用于制造电池极片的电极原片及其制造方法

技术领域

本申请涉及载体膜及其制造工艺、电极原片及其制造工艺、包含电极原片的电池极片及其制造工艺，还涉及包含电极原片或电池极片的锂二次电池及其制造工艺。

背景技术

二次电池的可重复充放电特性已经使其成为现代社会常用的储能装置。在所有类型的二次电池中，锂二次电池凭借其较高的能量密度更是被广泛的使用在消费电子产品、电动汽车、储能电站等各个领域。随着手机、电动汽车产品的不断发展，对锂二次电池能量密度亦提出了越来越高的要求。

就锂二次电池的生产工艺而言，存在这样的工艺流程：包括前段的极片制造工序、中段的电芯制造工序以及后段的化成封装工序。在极片制造工序中，包含了将正负极活性材料与溶剂及其他材料搅拌形成浆料的工序、将浆料涂布在金属箔等集流体基板上的工序、将涂布后的浆料中的有机溶剂蒸发的烘干工序、将涂布浆料的集流体经过冷压辊或热压辊辊压的工序、将辊压后的片状材料分切(模切)的工序，还可能包括极耳的焊接或成型、电极卷绕、贴装保护胶纸等其他工序。

在浆料的制备工序中，正负极活性材料通常与溶剂、粘结剂、导电材料一并搅拌形成浆料。在这几种材料中，溶剂用于使得活性材料、粘结剂、导电材料等进行均匀的分布并形成流动状的混合物质以便于后续的涂布；导电材料收集并传递活性物质微粒，并传导活性物质与集流体之间的电流，提高电极内部电子的转移速度，降低电极内阻；粘结剂用于提高活性材料与金属箔等集流体之间的粘结强度，提高电池极片在物理震动、冲击之下的可靠性。粘结剂主要起粘附的作用，锂电池领域常用的粘结剂材料为聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)，这些材料不导电，阻碍了电子的流动，因此，粘结剂的加入提高了电池的内阻。考虑到粘结剂本身的重量，粘结剂的加入亦降低了电池的能量密度。另外，粘结剂的成本亦占据了整个电池成本的1％～3％。

浆料涂布工序是整个电极加工工艺中最核心的工序之一，浆料涂布的厚度、密度、均匀性、以及浆料对集流体的覆盖程度等，对最终的电池产品的容量、内阻、循环寿命、安全性等具有重要的影响。特别的，为了提高锂二次电池的能量密度，可以将铜箔、铝箔等集流体开孔，开孔减小了集流体的重量，从而能够获得更高的能量密度。但是对于这种开孔的集流体而言，在其上涂布的浆料有可能会向下渗漏，给浆料的涂布带来了极大的难度，并且有可能会造成浆料的浪费。

浆料涂布后，需要通过烘干工序去除浆料中的水和有机溶剂。烘干步骤对于烘干温度的控制要求极高，既要避免浆料中的水、有机溶剂挥发不完全，也要避免烘干后的电极材料与压合辊或其他生产设备接触导致的干裂、脱落。烘干工序的质量也直接影响了电池成品的质量。

电极制备完成后，需要通过卷绕或者叠片等工序将正、负极的电池极片与隔膜、电解液等组成电池，为了避免电极活性材料由于接触空气中的水分、氧气等导致变质，要求电极制备完成后在空气中暴露的时间尽量短，或者要求电极存储在一个含氧度、湿度都较低的环境中，降低了电池生产工序的弹性，提高了电池生产的成本。

从电极到电池的工艺包括了卷绕工艺与叠片工艺，而无论是卷绕结构的电池还是堆叠结构的电池，整体上都呈现正负极片相对、正负极片层层相邻的状态，因此需要在集流体两面都涂布正、负电极活性物质。由于浆料的流动性以及重力的作用，涂布的过程通常要求集流体在下作为基材，然后再在集流体上方涂覆浆料，因此，这种电池极片的加工工序往往需要两次的涂布、烘干工序才能够获得完整的正极、负极极片，极大地影响了电池极片的生产效率，并且两次的烘干也消耗了更多的能源。

针对以上技术问题，提出本发明。

发明内容

本发明公开了一种用于制造电池极片的电极原片，包括载体膜与设置在载体膜上的电极材料；载体膜的成分包括树脂，载体膜具有承托表面以及与承托表面相对设置的堆叠表面，承托表面与堆叠表面具有相异的表面性能；承托表面用于承载电极材料；堆叠表面用于提供摩擦力；载体膜的厚度为10μm～400μm，拉伸强度Rm为10～300Mpa；承托表面的最大高度粗糙度Rz为0.8μm～24μm；堆叠表面的算数平均粗糙度Ra为0.1～5.0μm；电极材料包括正极或负极活性物质，正极或负极活性物质用于可逆地嵌入和脱嵌锂。

本发明还公开了一种用于制造电池极片的电极原片，包括载体膜与设置在载体膜上的电极材料；载体膜包括基材层以及设置在基材层之上的离型层，基材层的成分包括树脂，离型层的成分包括含硅离型材料和/或含氟离型材料；载体膜包括承托表面与堆叠表面，承托表面形成在离型层之上，堆叠表面形成在基材层远离离型层的表面，承托表面与堆叠表面具有相异的表面性能；承托表面用于承载电极材料；堆叠表面用于提供摩擦力；基材层的厚度为10μm～400μm，拉伸强度Rm为10～300Mpa；离型层的厚度为0.05μm～5μm；堆叠表面的算数平均粗糙度Ra为0.1～5.0μm；电极材料包括正极或负极活性物质，正极或负极活性物质用于可逆地嵌入和脱嵌锂。

本发明还公开了另一种用于制造电池极片的电极原片，包括第一载体膜、第二载体膜与设置在第一、第二载体膜之间的电极材料；载体膜的成分包括树脂，载体膜具有承托表面以及与承托表面相对设置的堆叠表面，承托表面与堆叠表面具有相异的表面性能；承托表面用于承载电极材料；堆叠表面用于提供摩擦力；载体膜的厚度为10μm～400μm，拉伸强度Rm为10～300Mpa；承托表面的最大高度粗糙度Rz为0.8μm～24μm；堆叠表面的算数平均粗糙度Ra为0.1～5.0μm；电极材料包括正极或负极活性物质，正极或负极活性物质用于可逆地嵌入和脱嵌锂。

本发明又公开了一种用于制造电池极片的电极原片，包括第一载体膜、第二载体膜与设置在第一、第二载体膜之间的电极材料；载体膜包括基材层以及设置在基材层之上的离型层，基材层的成分包括树脂，离型层的成分包括含硅离型材料和/或含氟离型材料；载体膜包括承托表面与堆叠表面，承托表面形成在离型层之上，堆叠表面形成在基材层远离离型层的表面，承托表面与堆叠表面具有相异的表面性能；承托表面用于承载电极材料；堆叠表面用于提供摩擦力；基材层的厚度为10μm～400μm，拉伸强度Rm为10～300Mpa；离型层的厚度为0.05μm～5μm；堆叠表面的算数平均粗糙度Ra为0.1～5.0μm。

进一步的，载体膜的形变比小于0.1mm/N。

进一步的，载体膜的形变比小于0.02mm/N。

进一步的，电极材料的厚度为20μm～600μm。

进一步的，电极材料包括活性材料层与粘结剂层；活性材料层包括电极活性材料和导电剂，粘结剂层包括粘结剂和导电剂；活性材料层的厚度为20μm～600μm，粘结基层的厚度为0.2μm～10μm；活性材料层与载体膜的承托表面贴合，粘结剂层设置在活性材料层之上并远离载体膜。

进一步的，粘结剂层的厚度为0.5μm～5μm。

进一步的，电极材料包括活性材料层与涂炭层；活性材料层包括电极活性材料和导电剂，涂炭层包括粘结剂和导电剂，导电剂的材料选自碳纳米管、石墨、导电炭黑或石墨烯导电碳中的任意一种或至少两种的组合；活性材料层的厚度为20μm～600μm，涂炭层的厚度为0.2μm～10μm；活性材料层与载体膜的承托表面贴合，涂炭层设置在活性材料层之上并远离载体膜。

进一步的，涂炭层的厚度为0.5μm～5μm。

本发明公开了一种制造电极原片的方法，包括以下步骤：提供载体膜的步骤；在载体膜的承托表面涂覆电极材料浆料的步骤；辊压电极材料浆料的步骤。

进一步的，制造电极原片的方法还包括：将电极材料浆料烘干的步骤。

进一步的，提供载体膜的步骤包括：使原料辊匀速转动的同时释放安装在原料辊上的载体膜料卷，使载体膜匀速运动。

进一步的，在载体膜的承托表面涂覆电极材料浆料的步骤包括：利用多层模头同时挤出多层电极浆料，并将多层电极浆料涂覆在载体膜的承托表面。

进一步的，辊压电极材料浆料的步骤包括：在辊压电极材料浆料的同时对电极材料浆料加热。

本发明还公开了一种制造电极原片的方法，制造电极原片的方法包括以下步骤：提供第一载体膜的步骤；在载体膜的承托表面涂覆电极材料浆料的步骤；辊压电极材料浆料的步骤；提供第二载体膜的步骤，提供第二载体膜的步骤包括将第二载体膜的承托表面与电极材料浆料贴合的工序。

