極板組裝體為組件， 其極板組裝體是以互相不同的極板和兩種極板之間介入的隔離膜組成。電池極板是構(gòu)成鋰離子電池的重要組成部分，它包括陽(yáng)極板和陰極板，其結(jié)構(gòu)是通過(guò)在金屬箔的兩面涂覆(Coating)活性物質(zhì)，然后再經(jīng)分切和壓延等工序構(gòu)成，目前市場(chǎng)上陽(yáng)極板和陰極板常用的金屬箔是鋁箔和銅箔，由于金屬箔的表面非常的光滑平整，所以被涂覆(Coating)在鋁箔或銅箔上的活性物質(zhì)附著力小，易于脫落，從而導(dǎo)致充放電時(shí)涂覆(Coating)壓延的極板從箔上掉落，增加接觸電阻和造成循環(huán)特性和使用壽命的降低。為了避免涂覆材料的脫落通常的辦法是在涂覆材料中增加粘合劑的量，這樣就會(huì)起到能量密度會(huì)減少，影響鋰離子二次電池的性能。目前市場(chǎng)上也出現(xiàn)了表面經(jīng)過(guò)凹凸處理了的金屬箔，金屬箔整體凹凸處理后拉伸強(qiáng)度會(huì)減弱；在金屬箔上涂覆活性物質(zhì)時(shí)，放卷器上放卷的金屬箔會(huì)受到涂覆設(shè)備 (Coater)上一定張力的作用，從金屬箔的兩邊部位往張力垂直方向會(huì)發(fā)生開(kāi)裂(Crack)。 特別是在制造鋁袋形電池(Aluminum Pouch Type)時(shí)，很多張的極板會(huì)用極耳焊接(Tab Welding)處理，但是因?yàn)椴姘纪?，?huì)有焊接(Welding)面掉落的缺點(diǎn)。此外，凹凸處理區(qū)域和未凹凸處理區(qū)域明顯區(qū)分的金屬箔進(jìn)行活性物質(zhì)涂覆 (Coating)的極板，在壓延過(guò)程中，涂覆(Coating)部位和未涂覆(Coating)部位同時(shí)壓延時(shí)，會(huì)因?yàn)橥扛?Coating)部位和未涂覆(Coating)部位的厚度偏差，導(dǎo)致極板產(chǎn)生褶皺， 因而極板會(huì)開(kāi)裂(Crack)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是要提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，能夠增大金屬箔與涂覆(Coating)材料的接觸面積，涂覆(Coating)材料的附著力強(qiáng)、不易脫落，能夠減少活性物質(zhì)中粘合劑含量大引起的能量密度的減少，鋰離子電池使用壽命長(zhǎng)的表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，該電池極板包括陽(yáng)極極板或陰極極板，它是由金屬箔和涂覆在金屬箔上下表面的涂覆材料層構(gòu)成，所述的金屬箔包括兩側(cè)平整光滑區(qū)A和 A'，中間不規(guī)則凹凸加工處理區(qū)B。所述的凹凸加工處理區(qū)B設(shè)置在金屬箔上下表面沿中心線H兩側(cè)的中間區(qū)域。所述的凹凸加工處理區(qū)B上的凹槽和凸起點(diǎn)的密度分布是沿金屬箔1中心線H向兩側(cè)平整光滑區(qū)A和A'由密向疏漸變布置，距離中心線H近的區(qū)域凹槽和凸起點(diǎn)的密度大，距離兩側(cè)平整光滑區(qū)A和A'區(qū)域凹槽和凸起點(diǎn)的密度小。所述的凹凸加工處理區(qū)B上的凹槽和凸起點(diǎn)的密度分布是沿金屬箔1中心線H向兩側(cè)平整光滑區(qū)A和A'由密向疏分段漸變布置，距離中心線H近區(qū)域段的凹槽和凸起點(diǎn)的密度大，距離兩側(cè)平整光滑區(qū)A和A'近區(qū)域段凹槽和凸起點(diǎn)的密度小。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、本發(fā)明由于將鋰離子二次電池陽(yáng)極板和陰極板常用的金屬箔(鋁箔和銅箔) 的涂覆(Coating)區(qū)域加工成帶有不規(guī)則凹槽和凸起點(diǎn)的區(qū)域，擴(kuò)大了金屬箔與涂覆 (Coating)材料的接觸面積，增大了涂覆(Coating)材料的附著力強(qiáng)、避免了加工過(guò)程中的脫落現(xiàn)象發(fā)生。