專利名稱：一種鋰離子電池極片制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池領域，涉及一種鋰離子電池極片的制備方法以及用此方法 制備的鋰離子電池極片和用這種極片制備的鋰離子電池。
背景技術：
鋰離子電池作為高容量、高輸出功率、輕便的二次電池，已經(jīng)在移動電話、筆記本 電腦、攝像機等市場中占據(jù)了主角地位，成為了小型電子產品的主要電源。隨著石油能源的 減少甚至枯竭，鋰離子電池將在動力能源中扮演重要的角色。目前鋰離子電池都是通過勻漿、涂布等工藝來制備極片，漿料過程中使用了大量 的有機溶劑，這些有機溶劑在極片干燥過程中揮發(fā)掉，既污染了環(huán)境又增加了電池的成本。 漿料的性質、涂布的參數(shù)、涂布機的振動等因素使得到的極片厚薄不均勻，極片這種不均勻 造成電池性能的不均勻，影響到電池組配組的成品率和電池組的壽命。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種全新的鋰離子電池極片的制備方法，其主要操作步驟為通過 混煉制備喂料，用注塑成型機對喂料進行精密計量注塑到集流體上，通過平壓機壓實。本發(fā)明的一個方面，提供了一種鋰離子電池極片的制備方法，該方法依次包括備 料、通過混煉制備喂料、注塑、干燥、壓片的工藝過程。根據(jù)本發(fā)明的一個具體但非限制性的實施方案，在備料步驟中，制備極片所用的 原料由粉和膠組成，其中粉由正極或負極活性物質和導電劑組成，膠由粘接劑和添加劑組 成，粉和膠的比例為4 32 1。一個優(yōu)選的實施方案是，粉中各組分所占的質量百分比正極或負極活性物質85 98%，導電劑2 15% ；膠中各組分所占的質量百分 比粘接劑:80 96%，添加劑:4 20%。根據(jù)本發(fā)明的一個具體但非限制性的實施方案，正極活性物質為層狀化合物，其 化學式為LiM02，其中M為Ni，Mn, Co中的一種或幾種；尖晶石化合物，其化學式為LiMn204 ； 橄欖石結構物質，其化學式為LiFeP04或上述物質的改性物質或者上述物質中的一種或多 種組合；負極活性物質為炭材料或過渡金屬氧化物或它們的組合；導電劑是導電石墨、乙炔黑以及導電高分子物質中的一種或幾種的組合；粘接劑是一種或多種熱塑性樹脂；添加劑是丙三醇、蓖麻油、油酸、非離子型土溫中的一種或多種的組合。根據(jù)本發(fā)明的一個具體但非限制性的實施方案，混煉是在混煉機中進行，混煉的 溫度為80 350°C，混煉的時間為7 24小時。根據(jù)本發(fā)明的一個具體但非限制性的實施方案，注塑是用注塑機完成，注塑的溫 度為80 350°C，注塑的壓力為20 140Mpa。根據(jù)本發(fā)明的一個具體但非限制性的實施方案，極片的干燥在100 200°C真空干燥，時間為10 20小時。根據(jù)本發(fā)明的一個具體但非限制性的實施方案，壓片所用的設備為平壓機，壓力 為 20 200MPa。本發(fā)明的另一個方面，提供了一種鋰離子電池極片，所述的極片是由上述的方法 制備得到。本發(fā)明的另一個方面，提供了一種鋰離子電池，所述的鋰離子電池包括正、負極電 池極片，隔膜和電解液，其中所述的正、負極電池極片是由上述方法制備得到的鋰離子電池 極片。本發(fā)明提供的鋰離子電池極片的制備方法以及根據(jù)此方法制備的鋰離子電池極 片和進而制作的鋰離子電池具有如下優(yōu)點制備喂料時因沒有使用有機溶劑而大大降低 了制作電池的成本，采用精密注塑機對注塑量的精密控制從而提高了極片的均一性和重復 性，采用平壓機壓實，大大提高了極片的壓實密度，提高了電池的體積容量。