进一步的，制造电极原片的方法还包括：将电极材料浆料烘干的步骤。

进一步的，提供载体膜的步骤包括：使原料辊匀速转动的同时释放安装在原料辊上的载体膜料卷，使载体膜匀速运动。

进一步的，在载体膜的承托表面涂覆电极材料浆料的步骤包括：利用多层模头同时寄出多层电极浆料，并将多层电极浆料涂覆在载体膜的承托表面。

进一步的，辊压电极材料浆料的步骤包括：在辊压电极材料浆料的同时对电极材料浆料加热；辊压电极材料浆料的步骤在提供第二载体膜的步骤之前。

进一步的，烘干电极材料浆料的步骤包括：保留电极材料浆料中的部分溶剂，保留的部分溶剂的比例为10％～30％。

上述发明内容不包括本发明的所有方面的详尽列举。可预期的是，本发明包括可由上文概述的各个方面以及在下文的具体实施方式中公开并且在随该专利申请提交的权利要求书中特别指出的各个方面的所有合适的组合来实施的所有系统和方法。此类组合具有未在上述发明内容中具体阐述的特定优点。

附图说明

在附图的图示中通过举例而非限制的方式示出了实施方案，在附图中类似的附图标号指示类似的元件。应当指出的是，在本公开中提到“一”或“一个”的实施方案未必是同一的实施方案。

图1示出了本发明的载体膜的示意图；

图2示出了本发明的载体膜在压合状态下的截面示意图；

图3示出了本发明的用于生产载体膜的一种辊的示意图；

图4示出了本发明的另一种载体膜的示意图；

图5示出了本发明的电极原片的一个实施例的示意图；

图6示出了用于生产本发明的一个实施例的电极原片的生产设备的示意图；

图7示出了本发明的电极原片的另一个实施例的示意图；

图8示出了用于生产本发明的另一个实施例的电极原片的生产设备的示意图；

图9示出了本发明的电池极片的另一个实施例的示意图；

图10示出了本发明的电池极片采用的集流体的一个实施例的示意图；

图11示出了本发明的电池极片的另一个实施例的示意图；

图12示出了本发明的电池极片的又一个实施例的示意图；

图13示出了本发明的电池极片的再一个实施例的示意图；

图14示出了用于生产本发明的一个实施例的电池极片的生产设备的示意图；

图15示出了用于回收本发明的载体膜的设备的示意图。

具体实施方式

在这个部分中，将参考附图来解释本发明的若干实施方案。每当在实施方案中描述的部件的形状、相对位置和其它方面未明确限定时，本发明的范围并不仅局限于所示出的部件，所示出的部件仅用于例证的目的。另外，虽然阐述了许多细节，但应当理解，本发明的一些实施方案可在没有这些细节的情况下被实施。在其他情况下，未详细示出熟知的结构和技术，以免模糊对本描述的理解。

本文中所使用的术语仅是为了描述特定实施方案而并非旨在对本发明进行限制。空间相关术语，诸如“在……之下”、“在……下方”、“下”、“在……上方”、“上”等可在本文中用于描述的方便，以描述一个元件或特征与另外一个或多个元件或一个或多个特征的关系，如在附图中示出的。应当理解，空间相对术语旨在涵盖除了在附图中所示的取向之外的设备使用或操作过程中的不同取向。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件然后可被取向成在其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可涵盖在……上方和在……下方这两个取向。设备可以另外的方式进行取向(例如，旋转90度或以其他取向)，并且在本文中使用的空间相对描述词被相应地解释。

如本文所用，单数形式“一个”、“该”等旨在同样包括复数形式，除非上下文另外指出。应当进一步理解，术语“包括”和/或“包含”限定特征、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或其集合的存在或添加。

本文所使用的术语“或”和“和/或”应被解释为包含性的或意指任意一个或任意组合。因此，“A、B或C”或“A、B和/或C”指“以下中的任意一种：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C。”只有当元素、功能、步骤或行为的组合在某种程度上是固有地相互排斥时，才会出现该定义的例外情况。

本文中所称的“连接”包括直接连接与间接连接在内的各种连接方式，不要求被连接的各个部位之间存在物理上的接触，包括了卡扣连接、螺丝连接、无固定装置的连接、焊接、铆接、一体成型在内的各种具体连接方式。在部件配合的场合下，配合间隙包括了间隙配合、过渡配合、过盈配合或者可变间隙等配合关系。

载体膜及其制造方法

本发明提出一种用于承载电极材料并且在电极材料的成型、储藏、运输过程中起保护电极材料作用的载体膜。

图1为本发明的载体膜的第一实施例的示意图。在该实施例中，载体膜1包括承托表面2和堆叠表面3，承托表面2与堆叠表面3相对设置。承托表面2用于承载电极材料，在载体膜的使用过程中，电极材料被承托表面2承托而位于载体膜1的上方，压辊、冲压头、刀片等结构直接与电极材料相接触。这里的电极材料是用于制作电池极片的各种材料的统称，包括但不限于正极或负极的活性物质、粘结剂、导电剂、离子传导性聚合物、补锂材料或其他功能性电极材料，在特定的语境中，电极材料还包括用于将以上各物质均匀分散的溶剂。在某些使用场景下，承托表面2还在对电极材料进行的某些辊压、冲压、切割等工序中起到保护电极材料的作用，在这种情况下，压辊、冲压头、刀片等工作结构直接与载体膜相接触，电极材料受到承托表面2的粘附而位于载体膜1的下方。

本发明的载体膜1的厚度的下限值可以为10μm、15μm、20μm、30μm，载体膜1厚度的上限值可以为150μm、200μm、250μm、300μm、400μm。载体膜厚度的范围可以由以上上限、下限的任意数值组成。作为可选的实施方式，本实施例的载体膜的厚度范围为10μm～400μm，优选为15μm～300μm，更优选为20μm～200μm。载体膜起着承载电极材料并保护电极材料的作用，其需要承受例如数值在1t～100t/m

如果载体膜的厚度大于上限值，将不利于刀具的切割操作，并且使得载体膜与电极材料的剥离更为困难，较厚的载体膜也意味着较高的物料成本。

本发明的载体膜的厚度在10μm～400μm，可选的为15μm～300μm，另外可选为20μm～200μm，当载体膜的厚度在该范围内，能够兼顾载体膜的性能与成本。

本发明的载体膜的拉伸强度Rm下限可以为10MPa、20Mpa、50Mpa、80Mpa，拉伸强度Rm优选的下限值为20Mpa。载体膜的拉伸强度Rm下限可以为以上任意数值。拉伸强度Rm表征了载体膜在受力的作用下的最大均匀塑性变形的抗力，反映了载体膜的抗断裂能力。载体膜的拉伸强度Rm在本发明公开的拉伸强度Rm下限值以上，能够保证载体膜在较大的压力之下不变形，提高了载体膜的回收利用性。载体膜的拉伸强度Rm的上限值为300Mpa。

本发明的载体膜的断裂伸长率的下限值可以为50％、100％、150％、200％，载体膜的断裂伸长率下限可以为以上任意数值，从而避免载体膜在承压环境中破裂，同时保证在一定压力下载体膜自身的回弹性，避免由于范性形变导致设置在载体膜之上的电极材料的厚度变化不均匀或者电极材料的开裂问题。采用聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚酰亚胺(PI)等材料制造本发明的载体膜，并使本发明的载体膜的厚度在本发明公开的范围内，可以达到本发明所公开的断裂伸长率的数值范围，在采用上述膜材料的情况下，载体膜的断裂伸长率的下限值可以到达优选的150％。

就承托表面2的性状而言，利用基于ISO 4287-1997的方法，使用前端半径为2μm、圆锥的锥角为60°的触针，在测定力为0.75mN、截断值λs＝2.5μm，λc＝0.8mm的条件下测得的最大高度粗糙度Rz的下限数值可以为0.8μm、1.2μm、1.6μm、2.4μm；最大高度粗糙度Rz的上限数值可以为15μm、18μm、21μm、24μm。作为可选的实施方式，本发明的载体膜的承托表面2的最大高度粗糙度Rz的范围为0.8μm～24μm，可选的为1.2μm～18μm，另外可选的为2.4μm～15μm。Rz定义为最大高度粗糙度，就单位取样范围而言，Rz表征的是材料表面凹凸极端情况的参数。由于在制作电池极片或电池的工序中，存在将载体膜剥离的工序，在承托表面2与电极材料之间具有一定的粘附力的情况下，要求承托表面相对于其承载的电极材料具备较好的剥离性能。如果承托表面2的最大高度粗糙度Rz小于本发明公开的下限值，承托表面2的剥离性能将会变差。当最大高度粗糙度Rz在下限值以上时，承托表面将具有较好的剥离性能。同时，在某些场合下，电极材料表面优选具有更大的粗糙度，以增加电极材料表面积，提高传递电子的数量。在这种情况下，将载体膜表面承托表面的最大高度粗糙度Rz设定为大于上述下限值，在电极或电池的生产过程中，承托表面的粗糙度在收到辊压时，能够将部分承托表面粗糙度对应的凹凸结构转印至电极材料表面，以实现上述目的。