2、本發(fā)明由于采用上述結(jié)構(gòu)，增加涂覆(Coating)材料的接觸面積，增大了涂覆材料的附著力，所以能夠減少活性物質(zhì)中粘合劑的含量，由其引起能量密度的增加，因使用此極板，提高了鋰離子電池的使用壽命。3、本發(fā)明由于將金屬箔表面經(jīng)過(guò)凹凸處理的區(qū)域設(shè)置在中間部位，避免了金屬箔整體凹凸處理后拉伸強(qiáng)度會(huì)減弱的現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)在加工時(shí)放卷器上放卷的金屬箔受到涂覆(Coating)設(shè)備(Coater) —定張力的作用下，也不會(huì)在金屬箔的兩邊部位發(fā)生開(kāi)裂 (Crack)04、本發(fā)明由于將金屬箔表面經(jīng)過(guò)凹凸處理的區(qū)域上的凹槽和凸起點(diǎn)的密度分布采用由內(nèi)向外由密向疏漸變布置的方式，所以避免了凹凸處理區(qū)域和未經(jīng)凹凸處理區(qū)域在壓延過(guò)程中、涂覆(Coating)部位和未涂覆(Coating)部位同時(shí)壓延時(shí)，由于涂覆 (Coating)部位和未涂覆(Coating)部位的厚度偏差導(dǎo)致的極板產(chǎn)生褶皺和極板開(kāi)裂 (Crack)想象。

圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明圖1中A-A剖面圖。
4[0022]圖3是本發(fā)明圖2中C處局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明金屬箔上凹凸加工處理區(qū)上的凹槽和凸起點(diǎn)的密度連續(xù)漸變分布設(shè)置結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明金屬箔上凹凸加工處理區(qū)上的凹槽和凸起點(diǎn)的密度分段漸變分布設(shè)置結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比電池功率特性?xún)?yōu)化曲線圖。圖7是本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比電池充放電周期容量變化率示意圖。圖8是本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比電池電阻的周期變化率意圖。
具體實(shí)施方式
由附圖1、2、3所示該電池極板包括金屬箔1、涂覆(Coating)在金屬箔1上下表面的涂覆材料層2 (活性物質(zhì)漿料層)，所述的金屬箔1包括兩側(cè)平整光滑區(qū)A和A'，中間不規(guī)則凹凸加工處理區(qū)B。所述的凹凸加工處理區(qū)B設(shè)置在金屬箔1上下表面沿圖1中的中心線H兩側(cè)的中間區(qū)域。由附圖4所示所述的凹凸加工處理區(qū)B上的凹槽和凸起點(diǎn)的密度分布是沿金屬箔1中心線H向兩側(cè)平整光滑區(qū)A和A'由密向疏連續(xù)漸變布置，距離中心線H近的區(qū)域凹槽和凸起點(diǎn)的密度大，距離兩側(cè)平整光滑區(qū)A和A'區(qū)域凹槽和凸起點(diǎn)的密度小。由附圖5所示所述的凹凸加工處理區(qū)B上的凹槽和凸起點(diǎn)的密度分布是沿金屬箔1中心線H向兩側(cè)平整光滑區(qū)A和A'由密向疏分段漸變布置，距離中心線H近區(qū)域段的凹槽和凸起點(diǎn)的密度大，距離兩側(cè)平整光滑區(qū)A和A'近區(qū)域段凹槽和凸起點(diǎn)的密度小。所述的不規(guī)則凹凸加工處理區(qū)B是通過(guò)沖壓處理或腐蝕處理實(shí)現(xiàn)的。所述的金屬箔1是指鋁箔和銅箔，陽(yáng)極可以使用鋁的純度在99%以上的鋁箔，陰極可以使用銅箔。所述的平整光滑區(qū)A和A'的寬度至少20mm以上，其寬度是考慮到整體金屬箔的寬度和厚度及作用金屬箔上的張力而決定。所述的涂覆材料層(2)是指在金屬箔中間的不規(guī)則凹凸加工處理區(qū)B上形成的涂覆層。本發(fā)明表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板的制造方法包括以下步驟①、漿料(活性物質(zhì))制備a、陽(yáng)極板的涂覆(Coating)漿料原料如下。