圖1為實施例2中用本發(fā)明的鋰離子電池極片做成電池后進行充放電循環(huán)得到的 單電池循環(huán)曲線。
具體實施例方式下文提供了具體的實施方式進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明不僅僅限于以下的實施 方式。除非額外指出，本發(fā)明上下文所提到的組分之間的比例關系均以重量單位計。本發(fā)明的一個具體但非限定性的實施方式是提供了一種制備鋰離子電池極片的 方法，該方法包括以下步驟1.備料制備極片所需的原料由粉和膠兩個部分組成，其中粉由活性物質和導電劑組成， 膠由粘接劑和添加劑組成。粉和膠的比例為4 32 1。更具體地說，粉中各組分所占的質量百分比如下活性物質85 98%，導電劑:2 15% ；膠中各組分所占的質量百分如下粘接劑80 96 %，添加劑:4 20 %。其中，活性物質包括正極活性物質和負極活性物質。正極活性物質如層狀化合 物，其化學式為LiM02，其中M為Ni，Mn, Co中的一種或幾種；尖晶石化合物，其化學式為 LiMn204 ；橄欖石結構物質，其化學式為LiFeP04或者上述物質的改性物質或者上述物質中 的一種或多種組合。負極活性物質包括炭材料或過渡金屬氧化物，炭材料可以是如天然石 墨、人工石墨、炭纖維、無定形碳；過渡金屬氧化物為LiTi04或者Li4Ti5012。 導電劑可以是導電石墨、乙炔黑以及導電高分子物質中的一種或幾種的組合。粘接劑可以是熱塑性樹脂，如聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、丁苯乳 膠(SBR)中的一種或幾種的組合。添加劑可以是丙三醇、蓖麻油、油酸、非離子型土溫等。添加劑的加入可以有效的改善喂料的流動性，易于制得均勻一致的喂料。2.通過混煉制備喂料上述原料可以在混煉機中進行混煉，混煉的溫度為80 350°C，混煉的時間為7 24小時。比較優(yōu)選的技術方案是，在混煉機的料斗中加入粘接劑，在100 350°C溫度下混 煉1 4小時，加入添加劑，混煉1 4小時，加入活性物質，繼續(xù)混煉1 4小時，加入導 電劑混煉4 12小時，混煉結束，待冷卻后，放入破碎機中破碎，制得喂料。為了簡化工藝步驟，一種替代性的技術方案是，粘接劑與添加劑可以同步混煉 1 4小時，不必分步混煉；活性物質與導電劑也可以同步混煉4 12小時，不必分步混煉。3.注塑、干燥、壓片把喂料注塑到含有集流體模腔里，通過模腔的尺寸來控制活性物質層厚為60 300微米，用精密注塑成型機精確控制注塑量，注塑的溫度控制在80 350°C，注塑的壓力 控制在20 140Mpa。把極片在100 200°C真空干燥箱中干燥10 20小時后，在平壓 機上壓成60 150微米的極片?？梢酝ㄟ^調節(jié)壓力來控制極片的厚度，壓力一般為20 200MPa。也可以用工業(yè)上其他常規(guī)手段來控制極片厚度，如通過行程和距離來調節(jié)極片厚 度。上述工藝制得的鋰離子電池極片，通過添加隔膜，卷繞注液，按照常規(guī)方法做成鋰 離子電池。利用上述工藝制得的鋰離子電池極片，主要有以下效果1.極片表面光滑而且柔軟，極片厚薄均勻。2.制備喂料時沒有使用大量的有機溶劑，降低了成本。3.提高了電池的成品率，且工藝簡單，操作方便，便于工業(yè)化生產。下面結合具體的例子來對本發(fā)明進行進一步的闡述，但不能理解為對本發(fā)明的限 制。實施例1準確稱取5. 00公斤聚四氟乙烯加入到混煉機中在300°C混煉4小時，稱取0. 25公 斤丙三醇和0. 25公斤土溫80加入到混煉機中繼續(xù)混煉4小時后，往混煉機中加入56. 00 公斤磷酸鐵鋰混煉4小時，添加2. 00公斤鱗片石墨和1. 