同时，如果承托表面的最大高度粗糙度Rz越大，意味着承托表面上凹凸的山峰高度就会越大，这种较大的凹凸转印至电极材料表面，一方面会增加承托表面与电极材料之间的空隙，引入氧气与水气，导致电极材料吸水或者氧化。另一方面，也会增加负极材料表面锂晶枝的产生可能性，降低锂二次电池的使用寿命及安全性。为了满足电池极片在加工、运输、储藏过程中要尽量避免电极材料与空气中的氧气、水接触的要求，在承托表面2与电极材料相贴合的场合下，需要减少电极材料与承托表面2之间的空隙，也就是减少承托表面凹凸的高度。也就是说，将承托表面的最大高度粗糙度Rz设定为小于等于本发明公开的上限数值的范围内，保证了载体膜的密封性，减少电极材料表面与空气的接触，并且对于负极而言，也减小了锂晶枝产生的可能性。

本实施例的承托表面2在基于ISO 4287-1997的方法，使用前端半径为2μm、圆锥的锥角为60°的触针，在测定力为0.75mN、截断值λs＝2.5μm，λc＝0.8mm的条件下测得的粗糙度曲线轮廓单元的平均宽度RSm的数值的下限可以为10μm、30μm、60μm、90μm、120μm；RSm数值的上限可以为200μm、300μm、400μm、500μm、600μm。本发明的载体膜承托表面2的粗糙度曲线轮廓单元的平均宽度RSm范围为30μm～600μm，可选的为60μm～500μm，另外可选的为90μm～300μm。

粗糙度曲线轮廓单元的平均宽度RSm反映了承托表面凹凸的间距。RSm大于上限数值时，承托表面凹凸的间距较大，降低了承托表面的离型性能；RSm小于下限数值时，承托表面凹凸的间距较小，单位面积里凹凸的数量较多，降低了载体膜与电极材料表面之间的密封性，使电极材料更容易接触到空气中的氧气、水分或灰尘。当粗糙度曲线轮廓单元的平均宽度RSm在本发明公开的下限与上限值之间时，能够使得载体膜的承托表面2与其承载的电极材料之间具有一定的粘附性，从而能够带动电极材料运动，并且在经历冲压、辊压的情况下保证载体膜不从电极材料的表面脱离。同时，承托表面2又具有良好的剥离性能，能够方便地从电极材料表面剥离，从而避免损坏电极材料表面，增加了针对载体膜的二次利用的便利性。

特别的，承托表面2的RSm数值范围为10μm～200μm，当承托表面RSm数值位于该范围之内时，承托表面凹凸起之间的距离靠的更近。当涂覆在承托表面的电极材料中溶剂含量较高时，电极材料的流动性较高，采用这样的设计，能够避免电极材料流入承托表面凹凸之间的空隙中，避免给电极材料的剥离带来不利的影响。

堆叠表面3设置在载体膜的另一面，其通常与传送带、传送辊、压力装置、刀具等表面相接触，在产品堆叠的情况下，堆叠表面与其他载体膜的堆叠表面相接触。堆叠表面3提供摩擦力以运输载体膜，从而能够运送设置在其上的电极材料。基于ISO 4287-1997的粗糙度定义并采用与上述最大高度粗糙度Rz相同的测量方法，堆叠表面3的算术平均粗糙度Ra的下限数值可以为0.1μm、1.0μm、1.5μm，Ra的上限数值可以为5.0μm、8.0μm、10.0μm。Ra表示算数平均粗糙度，反映的是单位取样范围内堆叠表面凹凸的平均分布情况。如果Ra小于下限数值直至接近光滑的情况，当两个堆叠表面贴合时，两个堆叠表面之间就会产生类似吸盘的吸附效果，在机器通过抓取载体膜既而抓取电极原片、电池极片产品时，会与相邻的产品吸附，不利于电极原片、电池极片乃至电池的自动化作业。并且，在向载体膜施加横向的作用力时，两个堆叠表面之间容易相互错位。因此，保证Ra的数值在下限数值之上，能够提高堆叠表面的摩擦系数。就堆叠表面的静摩擦系数μ的数值而言，其下限数值可以为0.1、0.3、0.5、0.8。作为可选的实施方式，堆叠表面具有不小于0.1的静摩擦系数μ，优选具有不小于0.5的静摩擦系数μ，更优选具有不小于0.8的静摩擦系数μ。如果堆叠表面3的静摩擦系数μ小于本发明公开的下限数值，堆叠表面在传送带、传送辊或者与其他堆叠表面相接触的情况下会比较容易产生位移，为后续的运输、压延、切割、保管等操作特别是自动化的操作带来阻碍。

本发明的载体膜的承托表面、堆叠表面的粗糙度参数以ISO 4287-1997中的相关定义为参考。对于测量凹凸参数的设备，没有特别的限定。

载体膜的材料选自聚对苯二甲酸酯(PET)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酰对苯二胺(PPA)、聚酰亚胺(PI)、聚甲基1-戊烯(PMP)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、环氧树脂(epoxy resin)、聚甲醛(POM)、酚醛树脂(Phenol-formaldehyde resin)、聚丙乙烯(PPE)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、硅橡胶(Silicone rubber)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚碳酸酯(PC)、芳纶、聚二甲酰苯二胺、纤维素及其衍生物、淀粉及其衍生物、聚乙烯醇及其交联物、聚乙二醇及其交联物中的至少一种或包含其的共聚物，其中共聚物中的共聚单体不受特别的限定。优选的，载体膜的材料为聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸酯(PET)、聚甲基1-戊烯(PMP)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)，这些材料具有高的耐热性，在承载电极活性材料经过热压时不易变形。另外，这些材料不溶于电极材料常用的有机溶剂，能够避免受到电极材料中残留的少部分有机溶剂的影响。

制备本发明实施例一的载体膜的方法包括将以上载体膜的材料加入挤出装置中，利用挤出装置对上述材料进行挤出、成型并得到一定厚度的载体膜基体，然后在一定的温度与压力条件下利用压花辊表面的凹凸对载体膜表面赋予粗糙度。与承托表面接触的压花辊表面的花纹可以利用雕刻或喷砂的方式设置，通过设置压花辊表面花纹的高度、距离等参数，可以对承托表面进行转印从而得到承托表面的Rz以及RSm的数值。与堆叠表面接触的压花辊表面花纹也可以通过相同的方式设置，用于得到堆叠表面的Ra的数值。

特别的，用于转印堆叠表面凹凸的压花辊表面可以进行特殊结构的花纹处理，比如设置如图3所示的条状花纹或者采用相互交错的条状花纹以形成四边形(如菱形)的花纹，压花辊4001上的花纹及细微凹凸转印至载体膜的堆叠表面，能够提高堆叠表面的静摩擦系数μ。同时，四边形的花纹中间可以形成空隙，能够避免两个堆叠表面之间产生真空吸附的情况。

在对载体膜基体赋予粗糙度后，进行冷却、收卷等操作，得到载体膜成品。

本发明的载体膜的制备方式没有特别的限定，现有的制备各类薄膜的制备方法都能够全部或部分适用于制备本发明的载体膜。

图4为本发明的载体膜的第二实施例。载体膜5包括基材层8和设置在基材层上的离型层9。

基材层8的厚度下限值可以为10μm、15μm、20μm、30μm，基材层8的厚度上限值可以为150μm、200μm、300μm、400μm。基材层8的厚度范围可以由上限、下限的任意数值组成。作为可选的实施方式，本实施例的基材层8的厚度范围为10μm～400μm，优选为15μm～300μm，更优选为20μm～200μm。要求其具有一定的厚度以保证载体膜的机械强度，在该厚度范围内，能够兼顾载体膜的成型保护性能、剥离性能以及成本。基材层8拉伸强度Rm下限可以为10MPa、20Mpa、50Mpa、80Mpa，拉伸强度Rm优选的下限值为20Mpa，基材层8的拉伸强度Rm下限可以为以上任意数值。拉伸强度Rm表征了基材层8在受力的作用下的最大均匀塑形变形的抗力。基材层8在本发明公开的拉伸强度Rm下限以上，能够保证基材层8在较大的压力之下不变形，提高了基材层8的回收利用性能。基材层8的断裂伸长率下限可以为50％、100％、150％、200％，断裂伸长率反映了基材层8的抗断裂能力。基材层8的材料与第一实施例中的载体膜的材料基本一致。

