一种锂电池负极片制造工艺

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂电池负极片制造工艺。

背景技术

传统锂电池负极片涂布工艺制备厚极片较困难，导致锂电池的能量密度低；涂布工序使用有机溶剂导致环境污染；设备成本和电池的生产成本成本高；并且传统锂电池负极片制造工艺中采用的集流体铜箔厚度6μm已经接近瓶颈；对于天然石墨、人工石墨等，涂布环境控制要求较高；补锂技术也难以实施。

干法电极较湿法工艺电极节约合浆、涂布能耗、降低设备成本并且不添加NMP等有机溶剂，具有绿色环保的突出优点，制得厚电极极片压实好，有利于开发高能量密度电芯，是下一代极具发展潜力的新型电极。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种锂电池负极片制造工艺。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种锂电池负极片制造工艺，依次包括以下步骤：

(1)负极粉料预处理；

(2)一次热辊压成膜；

(3)二次热辊压成膜；

(4)复合热辊压膜。

优选地，步骤(1)，所述负极粉料由96％wt-98％wt HRG-3Y石墨、0.1％wt-1％wt炭黑、1.5％wt-5％wt PTFE和0.5％wt-2％wt粘贴剂组成。

优选地，步骤(1)，负极粉料预处理：搅拌预混→气流纤维化→烘箱加热。

较佳地，所述搅拌预混：使用搅拌机将负极粉料预混均匀，搅拌机的转速为1000r/min。

较佳地，所述气流纤维化：使用气流粉碎机处理，分级轮转速为50HZ-150HZ，工作气压为0.8MPa。

较佳地，所述烘箱加热：烘箱内的温度设定为260℃-300℃。

优选地，步骤(2)，一次热辊压成膜：将预处理后的负极粉料热压成要求规格的一次料膜，并且完成切边、收卷工序，得到一次成膜膜片；

其中，所述一次成膜膜片的厚度控制为150μm-350μm，热压温度控制为180℃-200℃。

优选地，步骤(3)，二次热辊压成膜：对辊压成形后的一次成膜膜片进行二次辊压，将一次成膜膜片压至要求规格的二次成膜膜片；

其中，所述二次成膜膜片的厚度控制为50μm-150μm，热压温度控制为180℃-200℃。

优选地，步骤(4)，复合热辊压膜：将涂胶铜箔和二次成膜膜片热压复合，依次包括放卷、接带、热复合、收卷工序，得到复合成膜膜片；

其中，所述复合成膜膜片的厚度控制为50μm-150μm，热压温度控制为180℃-200℃。

传统的涂布工艺制备厚极片较困难，导致锂电池能量密度低；干法电极极片制备更适合加工厚极片，可提高电池能量密度；传统涂布工序使用有机溶剂导致环境污染，采用干法工艺无需任何溶剂，仅仅通过粘结剂的纤维化作用即可制备极片，减少对环境污染；传统涂布工序设备成本高，干法电极制片可以降低设备成本，电池生产成本更低。

本发明核心技原理在于：

1.PTFE：气流粉碎处理混合物经气流粉碎处理机将PTFE胶团造丝，在造丝过程中将活性炭及导电剂同时进行困扎，形成类似于棉花糖的粘性物料，经过加热后粘性胶团中的PTFE纤维之间进行胶合并且结晶，形成稳定的碳膜电极；

2.PTFE粉体在高温260℃以上软化，经过超音速纤维拉丝或高频率气流碎拉丝处理，将活性物质、导电剂织网缠绕固定，最后经热压胶合重结晶的作用下膜片成型和复合压制成极片。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果如下：

1.″干″：无需任何溶剂，仅仅通过粘结剂的纤维化作用即可制备极片；

2.″厚″：极片制备过程为辊压由厚变薄的过程，更适合加工厚极片；

3.″高″：能量密度更高(＞300Wh/Kg，理论上500Wh/Kg)，更适合高镍体系，固态电池；极片补锂技术更简单可行；

4″低″：不需要复杂的涂布设备，电池生产成本更低(成本预期降低约10％-20％)；

5″净″：不需要湿法污染的涂布浆料，无污染，无需耗能烘干，无需大面经生产厂房，电池生产成本相对更低，绿色环保。

附图说明

图1本发明一次热辊压成膜的工艺流程示意图；

图2本发明二次热辊压成膜的工艺流程示意图；

图3本发明复合热辊压膜的工艺流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下则结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解，以下描述仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本文中所用的术语″包含″、″包括″、″含有″或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或者优选值与任何范围下限或优选值的任意一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围″1至5″时，所描述的范围应被解释为包括范围″1至4″、″1至3″、″1至2″、″1至2和4至5″、″1至3和5″等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外地说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