把陽(yáng)極粘合劑PVDF分散及溶解到溶劑NMP中，因而制造濕膠(Binder Solution)。然后把活性物質(zhì)鈷酸鋰(Lithium cobalt oxide), ISSiffl (Lithium Manganese Oxide), l^liffllS (Lithium nickel Manganese cobalt oxide),磷酸鐵鋰(Lithium iron phosphate)氧化物等鋰離子氧化物和陽(yáng)極導(dǎo)電子(Conductive Powder)碳(Carbonblack)或碳納米管(Carbon Nanotubes)混合到濕膠(Binder Solution)中，因而制造漿料。b、陰極板的涂覆(Coating)漿料原料如下。把陰極粘合劑PVDF分散及溶解到溶劑NMP中，因而制造濕膠(Binder Solution) 0然后把陰極活性物質(zhì)碳(Carbon)或石墨 (Graphite)混合到濕膠(Binder Solution)中，因而制造漿料。在這里可以添加陰極導(dǎo)電子(Conductive Powder)碳(Carbonblack)或碳納米管(Carbon Nanotubes)。然后可以代替溶劑NMP使用蒸餾水(Distilled water)。②、漿料(Slurry)的涂覆(Coating)將收卷的金屬箔用相同的張力放卷供應(yīng)到涂覆(Coating)設(shè)備上，將步驟①中制備的涂覆(Coating)活性物質(zhì)漿料通過(guò)涂覆頭(Coating Head)涂覆(Coating)在金屬箔上面，為了除去漿料上的溶劑及水分進(jìn)行干燥處理，檢測(cè)漿料的厚度及密度，然后收卷；金屬箔的另一面的涂覆(Coating)過(guò)程和上述步驟相同。③、對(duì)涂覆了活性物質(zhì)層的極板進(jìn)行分切(Slitting)分切過(guò)程是將涂覆后的極板切割，以保證壓延收卷的寬度，通過(guò)用相同寬度的刀收卷的過(guò)程。在制作圓筒形電池的時(shí)候，壓延過(guò)程后也可以完成分切(Slitting)。④、極板壓延(Pressing)為了提高涂覆(Coating)結(jié)束的極板上活性物質(zhì)容量密度，提高金屬箔和活性物質(zhì)之間的膠粘性的效果，極板通過(guò)大約加熱到120°C溫度的二個(gè)輪(Roll)之間，把極板壓延(Pressing)到理想的厚度，利用非織造布對(duì)壓延極板的表面除去異物質(zhì)，然后極板收卷。在壓延過(guò)(Pressing)程中，涂覆(Coating)區(qū)域和未涂覆(Coating)區(qū)域同時(shí)進(jìn)行壓延(Pressing)的話，涂覆(Coating)部位和未涂覆(Coating)部位會(huì)因厚度偏差，極板會(huì)發(fā)生褶皺，如圖4，5所示，在未凹凸處理區(qū)域開(kāi)始往中心區(qū)域提高凹凸處理的密度，因而減少極板受到的壓力，可以防止極板的開(kāi)裂和褶皺。⑤、極板沖壓(Punching)把壓延完的極板進(jìn)行沖壓(Punching)，這個(gè)過(guò)程在制作鋁袋形(Aluminum Pouch Type)極板時(shí)會(huì)形成，這個(gè)過(guò)程是指把壓延的極板讓它和電池尺寸(Size)相符，用沖壓刀 (Knife)或模具進(jìn)行一張張取片。⑥、極板進(jìn)行干燥(Vacuum Dry)對(duì)沖壓完的每張極板進(jìn)行干燥(Vacuum Dry)，該過(guò)程是指在真空干燥箱內(nèi)，干燥一定時(shí)間，除去水分的過(guò)程，從而，極板制造工程到此結(jié)束。采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的極板制造的電池和使用金屬箔沒(méi)有經(jīng)過(guò)凸凹處理的極板電池， 放電功率會(huì)優(yōu)化50%以上(如附圖6所示)。此外，在Cycle特性上，每Cycle容量(Capacity)變化率(如附圖7所示)比起使用沒(méi)有凹凸處理的一般金屬箔的電池，可以看到優(yōu)越了很多。還有，每Cycle接觸電阻(Resistance)變化率(如附圖8所示)比起使用沒(méi)有凹凸處理的一般金屬箔上涂覆(Coating)的活性物質(zhì)極板的電池，可以看到使用有凹凸金屬箔涂覆(Coating)的活性物質(zhì)極板的電池有更多的改善。特別是，像陽(yáng)極極板的情況，鋁的純度在99%以上的箔上電化、化學(xué)化來(lái)遏制表面的氧化膜，因而減少接觸電阻。