基材层8远离离型层9的一面为堆叠表面，其通常与传送带、传送辊、压力装置、刀具等表面相接触，在产品的堆叠的情况下，堆叠表面与其他载体膜的堆叠表面相接触。堆叠表面3的算数平均粗糙度Ra的下限数值可以为0.1μm、0.5μm、1.0μm、1.5μm，Ra的上限数值可以为5.0μm、8.0μm、10.0μm。如果Ra小于下限数值直至接近光滑的情况，当两个堆叠表面贴合时，两个堆叠表面之间就会产生类似吸盘的吸附效果，在机器通过抓取载体膜既而抓取电极原片、电池极片产品时，会与相邻的产品吸附，不利于电极原片、电池极片乃至电池的自动化作业。堆叠表面3提供摩擦力以运输载体膜以及设置在其上的电极材料并且能够避免相互相邻的堆叠表面之间轻易的错位。就堆叠表面的静摩擦系数μ的数值而言，其下限数值可以为0.1、0.3、0.5、0.8。作为可选的实施方式，堆叠表面具有不小于0.2的静摩擦系数μ，优选具有不小于0.5的静摩擦系数μ，更优选的具有不小于0.8的静摩擦系数μ。如果堆叠表面3的静摩擦系数μ小于本发明公开的下限数值，堆叠表面在与传送带、传送辊以及与其他堆叠表面相接触的情况下会比较容易产生位移，为后续的运输、压延、切割、保管等操作带来阻碍。

离型层9设置在基材层8之上，厚度为0.05μm～5μm，如果厚度小于0.05μm则针对该离型层的工艺较难实现，如果厚度大于5μm则离型层的材料容易转移至电极材料表面，增加了电极材料的电阻，降低了电池极片与电池的性能，并且提高了离型剂的成本。离型层9优选的厚度范围为0.1μm～3μm。

离型层9远离基材层的一面为承托表面6，用于承载电极材料。离型层9的最高耐温值为80℃～150℃，离型层其通过承托表面6与电极材料直接接触并且需要随着电极材料一起经历辊压、热压、冲压等工序，如果耐温低于80℃，离型层将会在电极的热压过程中出现变形或融化粘连，损害电极性能。离型层9具有较好的离型性能，其与磷酸铁锂(LiFePO

另外，离型层9具有抗静电的能力，其表面电阻小于等于10

作为提高离型层9导电性能的方式，可以在离型材料中加入包含阴离子化合物如有机磺酸盐和有机磷酸盐、沉积金属化合物、导电聚合物、离子聚合物或直接添加金属，锂、铜、铁、镍、铬、钴、镁、钙元素等。

作为一种实施方式，离型层9为含硅离型层，对含硅离型材料的选用没有特别的限定，含硅离型材料的成分可以是有机硅如硅氧烷组合物如己烯基聚硅氧烷、乙烯基聚硅氧烷等，其制备方法没有特别的限定，比如可以采用铂族化合物作为催化剂，进行含链烯基有机聚硅氧烷与有机氢化聚硅氧烷之间加成反应而获得。

作为另一种实施方式，离型层9为含氟聚合物离型层，对含氟离型材料的选用没有特别的限定，比如聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、或聚偏氟乙烯和聚氟乙烯等，其中，含氟聚合物包括大分子主链或侧链含有氟原子的合成高分子化合物，如中国发明专利申请CN1821286A公开的2,4-六氟乙烯基甲基硅氧烷等。

第二实施例中的载体膜的制备方式包括：将基材层8所用材料加入挤出装置中，利用挤出装置对基材层材料进行挤出、成型并得到一定厚度的载体膜基体，设置用于转印堆叠表面的凹凸的参数。然后在一定的温度与压力条件下利用冷却辊或加热辊表面的凹凸对载体膜的堆叠表面转印。特别的，用于转印堆叠表面凹凸的冷却辊或加热辊表面可以进行特殊结构的花纹处理，比如设置条状花纹或者采用两类相互交错的条状花纹以形成菱形的花纹。通过这样的设置，能够提高堆叠表面的静摩擦系数μ并且菱形的花纹中间能够形成空隙，避免两个堆叠表面之间产生真空吸附的情况。顺序可选的，对基材层8的另一个表面设置离型层9。离型层9的设置可以通过刷涂或者喷涂的方式将有含硅离型材料或者含氟离型材料设置在基材层8上，然后通过加热固化或者UV固化等方式去除离型材料中的溶剂，得到附着在基材层8之上的离型层。

作为可选的实施方式，也可通过多层共挤法，由T型模头分别挤出含硅/氟的离型材料以及聚合物基层材料，然后采用冷却辊/加热辊压合的方式得到合适厚度的、具有离型层的载体膜。利用这种含硅/氟的聚合物离型材料共挤出得到的载体膜，能够避免离型材料转移到电极活性材料上，提高电池极片产品的质量。

电极原片及其制备方法

电极原片是包含了本发明的载体膜及电极材料的一类中间材料，用于制作电池极片进而制作电池。电极材料通常包括正极或负极的电极活性材料、导电材料等以及用于将上述材料均匀分散的溶剂，电极材料可选择的包括粘结剂。除此之外，还可以在电极材料中加入一些功能性填料，比如抑制膨胀的填料如烯族聚合物、纤维材料等，再比如用于提高锂电池安全性的材料如正温度系数材料、正极的α-Al

本发明的电极原片、电极以及锂二次电池的正极活性材料没有限制，可以根据锂二次电池的使用场景进行对应的调整。作为可选的实施方式，正极活性材料可以选自磷酸铁锂(LiFePO

本发明的电极原片、电极以及锂二次电池的负极活性材料没有限制，作为可选的实施方式，负极活性材料可以选自含碳物质、含硅物质、硅碳复合物，还可以是金属、金属氧化物、金属合金如锡基材料(包括单质锡、锡氧化物、锡基合金)、钛酸锂(Li

溶剂用于均匀的分散电极材料以方便后续将电极材料涂覆至载体膜或集流体，本发明所用的溶剂没有特别的限制，作为可选的实施方式，可以列举包括乙腈、甲醇、乙醇、四氢呋喃、水、异丙醇、二甲亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮等本领域通常使用的溶剂，并且可以使用以上任一种或其两种以上的混合物。

导电材料的作用是用于进一步提高正极活性材料的导电性的成分，作为可选的实施方式，导电材料可以选自石墨，例如天然石墨或人造石墨；炭黑，例如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽黑、炉黑、灯黑或热裂法炭黑；导电纤维，例如碳纤维或金属纤维；氟化碳；金属粉末，例如铝粉末或镍粉末；导电晶须，例如氧化锌或钛酸钾；导电金属氧化物，例如钛氧化物；其他导电材料，例如聚苯衍生物等。

电极材料还可以包含粘结剂，粘结剂用于电极活性材料与导电材料的粘结并用于将上述混合物粘结在载体膜或集流体上。粘结剂的选用没有限制，作为可选的实施方式，可以包含热塑性树脂或热固性树脂。例如，可以单独使用或作为混合物使用聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、偏二氟乙烯-五氟丙烯共聚物、丙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-三氟氯乙烯共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚-四氟乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物等。

如图5所示为本发明电极原片的第一实施例。电极原片10包括载体膜11以及设置在载体膜上的电极材料12。载体膜11的厚度为10μm～400μm，电极材料12的厚度为20μm～600μm。载体膜11能够承载具有一定流动性的电极材料12。在电极材料12中的溶剂没有完全烘干的情况下，载体膜11能够避免电极材料与传送辊、压合辊等接触带来的电极材料表面的损坏，这种具有一定流动性的电极材料12在接下来的电池极片生产或电池的生产过程中能够更好地满足与集流体之间压合的需要，提高与集流体的连接强度。载体膜11与电极材料的表面贴合，能够降低电极材料表面所接触的氧气、水分、灰尘等污染成分，进一步提高电池极片以及锂二次电池的质量。

特别的，载体膜11具有较小的形变比，即载体膜11在一定的张力下产生的形变较小。形变比的定义为单位形变长度与施加的张力的比值，单位为“mm/N”，虽然该参数主要与载体膜本身的特性有关，但该参数的测试结果与测试样品的长度、宽度等亦具有较大的关系，本发明所称的“形变比”具体的测试方法为：在载体膜上取样一片长度为100cm、宽度为10cm的样品，固定样品在长度方向的一端，在长度方向的另一端施加100N的拉力，此时样品受到的张力即为100N。将该拉力持续60s后，测量载体膜样品的长度变化，该长度变化与张力之间的比值即为本发明定义的“形变比”。

本专利公开的载体膜的形变比小于0.1mm/N；可选的，形变比小于0.05mm/N；另外可选的，形变比小于0.02mm/N。

作为可选的测量方式，在载体膜的制备、使用过程中，传送辊、压合辊、回收辊等设备施加在载体膜上的张力通常小于100N，因此，在测试时施加在载体膜上的张力可以小于100N，该张力只要能够保证载体膜或者其样品不发生塑性形变即可。