下面对本发明的具体实施例做详细说明。

实施例1

本实施例的负极片的制备方法，采用以下步骤：

(1)负极粉料预处理，包括如下步骤：搅拌预混→气流纤维化→烘箱加热；

S1.搅拌预混：使用搅拌机将正极粉料预混均匀，搅拌机的转速为1000r/min；

S2.气流纤维化：使用气流粉碎机处理，分级轮转速为100HZ，工作气压为0.8MPa；

S3.烘箱加热：烘箱内的温度设定为280℃，作用在于：使PTFE粉料在高温下软化，经超音速纤维拉丝或高频率气流碎拉丝处理，将活性物质、导电剂织网缠牢固；

其中，所述负极粉料由97.2％wt HRG-3Y石墨、0.5％wt炭黑、1.8wt PTFE和0.5％wt SBR粘贴剂组成；

(2)一次热辊压成膜(用于将粉料热压成要求规格的料膜，并完成切边、收卷工序)：将预处理后的正极粉料热压成要求规格的一次料膜，并且完成切边、收卷工序，得到一次成膜膜片；

其中，所述一次成膜膜片的厚度控制为250μm，热压温度控制为190℃。

(3)二次热辊压成膜(用于对辊压成形的料膜进行二次辊压，将料膜压至工艺要求的厚度尺寸和精度)：对辊压成形之后的一次成膜膜片进行二次辊压，将一次成膜膜片压至要求规格的二次成膜膜片；

其中，所述二次成膜膜片的厚度控制为100μm，热压温度控制为190℃。

(4)复合热辊压膜(用于将涂胶铜箔和炭膜热压复合在一起，包括放卷、接带、热复合、收卷等工序)：将涂胶铜箔和二次成膜膜片热压复合，依次包括放卷、接带、热复合、收卷工序，得到复合成膜膜片；

其中，所述复合成膜膜片的厚度控制为100μm，热压温度控制为190℃。

本实施例的锂离子电池，采用本实施例的负极片，所述正极片采用现有技术，在12μm铝箔的表面涂覆磷酸铁锂浆料，经辊压、模切形成正极片，所述磷酸铁锂浆料由磷酸铁锂、科琴黑、单壁碳纳米管和粘结剂PVDF按照98∶0.5∶1∶1的比例与溶剂NMP混匀制成；选用Celgard 2400膜为隔膜，将正极片、负极片经辊压、激光切，然后与隔膜经卷绕、组装、烘烤、注液、化成、抽气成型得到15Ah软包厚电极锂离子电池.

扣式电池：负极使用上述实施例的负极片，配对电极为Li片，在手套箱内将负极、隔膜、Li片、电解液与电池壳组装成扣式电池(CR2032)。

实施例2

本实施例的负极片的制备方法，采用以下步骤：

(1)负极粉料预处理，包括如下步骤：搅拌预混→气流纤维化→烘箱加热；

S1.搅拌预混：使用搅拌机将正极粉料预混均匀，搅拌机的转速为1000r/min；

S2.气流纤维化：使用气流粉碎机处理，分级轮转速为150HZ，工作气压为0.8MPa；

S3.烘箱加热：烘箱内的温度设定为260℃，作用在于：使PTFE粉料在高温下软化，经超音速纤维拉丝或高频率气流碎拉丝处理，将活性物质、导电剂织网缠牢固；

其中，所述负极粉料由97.8％wt HRG-3Y石墨、0.2％wt炭黑、1.5％wt PTFE和0.5％wt SBR粘贴剂组成；

(2)一次热辊压成膜(用于将粉料热压成要求规格的料膜，并完成切边、收卷工序)：将预处理后的正极粉料热压成要求规格的一次料膜，并且完成切边、收卷工序，得到一次成膜膜片；

其中，所述一次成膜膜片的厚度控制为150μm，热压温度控制为200℃。

(3)二次热辊压成膜(用于对辊压成形的料膜进行二次辊压，将料膜压至工艺要求的厚度尺寸和精度)：对辊压成形之后的一次成膜膜片进行二次辊压，将一次成膜膜片压至要求规格的二次成膜膜片；

其中，所述二次成膜膜片的厚度控制为150μm，热压温度控制为180℃。

(4)复合热辊压膜(用于将涂胶铜箔和炭膜热压复合在一起，包括放卷、接带、热复合、收卷等工序)：将涂胶铜箔和二次成膜膜片热压复合，依次包括放卷、接带、热复合、收卷工序，得到复合成膜膜片；

其中，所述复合成膜膜片的厚度控制为50μm，热压温度控制为200℃。

本实施例的锂离子电池，采用本实施例的负极片，所述正极片采用现有技术，在12μm铝箔的表面涂覆磷酸铁锂浆料，经辊压、模切形成正极片，所述磷酸铁锂浆料由磷酸铁锂、科琴黑、单壁碳纳米管和粘结剂PVDF按照98∶0.5∶1∶1的比例与溶剂NMP混匀制成；选用Celgard 2400膜为隔膜，将正极片、负极片经辊压、激光切，然后与隔膜经卷绕、组装、烘烤、注液、化成、抽气成型得到15Ah软包厚电极锂离子电池.