權(quán)利要求1.一種表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板，該電池極板包括陽(yáng)極極板或陰極極板，它是由金屬箔(1)和涂覆在金屬箔(1)上下表面的涂覆材料層(2)構(gòu)成，其特征在于所述的金屬箔1包括兩側(cè)平整光滑區(qū)A和A'，中間不規(guī)則凹凸加工處理區(qū)B。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板，其特征在于 所述的凹凸加工處理區(qū)B設(shè)置在金屬箔(1)上下表面沿中心線H兩側(cè)的中間區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板，其特征在于 所述的凹凸加工處理區(qū)B上的凹槽和凸起點(diǎn)的密度分布是沿金屬箔(1)中心線H向兩側(cè)平整光滑區(qū)A和A'由密向疏連續(xù)漸變布置，距離中心線H近的區(qū)域凹槽和凸起點(diǎn)的密度大， 距離兩側(cè)平整光滑區(qū)A和A'區(qū)域凹槽和凸起點(diǎn)的密度小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板，其特征在于 所述的凹凸加工處理區(qū)B上的凹槽和凸起點(diǎn)的密度分布是沿金屬箔(1)中心線H向兩側(cè)平整光滑區(qū)A和A'由密向疏分段漸變布置，距離中心線H近區(qū)域段的凹槽和凸起點(diǎn)的密度大，距離兩側(cè)平整光滑區(qū)A和A'近區(qū)域段凹槽和凸起點(diǎn)的密度小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板，其特征在于 所述的不規(guī)則凹凸加工處理區(qū)B是通過(guò)沖壓處理或腐蝕處理實(shí)現(xiàn)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板，其特征在于 所述的金屬箔(1)是指鋁箔和銅箔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板，其特征在于 所述的陽(yáng)極極板是采用純度在99%以上的鋁箔作為金屬箔、并通過(guò)電化學(xué)的方式對(duì)中間的不規(guī)則凹凸加工處理區(qū)B進(jìn)行凹凸處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板，其特征在于 所述的涂覆材料層(2)是指在金屬箔中間的不規(guī)則凹凸加工處理區(qū)B上形成的涂覆層。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板，該電池極板包括陽(yáng)極極板或陰極極板，它是由金屬箔和涂覆在金屬箔上下表面的涂覆材料層構(gòu)成，所述的金屬箔包括兩側(cè)平整光滑區(qū)A和A′，中間不規(guī)則凹凸加工處理區(qū)B；所述的凹凸加工處理區(qū)B設(shè)置在金屬箔上下表面沿中心線H兩側(cè)的中間區(qū)域；本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，使用壽命長(zhǎng)，能夠增大金屬箔與涂覆材料的接觸面積，涂覆材料的附著力強(qiáng)、不易脫落，能夠減少活性物質(zhì)中粘合劑含量大引起的能量密度的減少。
文檔編號(hào)H01M4/70GK202067861SQ201120160540
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者全永泰, 宋哲鎬, 林成峰 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春派司毗電子有限公司