在一般情况下，满足优异的抗拉强度且断裂伸长率较高的膜都具有较大的弹性，即载体膜较容易在拉力的作用下被拉伸，但拉力撤走后又比较容易恢复原来的长度。但是在这种情况下，承载在载体膜上的电极材料将会随着载体膜的拉伸而拉伸，导致电极材料出现裂缝，特别是在电极材料较为干燥的情况下，这种裂缝一方面会影响电极乃至电池的机械强度，另一方面也会影响电池的内阻、电压等电性能并可能降低电池的寿命。在满足抗拉强度及断裂伸长率的同时，本发明的载体膜具有较小的形变比，此时，在载体膜受到传送辊、压合辊施加的拉力(或张力)时，载体膜本身不会产生较大的形变，避免了承载在载体膜上的电极材料的裂缝。另一方面，具有较小的形变比的载体膜在回收过程中仍然能够保持原有的长度、宽度，这种一致性保证了通过载体膜生产的电极产品的一致性。作为减小载体膜的形变比的方法，在载体膜的厚度、材料不变的情况下，可以采用包括在成膜工艺中采用较低的温度、降低流延辊的速度、提高膜厚均匀性等手段。

如图6所示为用于制造本发明电极原片的一套生产设备的示意图。生产设备按照顺序包括保护膜料辊1001、原片传送辊1002、涂料部1003、原片压合辊1004、烘干箱1005。

卷绕有载体膜的原料卷安装在原料辊1001上，传送辊1002用于引导载体膜运动并基于载体膜所提供的拉力使原料辊1001旋转，在原料辊1001旋转的过程中不断释放载体膜1011。

涂料部1003包括浆料盒1031和涂料模头1032，浆料盒1031用于容纳电极材料，这里的电极材料至少包括正极/负极电极活性材料以及用于提高导电性能的导电剂，作为可选的实施方式，电极材料还包括粘结剂。浆料盒1031中的电极材料已经通过溶剂分散，从而能够使电极材料从涂料模头1032中被均匀的挤出。传送辊1002带动载体膜匀速运动，这里的匀速运动具体是指在涂料过程中使载体膜匀速的运动，而就传送辊整个驱动过程而言，可以采用加速或者间歇停机的方式使涂覆在载体膜承托表面上的电极材料浆料产生间隔，从而便于后期的裁剪、切割。其中载体膜朝向涂料头的表面为承托表面，在载体膜经过涂料部1003下方时，涂料部1003中挤出的电极材料被均匀涂覆在载体膜的承托表面上。就涂料部的整个送料过程而言，可以采用间歇停机的方式使涂覆在载体膜承托表面上的电极材料浆料产生间隔，从而便于后期的裁剪、切割。作为可选的实施方式，浆料盒1031中设置有多个浆料容纳空间，用于容纳不同成分、浓度的浆料。涂料模头1032中设置有多个浆料通路，能够同一时间挤出多种类型的浆料，从而实现多层浆料的涂覆。

涂敷在载体膜1011上的电极材料随后进入原片压合辊1004，原片压合辊向电极材料提供压力以使电极材料的整体呈现一种致密且平整的状态。作为可选的实施方式，原片压合辊1004为热压辊，在向电极材料提供压力的同时对电极材料加热。经过原片压合辊1004的浆料中含有溶剂，通过热压辊加热加压的方式，能够促进电极材料中溶剂的挥发，并且还能够减少电极材料中的气孔，使载体膜和电极材料之间更加贴合。

经过压合的电极材料随着载体膜一起进入烘干箱1005，烘干箱1005提供一个高温且相对干燥的烘干环境，使电极材料中的溶剂进一步挥发。作为可选的实施方式，用于生产电极原片的设备不包括烘干设备，通过在压合的同时进行加热的方式使电极材料中的溶剂挥发。

经过烘干后的电极材料与载体膜共同组成了本实施例的电极原片产品。相比于传统的直接在集流体上涂覆电极材料然后烘干的工艺，本实施例的电极原片产品中的电极材料已经处于一种相对干燥的状态，电极材料形状相对固定，特别是在集流体开孔的情况下，能够使电极材料不通过集流体上的通孔渗漏。同时，由于电极材料处于一个形状相对稳定的状态，采用本实施例的电极原片能够实现集流体两面电极材料的同时贴合，省去了传统工艺在集流体两面分别涂覆浆料并干燥的步骤，大大提高了电池的生产效率，并且减少了能源的消耗。

如图7所示为本发明电极原片的第二实施例。电极原片20包括电极材料21以及设置在电材料两面的第一载体膜22、第二载体膜23。电极原片的厚度为40μm～800μm，其中电极材料的厚度为20μm～600μm。载体膜22、23能够承载具有一定流动性的电极材料21，特别是在电极材料21中的溶剂没有完全烘干的情况下，能够避免电极材料与传送辊、压合辊等接触带来的电极材料表面的损坏，这种具有一定的流动性的电极材料21在接下来的电池极片生产或电池的生产工序中能够更好地满足与集流体之间压合的需要，提高与集流体的贴合强度。电极材料21的两个表面皆与载体膜贴合，能够降低电极材料表面所接触的氧气、水分、灰尘等污染成分，进一步提高电池极片以及锂二次电池的质量。

如图8所示为制造本发明的电极原片第二实施例的生产设备的示意图。生产设备按照顺序包括第一原料辊2001、第一传送辊2002、涂料部2003、第一原片压合辊2004、第二原料辊2005、第二传送辊2006、第二原片压合辊2007、烘干箱2008。

相比于电极原片的第一实施例，本实施例增设了第二原料辊2005并可以取消烘干装置。第一原料辊2001在传送辊的带动下释放第一载体膜2011，涂料部2003将包含溶剂的电极材料均匀的涂覆在第一载体膜2011的承托表面上，本实施例的第一原片压合辊2004为热压辊，经过热压辊的热压，电极材料中的大部分溶剂都已经挥发，电极材料的形状基本固定。第二原料辊2005在传送辊的带动下释放第二载体膜2013，第二载体膜2013的承托表面贴合至电极材料，电极材料在上下两层载体膜的夹持下经过第二原片压合辊2007的压合即得到本发明第二实施例的电极原片产品。作为可选的实施方式，第二原片压合辊2007可以为冷压辊也可以为热压辊。第二实施例的电极原片两侧都设置有载体膜，能够减少电极材料与空气中的氧气、水气、灰尘的接触，使电极原片单独成为产品运输、出售成为可能，另外，采用这样结构的电极原片，电极材料能够保留一定的溶剂从而具有一定的挠性，在将电极材料与多孔集流体压合时，能够使压合在多孔集流体两侧的电极材料相互糅合，提高了电池极片的机械强度。在电极材料的两面同时使用载体膜，能够将电极材料与压辊、传送辊等设备隔离，充分解决了传统电极压合工艺掉粉、掉浆的问题，提高电极材料成型质量，并改善电极制造车间的环境质量。

作为一种可选的实施方式，电极原片中的电极材料没有被完全的烘干，仍然含有一定的溶剂，此时，电极材料中的溶剂相比于涂料部中的电极材料的溶剂的比例的范围在10％～30％，也就是说电极材料中保留了10％～30％的溶剂。通过在电极材料中保留一定比例的溶剂，能够保留电极材料的一部分的流动性，便于电极材料在接下来的加工步骤中的成型与粘附。

作为本发明的电极原片的另外一类实施方式，设置在载体膜上或夹在两片载体膜之间的电极材料可以为两层或两层以上的结构。

作为可选的实施方式，设置在载体膜上或夹在两片载体膜之间的电极材料包括活性材料层和粘结剂层，活性材料层包括电极活性材料和导电剂，活性材料层也可以包括极少量的粘结剂，粘结剂层包括粘结剂和导电剂。在只有一层载体膜时，活性材料层设置在载体膜承托表面之上，粘结剂层设置在远离承托表面的活性材料层之上。通过单独设置粘结剂层，在利用电极原片制作电池极片时，粘结剂层的一个表面与集流体接触，另一个表面与活性材料层接触，起到将活性材料层粘贴到集流体上的作用，保证了电池极片的机械强度。更重要的是，采用这样的设置，能够减少整体的粘结剂的用量，提高了电池的能量密度。粘结剂层的厚度为0.2μm～10μm，优选为0.5μm～5μm。

作为另一种可选的实施方式，设置在载体膜上或夹在两片载体膜之间的电极材料包括活性材料层和涂炭层，活性材料层包括电极活性材料和导电剂，活性材料层也可以包括极少量的粘结剂，涂炭层包括导电剂、粘结剂，还可以包括表面活性剂，涂炭层的导电剂材料包括碳纳米管、石墨、导电炭黑或石墨烯导电碳中的任意一种或至少两种的组合。涂炭层可以提高活性材料层与集流体的粘合强度，并且涂炭层具有良好的导电性，能够降低电池内阻从而提升电池效率以及电池的倍率性能。涂炭层的厚度为0.2μm～10μm，优选为0.5μm～5μm。