扣式电池：负极使用上述实施例的负极片，配对电极为Li片，在手套箱内将负极、隔膜、Li片、电解液与电池壳组装成扣式电池(CR2032)。

实施例3

本实施例的负极片的制备方法，采用以下步骤：

(1)负极粉料预处理，包括如下步骤：搅拌预混→气流纤维化→烘箱加热；

S1.搅拌预混：使用搅拌机将正极粉料预混均匀，搅拌机的转速为1000r/min；

S2.气流纤维化：使用气流粉碎机处理，分级轮转速为50HZ，工作气压为0.8MPa；

S3.烘箱加热：烘箱内的温度设定为300℃，作用在于：使PTFE粉料在高温下软化，经超音速纤维拉丝或高频率气流碎拉丝处理，将活性物质、导电剂织网缠牢固；

其中，所述负极粉料由96％wt HRG-3Y石墨、1％wt炭黑、2％wt PTFE和1％wt SBR粘贴剂组成；

所述正极粉料由92％wt磷酸铁锂E80、3.5％wt炭黑、3.5％PTFE和1％wt粘贴剂组成。

(2)一次热辊压成膜(用于将粉料热压成要求规格的料膜，并完成切边、收卷工序)：将预处理后的正极粉料热压成要求规格的一次料膜，并且完成切边、收卷工序，得到一次成膜膜片；

其中，所述一次成膜膜片的厚度控制为350μm，热压温度控制为180℃。

(3)二次热辊压成膜(用于对辊压成形的料膜进行二次辊压，将料膜压至工艺要求的厚度尺寸和精度)：对辊压成形之后的一次成膜膜片进行二次辊压，将一次成膜膜片压至要求规格的二次成膜膜片；

其中，所述二次成膜膜片的厚度控制为50μm，热压温度控制为200℃。

(4)复合热辊压膜(用于将涂胶铜箔和炭膜热压复合在一起，包括放卷、接带、热复合、收卷等工序)：将涂胶铜箔和二次成膜膜片热压复合，依次包括放卷、接带、热复合、收卷工序，得到复合成膜膜片；

其中，所述复合成膜膜片的厚度控制为150μm，热压温度控制为200℃。

本实施例的锂离子电池，采用本实施例的负极片，所述正极片采用现有技术，在12μm铝箔的表面涂覆磷酸铁锂浆料，经辊压、模切形成正极片，所述磷酸铁锂浆料由磷酸铁锂、科琴黑、单壁碳纳米管和粘结剂PVDF按照98∶0.5∶1∶1的比例与溶剂NMP混匀制成；选用Celgard 2400膜为隔膜，将正极片、负极片经辊压、激光切，然后与隔膜经卷绕、组装、烘烤、注液、化成、抽气成型得到15Ah软包厚电极锂离子电池.

扣式电池：负极使用上述实施例的负极片，配对电极为Li片，在手套箱内将负极、隔膜、Li片、电解液与电池壳组装成扣式电池(CR2032)。

比较例1

本比较例的负极厚极片的制备方法，采用以下步骤：

S1.将96.2g无定型炭包覆石墨、0.5g科琴黑ECP和0.6g悬浮剂进行干混，再加入2.5g PAA粘结剂、0.2g聚乙烯吡咯烷酮和去离子水，混合搅拌均匀，达到黏度3000mPa·s，制成负极浆料；

S2通过涂布机在6μm铜箔上涂覆所述负极浆料，烘干，得到厚度350μm的负极厚极片。

本实施例的锂离子电池，采用本实施例的负极片，所述正极片采用现有技术，在12μm铝箔的表面涂覆磷酸铁锂浆料，经辊压、模切形成正极片，所述磷酸铁锂浆料由磷酸铁锂、科琴黑、单壁碳纳米管和粘结剂PVDF按照98∶0.5∶1∶1的比例与溶剂NMP混匀制成；选用Celgard 2400膜为隔膜，将正极片、负极片经辊压、激光切，然后与隔膜经卷绕、组装、烘烤、注液、化成、抽气成型得到15Ah软包厚电极锂离子电池.

扣式电池：负极使用上述实施例的负极片，配对电极为Li片，在手套箱内将负极、隔膜、Li片、电解液与电池壳组装成扣式电池(CR2032)。

试验例1

对实施例1-3和比较例1制备的锂离子电池性能进行检测，检测方法如下表1所示。其中，测试放电比容量采用扣式电池，其它的检测项目采用软包装锂离子电池。性能测试结果下表2所示。

表1性能检测方法

表2性能测试结果

注：上表中过充、针刺、热箱的测试结果中，″1/3″表示测试了3支电池，1支通过了测试，其他类推。

从上表2可以看出，采用本发明制备的负极片制成的锂离子电池具有优越的综合性能，其放电比容量和质量能量密度均有较大的提高，平均电压和循环寿命更优，安全性能更好。

上述实施例仅是本发明的较优实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修饰、修改及替代变化，均属于本发明技术方案的范围内。