电池极片及其制造工艺

如图9所示为利用本发明的电极原片制作的电池极片一个实施例的示意图。电池极片包括集流体103以及设置在集流体至少一面上的电极原片，电极原片包括载体膜101与电极材料102。集流体103用于收集/传导正负极电极活性物质的电流。其中，正极集流体用于收集/传导正极活性物质的电流，本发明对正极集流体的材料没有特别的限制，作为可选的实施方式，正极集流体的材料可以包括不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳等。负极集流体用于收集/传导负极活性物质的电流，本发明对负极集流体的材料没有特别的限制，作为可选的实施方式，负极集流体的材料可以包括铜、不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳、铝-镉合金等。设置于集流体103两个表面的电极材料102的一面与集流体103接触，另一面与载体膜101贴合。载体膜101能够将电极活性材料与空气中的氧气、水分、灰尘等污染物质隔离，避免电极活性材料变质。载体膜101还能够为电极活性材料提供物理上的保护，避免电池极片在存储、运输、加工的过程中对电池极片表面造成的损害。

作为可选的实施方式，正极集流体、负极集流体表面都可以进行粗化，即在正极集流体、负极集流体表面赋予凹凸，这些凹凸可以是均匀分布的，也可以是不均匀分布的。粗化后的集流体利用基于ISO 4287-1997的方法，使用前端半径为2μm、圆锥的锥角为60°的触针，在测定力为0.75mN、截断值λs＝2.5μm，λc＝0.8mm的条件下测得的表面粗糙度轮廓曲线的最大高度粗糙度Rz为0.05μm～10μm，优选为0.5μm～5μm。经过表面粗化后，在集流体上涂覆或者压合带有一定溶剂的电极材料浆料，集流体与电极材料之间的接触面积将增大，提高集流体的集电荷能力，降低电池内阻，提高电池品质。同时，粗化的集流体还能够增加与电极材料之间的粘合强度，提高电极与电池的机械可靠性。

作为可选的实施方式，如图10所示，集流体上设置有均匀分布或不均匀分布的贯穿孔，通过设置这样的贯穿孔，能够使集流体的质量明显的减少，比如相比于传统的集流体，开孔的集流体能够减重10％～40％，从而能够提高锂二次电池的能量密度。但开孔集流体极大提高了涂覆工艺的难度，在采用传统的电极制造工艺在开孔的集流体上涂覆电极材料浆料时，浆料会通过集流体上的空隙渗漏，导致材料的浪费并降低了电极产品的良率。集流体上开孔的孔径和孔隙率不受特别限制，开孔的孔径优选为0.01mm至5.0mm，孔隙率(单位集流体上的开孔面积占比)为10％至80％，优选为15％～60％，更优选为20％～40％。当集流体具有小于0.01mm的孔径或小于10％的孔隙率时，开孔带来的降低集流体质量的效果不明显；当开孔集流体的开孔孔径大于5.0μm或孔隙率大于80％时，集流体无法保持足够的机械性能。

开孔集流体的厚度的下限为3μm、5μm、7μm，开孔集流体的厚度的上限为15μm、20μm、25μm。若开孔集流体的厚度小于下限值，开孔集流体无法保持足够的机械强度，无法在集流体上设置孔隙率与孔径满足要求的开孔。若集流体厚度大于上限值，集流体的重量增加，将降低电池的能量密度。开孔集流体的厚度范围为3μm～25μm，可选的为5μm～20μm，另外可选的为5μm～15μm。

如图11所示为本发明的电池极片的另一实施例。电池极片包括开孔的集流体203以及设置在集流体203两面的电极原片，电极原片包括载体膜201与电极材料202。电极材料202包括正极或负极的电极活性材料、导电剂、粘结剂。在电极材料被烘干之前还可以包括一定数量的溶剂。在本实施例中，设置在集流体203两面的电极材料202通过集流体上的开孔相互接触或者融合。采用这样的设计，能够利用电极材料203之间的粘合/融合“夹住”集流体以提高整个电池极片的机械强度，避免设置在集流体两面的电极材料由于机械振动而脱落、移位，并避免锂二次电池在使用过程中电极活性材料与集流体之间的剥离，还可以减小电极材料中粘结剂的用量。在本实施例中，粘结剂的质量相对于不包含溶剂的电极材料的总重量的比例为0.5％～4.0％，优选为0.8％～3.0％，使用这个比例的粘结剂，能够降低粘结剂的用量，提高了电池的能量密度，并且降低了电池的内阻。

如图12所示为本发明的电池极片的又一实施例。电池极片包括开孔的集流体303以及设置在集流体303两面的电极原片，电极原片包括载体膜301、电极材料层302、粘结剂层304，电极材料层包括正极或负极活性物质、导电剂以及少量的粘结剂，电极材料层302中的粘结剂占电极材料总质量的比例为0.2％～1％，电极材料中的少量粘结剂使电极材料颗粒彼此粘结，减少了电极材料的掉粉。粘结剂层304包括粘结剂与导电剂，设置在集流体两个表面的粘结剂通过集流体上的开孔相互接触并粘结，粘结剂层304中的粘结剂用量占电极材料总质量的比例为0.2％～1.5％。在本实施例中，粘结剂的总用量能够进一步的降低，粘结剂层304的一面粘结电极材料层302，另一面粘结集流体303，并通过集流体上的开孔提高了粘结剂层的粘结力。粘结剂层304中加入的导电剂提高了电极材料层302与集流体303之间的导电性能，降低了电池极片的内阻。采用本实施例的电池极片设计，在保证电池极片的机械强度的情况下，进一步减少了粘结剂的用量，提高了电池的能量密度。粘结剂层的厚度为0.05μm～10μm，优选为0.1μm～3μm。

如图13所示为本发明的电池极片的再一实施例。电池极片包括开孔的集流体403以及设置在集流体403两面的电极原片，电极原片包括载体膜401、电极材料层402、涂炭层404，电极材料层402包括电极活性材料和导电剂，电极材料层也可以包括极少量的粘结剂，涂炭层404包括导电剂、粘结剂，还可以包括表面活性剂，涂炭层的导电剂材料包括碳纳米管、石墨、导电炭黑或石墨烯导电碳中的任意一种或至少两种的组合。设置在集流体两个表面的涂炭层404通过集流体上的开孔相互接触并粘结，涂炭层404中的总的粘结剂用量占电极材料总质量的比例为0.2％～1.5％。在本实施例中，粘结剂的总用量能够进一步的降低，涂炭层404一面粘结电极材料层402，另一面粘结集流体403，并通过集流体上的开孔提高了涂炭层的粘结力。涂炭层可以提高活性材料层与集流体的粘合强度，并且涂炭层具有良好的导电性，能够降低电池内阻从而提升电池效率以及电池的倍率性能。涂炭层的厚度为0.05μm～10μm，优选为0.2μm～5μm。

如图14所示为本发明制造电池极片的生产设备，包括集流体料辊3001、第一原片料辊3002、第二原片料辊3003、传动装置3004、电池极片压合辊3005。

第一原片料辊3002与第二原片料辊3003同时提供电极原片3012、3013，集流体料辊3001提供集流体3011，在传动装置3004的牵引以及电极原片、集流体的张力的作用下，第一原片料辊、第二原片料辊、集流体料辊同步转动，第一原片料辊提供的第一电极原片中的载体膜在上，电极材料与集流体的一个表面接触，第二原料辊提供的第二电极原片的载体膜在外，电极材料与集流体的另一个表面接触，经过传动装置3004后，第一电极原片、集流体、第二电极原片呈三明治的状态，三者共同经过电池极片压合辊3005，电池极片压合辊3005从上下两个方向对设置在两个载体膜之间的电极材料与集流体同时提供压合力，使第一、第二电极原片分别从两个方向同时贴合到集流体3011的两个表面上。通过这样的生产工序，能够同时在集流体两面设置电极材料，相比于传统极片的两次涂覆、两次烘烤工序，极大地简化了工艺流程，减少了能源损耗。此外，在载体膜的保护下，一方面减少了电极原片、电池极片中的电极活性物质与空气中的氧气、水、灰尘的接触，另一方面可以在传送辊传动、压合辊辊压的时候避免电极材料表面的破坏，满足了高精度电极加工的需求，减少了锂晶枝的产生并提高了锂二次电池的寿命。

作为可选的实施方式，在通过电池极片压合辊3005之前，电极原片上的电极材料中仍然保留有10％～30％的溶剂，电池极片压合辊3005具有加热功能，在第一、第二电极原片分别从上下两个方向贴合到开孔的集流体上时，第一、第二电极原片通过集流体上的开孔相互接触/融合，并且，在具有加热功能的电池极片压合辊3005的加热之下，第一、第二电极原片中剩余的溶剂被进一步的挥发，使通过集流体开孔连接的第一、第二电极原片之间的贴合更加紧密。作为可选的实施方式，用于加工电池极片的设备还包括烘干箱(未示出)，烘干箱设置在电池极片压合辊3005之后，用于对经过压合的电池极片半成品进行进一步的烘干。

锂二次电池及其工艺

锂二次电池是通过正极与负极之间移动的锂离子或含锂离子进行充电、放电的二次电池。对锂二次电池的形状没有特殊的限制，包括圆柱形、方形、纽扣形、软包形以及其他异形电池等。对锂二次电池的内部结构没有特殊的限制，可以采用卷绕、叠片或其他类型的电极排布方式。无论何种形状、结构的锂二次电池，其内部结构具有一定的共同点，包括正极电池极片、负极电池极片、设置在正极与负极电池极片之间的隔膜以及从正极、负极极片分别引出极耳。

极耳与正极、负极电极极片分别连接，用于对外进行电连接，在放电的过程中，锂二次电池存储的电能通过极耳对外放电，在充电的过程中，电源的电量通过极耳传递到锂二次电池内部。

隔膜的作用包括两个，一是将正极极片、负极极片从物理上进行隔离，避免二者短路，二是在正极、负极之间形成锂离子传递的通路。对隔膜的材料没有特别的限制，作为可选的实施方式，隔膜材料的选择包括聚烯烃类聚合物如聚乙烯(例如高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯)、聚丙烯、聚丁烯和聚戊烯各自单独形成的膜、或者由将上述聚合物混合的聚合物形成的膜，还可以是聚苯醚、聚酰亚胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯硫醚、聚缩醛、聚醚砜、聚醚醚酮等各自单独形成的无纺布，或者由将上述聚合物混合的聚合物形成的无纺布，并且，作为形成多孔纤维布(web)的纤维形式，这样的无纺布包含由长纤维形成的纺粘形式或熔喷形式。特别的，优选具有优异的电解液保湿能力同时对电解液的离子迁移具有低阻力的隔膜。

隔膜厚度的下限值取值包括1μm、3μm、5μm、10μm，当隔膜的厚度小于下限值时，隔膜的机械强度无法保证，在电池制备或使用的过程中容易被刺穿而带来电池内部短路的安全风险。隔膜厚度的上限值取值包括50μm、80μm、100μm、120μm，当隔膜的厚度大于上限值时，隔膜电阻变大，提高了电池内阻，降低了电池性能。隔膜厚度的取值范围为1μm～120μm，优选为3μm～100μm，更优选为5μm～50μm。

隔膜上开孔的孔径和孔隙率不受特别限制，开孔的孔径优选为0.1μm至50μm，孔隙率优选为10％至95％。当隔膜具有小于0.1μm的孔径或小于10％的孔隙率时，隔膜起到电阻层的作用，而当孔径大于50μm或孔隙率大于95％时，隔膜无法保持足够的机械性能。

本发明的生产锂二次电池的方法，包括和如前所述的电极原片的生产方法以及电池极片的生产方法，除此之外，还包括：

剥离载体膜的工序。在该工序中，将电池极片的载体膜与电极材料剥离，使电极材料脱离载体膜的承托表面，从而使电极材料能够直接与隔膜相接触。由于载体膜的承托表面具有较好的离型性能，其能较为方便地从电极材料表面剥离而不损伤电极材料的表面。

提供电池隔膜并设置正极电池极片与负极电池极片的工序。在该工序中，在正极电池极片与负极电池极片之间设置电池隔膜。设置电池隔膜以及电池的正、负极极片的方式大体上可以区分为卷绕方式与堆叠方式。在卷绕方式中，将正负极电池极片以及电池隔膜按照正极电池极片、隔膜、负极电池极片的方式进行层叠并压实，形成具有一定长度的极片组。然后将该极片组围绕一定形状的卷针转动，进行卷绕的操作。卷针的横截面形状可以是圆形也可以是矩形或其他形状，在卷针的横截面为圆形的情况下，极片组被卷绕为圆柱形；在卷针的横截面为矩形的情况下，极片组被卷绕为大体上的矩形。卷绕工艺针对的电池极片通常只有正极、负极两片，因此其焊接极耳的工序相对简单，并且卷绕的操作较容易控制，工艺难度较低。在堆叠方式中，按照正极极片、电池隔膜、负极极片、正极极片、电池隔膜……的叠片顺序循环往复，堆叠各电池极片与电池隔膜，形成厚度不断增加的极片组。堆叠工艺的电池极片数量较多，因此极耳焊接较为复杂，堆叠设备的往复控制也更加困难，具有一定的工艺难度，但采用堆叠工艺制造的锂二次电池能够最大程度的减小电池空间的浪费，在相同的空间占用之下提高能量密度。

焊接极耳的工序。在该工序中，对正极、负极电池极片焊接极耳。该工序可以在剥离载体膜工序之前，也可以在正负极极片与电池隔膜安装完毕之后。

如图15所示为本发明在生产锂二次电池过程中用于回收载体膜的设备系统的示意图。在本实施例中仅针对单面的载体膜的回收进行描述，如果存在两张或以上的载体膜，其回收的方法亦可以参照适用。在本实施例中，用于回收载体膜的设备系统包括极片传送装置4001，脱模装置4002，吹扫室4004，吹扫装置4003，表面检测装置4005以及回收辊4006。

至少一个表面设置有载体膜的电池极片4007在极片传送装置4001的驱动下沿着一定方向运动，在经过极片传送装置4001时，设置在电极极片上的载体膜在脱膜装置4002的牵引下改变运动方向，贴合在集流体上的电极材料4008在极片传送装置4001的驱动下继续沿原方向运动，极片传送装置4001与脱模装置4002共同限位了载体膜的运动方向，由极片传送装置4001与脱模装置4002传送的载体膜4009的运动方向与电极材料4008的运动方向之间的角度为θ，其取值范围为15°～150°，优选为30°～120°，更优选为60°～90°，在这样的角度下，载体膜4009的运动方向与电极材料的运动方向存在突变，能够更加顺畅地与电极材料4008的表面剥离。

对于载体膜的剥离温度，没有特别的限制，既可以在常温下进行剥离(又称冷剥离)，也可以在加热的情况下进行剥离(又称热剥离)，其中，热剥的温度为80～200℃，优选为120℃～180℃，在热剥离的情况下，电极材料中的粘结剂部分软化，提高剥离的效率，减少粘结剂以及电极材料的黏连。

载体膜在脱模装置4002的牵引下运动，经过吹扫室4003，吹扫室形成一定的集尘空间，用于收集从载体膜4009上吹扫下来的电极材料微粒。通过设置吹扫室4003，能够降低空间内悬浮的电极材料微粒的数量，改善了工作环境，并且能够回收部分电极材料，提高了经济性。

吹扫装置4004用于将载体膜4009上附着的电极材料微粒清除，并将电极材料微粒吹扫至吹扫室4003内。吹扫装置4004可以是大功率风扇或吹风机。作为可选的实施方式，吹扫装置中设置有等离子发生器，用于去载体膜4009上附着的电极材料微粒的静电，使电极材料微粒更容易地被清除。

表面检测装置4005设置在吹扫装置之后，用于检测载体膜4009表面的微粒情况。表面检测装置4005可以是微距的相机，也可以是线阵相机、面阵相机等专业相机。当表面检测装置4005检测到载体膜4009的表面存在需要报警的瑕疵时，发出瑕疵信号，以对这部分的载体膜表面进行对应的处理。

回收辊4006用于收卷经过表面吹扫与检测的载体膜4009。

本发明的载体膜在整个锂二次电池的生产过程中起到承载电极材料、保护电极材料的物理与化学稳定性的作用，在整个生产过程中，载体膜自身的物理、化学性能并未受到破坏，具备二次利用的可行性。对载体膜的回收利用可以降低生产锂二次电池的成本，具有较高的社会经济性。

载体膜的实现例与对比例

第1实现例

载体膜的材料为聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，使用型号为SJ-80×35的挤出机，T模头宽度为1000mm，挤出温度为250℃，挤出速度为20m/min进行挤出成型，所得的载体膜基材厚度为150μm。然后通过上下两个冷却辊对载体膜基材进行花纹的加工，在载体膜的两面分别赋予凹凸。其中，位于上部的上辊对应承托表面，位于下部的下辊对应堆叠表面，据此得到第1实现例的载体膜。利用型号为“三丰Mitutoyo Surftest SJ-500”的表面粗糙度测量设备进行测量，得到第1实现例的承托表面的粗糙度参数为Rz＝0.8μm、RSm＝10μm；堆叠表面的表面粗糙度参数Ra＝0.1μm。

第2实现例

相比于第1实现例，本实现例的区别在于：本实现例的承托表面的粗糙度参数为Rz＝1.2μm、RSm＝50μm；堆叠表面的表面粗糙度参数Ra＝0.5μm。

第3实现例

相比于第1实现例，本实现例的区别在于：本实现例的承托表面的粗糙度参数为Rz＝1.7μm、RSm＝500μm；堆叠表面的表面粗糙度参数Ra＝1.0μm。

第4实现例

相比于第1实现例，本实现例的区别在于：本实现例的承托表面的粗糙度参数为Rz＝2.1μm、RSm＝200μm；堆叠表面的表面粗糙度参数Ra＝1.5μm。

第5实现例

相比于第1实现例，本实现例的区别在于：本实现例的承托表面的粗糙度参数为Rz＝2.4μm、RSm＝300μm；堆叠表面的表面粗糙度参数Ra＝3.0μm。

第6实现例

相比于第1实现例，本实现例的区别在于：本实现例的承托表面的粗糙度参数为Rz＝2.4μm、RSm＝120μm；堆叠表面的表面粗糙度参数Ra＝3.5μm。

第1对比例

相比于第1实现例，本对比例的区别在于：本实现例的承托表面的粗糙度参数为Rz＝0.8μm、RSm＝800μm；堆叠表面的表面粗糙度参数Ra＝0.05μm。

第2对比例

相比于第1实现例，本对比例的区别在于：本实现例的承托表面的粗糙度参数为Rz＝1.6μm、RSm＝1200μm；堆叠表面的表面粗糙度参数Ra＝0.03μm。

第3对比例

相比于第1实现例，本对比例的区别在于：本实现例的承托表面的粗糙度参数为Rz＝3.3μm、RSm＝800μm；堆叠表面的表面粗糙度参数Ra＝0.02μm。

第4对比例

相比于第1实现例，本对比例的区别在于：本实现例的承托表面的粗糙度参数为Rz＝10.4μm、RSm＝300μm；堆叠表面的表面粗糙度参数Ra＝0.01μm。

第5对比例

相比于第1实现例，本对比例的区别在于：本实现例的承托表面的粗糙度参数为Rz＝15.7μm、RSm＝300μm；堆叠表面的表面粗糙度参数Ra＝0.01μm。

承托表面剥离力及电极材料黏连情况的测试方法为：

其中，载体膜的剥离力的测试采用具有双层载体膜的电极原片，将电极原片裁切成50mm宽度的条状，用于剥离力的测试。剥离力的测试方法参考中华人民共和国国家标准GB/T2792-2014，具体的测试方法包括：在标准试验环境温度23℃、相对湿度50％的条件下，使具有双层载体膜的电极原片的一面通过黏胶固定在平面夹具上，利用型号为PFG-2504的拉力仪夹住远离平面夹具那一面的载体膜的自由端，并将拉力仪固定在位移装置上，位移装置能够带着拉力仪以5.0±0.2mm/s的速度进行匀速运动，共剥离30mm的载体膜，在拉力仪的运动达到匀速的情况下读取拉力仪数值，并计算剥离力(单位为gf)。拉力仪的运动角度与电极原片之间呈180°角，即剥离角度为180°。每个样品进行三次测试并取平均值，并观察在载体膜的承托表面上是否存在电极材料的黏连，如果三次测试中有两次都观察到了电极材料黏连，则记录为“是”，否则记录为“否”。

堆叠表面错位力的测试方法为：

针对每个实现例、对比例取两张相同的载体膜，将两张载体膜的堆叠表面重叠并放置在平面上，固定下方的载体膜在平面夹具上，在上方的载体膜上放置砝码，砝码的重量共计5公斤。使用山东晟德机械有限公司生产的型号为SFP-50的数显式推拉力计的拉钩夹具夹持设置在上方的载体膜，并沿着载体膜表面水平的方向施加拉力，拉力方向与载体膜的延伸方向平行(拉力角度为0°)，在两张载体膜的堆叠表面产生错位时，读取数显式推拉力计上的数值并记录，得到堆叠表面的错位力，该力的单位为N。

测试结果评价：

就载体膜的承托表面的剥离力而言，由于载体膜对电极材料起到承托与保护的作用，其与电极材料之间需要具有一定的粘附力，从而能够避免载体膜与电极材料之间的错位，更好地实现保护的效果，在本测试条件下，要求剥离力的下限值应当大于5gf。并且，在本次测试条件下，剥离力应当小于35gf，并且不能再承托表面产生电极材料黏连。第4、第5对比例的剥离力较小，说明其离型性能好，但过小的剥离力使得载体膜无法很好的与电极材料贴合，无法实现其成型保护的作用。在本次测试条件下。就第1～3对比例而言，其剥离力过大，并且在承托表面产生了电极材料的黏连，无法实现高效、高质量的生产。第1～第6实现例的Rz、RSm参数范围都在本专利公开的上限、下限之内，其剥离力适中，且不会产生承托表面黏连的情况，符合载体膜的应用要求。

就载体膜堆叠表面的错位力而言，错位力越大，堆叠表面在堆叠状态下带来的稳定性就越高，在本测试条件下，错位力应当大于10N。在第1～第5对比例中，其测试所得的错位力明显过小，容易造成堆叠表面之间的错位。第1～第6实现例的堆叠表面Ra值都在本专利公开的上限、下限范围之内，其堆叠表面的错位力较大，能够实现产品之间的稳定的堆叠。

电池极片的实现例与对比例

利用本发明公开的基材厚度为150μm承托表面的粗糙度参数为Rz＝0.8μm、RSm＝80μm；堆叠表面的表面粗糙度参数Ra＝0.1μm的载体膜制备电池极片。

在上述载体膜上设置电极材料，并在烘干过程中保留部分溶剂，然后将电极原片制造为电池极片，判断电极原片压合在开孔集流体上的掉浆性能以及溶剂完全烘干后的电池极片抗震性能。

电极材料涂覆在开孔集流体上的掉浆率的测量方法包括：

使用压合辊在10t的压力下将宽度为100mm的电极原片压合在集流体上，电极原片上涂覆厚度为200μm，面密度为40mg/cm

抗震性能的测试及评价方法包括：

抗震性能的测试对象是将本发明的电极原片在集流体两面分别压合后，烘干电极材料、然后将载体膜剥离后的电池极片。将电池极片裁切为尺寸为10cm*10cm方形样品，厚度为800μm。将该方形样品固定在东莞市南粤实验设备有限公司型号为YN-50XY的垂直水平震动测试仪上，定义垂直于电池极片表面的振动方向为垂直振动方向，平行于电池极片表面的振动方向为水平振动方向。分别测试实现例、对比例在垂直振动方向、水平振动方向的抗震能力。其中，针对垂直振动方向的测试包括在垂直振动方向以300Hz的振动频率进行振动，持续10分钟，垂直振动完成后，测量电池极片的厚度与原始厚度之间的比值，得到垂直抗震率，垂直抗震率的比值越小，说明设置在集流体两个表面上的电极原片的粘合力越强，电池极片机械性能越稳固。针对水平方向的测试包括在水平振动方向以300Hz的振动频率进行振动，持续10分钟，水平振动完成后，测量电极原片与集流体表面的错位的距离，错位距离越短，说明设置在集流体两个表面上的电极原片的粘合力越强，电池极片机械性能越稳固。

第1实现例

在载体膜上涂覆电极材料，并经过热压、烘干后，保留比例为5％的溶剂，其中，烘干后的电极材料所用的粘结剂占总电极材料重量的比例为2％。

第2实现例

相比于第1实现例，本实现例的区别在于：保留溶剂的比例为10％，烘干后的电极材料中所用的粘结剂占总电极材料重量的比例为1.2％。

第3实现例

相比于第1实现例，本实现例的区别在于：保留溶剂的比例为20％，烘干后的电极材料中所用的粘结剂占总电极材料重量的比例为0.8％。

第4实现例

相比于第1实现例，本实现例的区别在于：保留溶剂的比例为30％，烘干后的电极材料中所用的粘结剂占总电极材料重量的比例为0.8％。

第5实现例

相比于第1实现例，本实现例的区别在于：保留溶剂的比例为40％，烘干后的电极材料中所用的粘结剂占总电极材料重量的比例为0.5％。

第1对比例

相比于第1实现例，本对比例的区别在于：没有采用本发明的电极原片进行电池极片的制作，而是在集流体两面分别涂覆电极材料，然后进行压合、干燥。其中，由于涂覆在集流体上的电极材料为未经烘干的浆料，其内保留的溶剂占比为100％，烘干后的电极材料中所用的粘结剂占总电极材料重量的比例为3％。

第2对比例

相比于第1对比例，本对比例的区别在于：烘干后的电极材料中所用的粘结剂占总电极材料重量的比例为2％。

第3对比例

相比于第1实现例，本对比例的区别在于：保留溶剂的比例为0％，烘干后的电极材料中所用的粘结剂占总电极材料重量的比例为2％。相比于对比例1、对比例2，本对比例采用了本发明公开的电极原片进行电池极片的制作。

测试结果评价：

在本测试条件下，电极材料的掉浆率应当小于5％，方能减少电极材料的损耗并提高集流体压合的紧密程度。同时，垂直抗震率应当小于105％，水平错位距离应当小于0.2mm，方能证明电池极片的机械强度足够，从而在猛烈的水平、垂直方向振动下保持电池极片的结构。根据以上实现例、对比例的测试数据来看，与对比例1、对比例2相比，采用本发明的电极原片制作电池极片，能够极大的解决在浆料涂覆过程中的掉浆问题。将实现例1～5与对比例3对比，可以发现，在电极原片的电极材料中保留的溶剂越多，在经过压合、烘干形成电池极片时，电池极片的结构稳定性越强。

本发明并不限于所示的特定的材料、结构和工艺、参数，只要采用了与本发明的类似的技术方案且能够实现类似的效果，都应当认为属于本发明的保护范围。