00公斤乙炔黑，繼續(xù)混煉6小時后 冷卻，粉碎制得正極喂料。準確稱取2. 00公斤聚四氟乙烯加入到混煉機中在300°C混煉4 小時后，添加0. 10公斤丙三醇和0. 10公斤土溫80混煉2小時。往混煉機中加入負極石墨 36. 00公斤混煉4小時，添加乙炔黑1. 50公斤和導電石墨0. 80公斤繼續(xù)混煉6小時后冷 卻，粉碎得到負極喂料。用精密注塑機把磷酸鐵鋰正極喂料注塑到含鋁箔集流體的模腔中， 注塑溫度為300°C，壓力為60MPa，厚度為250微米；負極喂料注塑到含銅箔集流體模腔中， 注塑溫度為300°C，壓力為60MPa，厚度為160微米。把極片在120°C真空干燥10小時后，用 平壓機壓實極片，使正極極片的厚度為140微米，負極極片的厚度為110微米。為了對比極片的柔軟度，把采用本發(fā)明制備的極片與普通涂覆工藝制備的極片進 行了彎折對比試驗，彎折至極片出現(xiàn)斷裂的次數(shù)來衡量極片的柔軟度，彎折次數(shù)越多而極 片不折損說明極片柔軟度越好。結果如表
5 從上表看出，本發(fā)明制備的極片的柔軟度明顯優(yōu)于普通涂覆工藝制備的極片。實施例2準確稱取5. 00公斤聚四氟乙烯加入到混煉機中在300°C混煉4小時，稱取0. 25公 斤丙三醇和0. 25公斤土溫80加入到混煉機中繼續(xù)混煉4小時后，往混煉機中加入56. 00 公斤磷酸鐵鋰混煉4小時，添加2. 00公斤鱗片石墨和1. 00公斤乙炔黑，繼續(xù)混煉6小時后 冷卻，粉碎制得正極喂料。準確稱取2. 00公斤聚四氟乙烯加入到混煉機中在300°C混煉4 小時后，添加0. 10公斤丙三醇和0. 10公斤土溫80混煉2小時。往混煉機中加入負極石墨 36. 00公斤混煉4小時，添加乙炔黑1. 50公斤和導電石墨0. 80公斤繼續(xù)混煉6小時后冷 卻，粉碎得到負極喂料。用精密注塑機把正極喂料注塑到含鋁箔集流體的模腔中，注塑溫度 為300°C，壓力為60MPa，厚度為250微米，涂料量為31. 00g ；把負極喂料注塑到含銅箔集流 體的模腔中，注塑溫度為300°C，壓力為60MPa，厚度為160微米，涂料量為16. 00g。把極片 在120°C真空干燥10小時后，用平壓機壓實極片，使正極極片的厚度為140微米，負極極片 的厚度為110微米。然后添加隔膜，卷繞注液，做成電池，在室溫以1C做充放電循環(huán)。圖1 為進行充放電循環(huán)得到的單電池循環(huán)曲線。從圖中可以看出，電池的循環(huán)性能好，充放電效 率高。對比試驗例準確稱取56. 00公斤磷酸鐵鋰、乙炔黑1. 00公斤、2. 00公斤鱗片石墨、PVDF5. 00 公斤、N-甲基吡咯烷酮(NMP)85. 00公斤，通過真空攪拌配制成正極漿料，用涂布工藝制 成正極極片，涂料量為31. 00士2. 00g ；準確稱取36. 00公斤負極石墨、乙炔黑2. 50公斤、 CMC0. 50公斤、1. 10公斤SBR、去離子水50. 00公斤，通過真空攪拌配制成負極漿料，用涂布 工藝制成負極極片，涂料量為18. 00士 1. 00g。然后添加隔膜，卷繞注液，做成電池，在室溫以 1C做充放電循環(huán)。對比結果如下
6 本發(fā)明的最大特點就是極片之間的偏差很小，特別適合應用于動力電池中的電池 組的串并，配組率大大提高。以上僅是本發(fā)明的具體應用范例，對本發(fā)明的保護范圍不構成任何限制。凡采用 等同變換或者等效替換而形成的技術方案，均落在本發(fā)明權利保護范圍之內。
權利要求
一種鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于，該方法主要包括備料、通過混煉制備喂料、注塑、干燥、壓片的工藝過程。
2.根據(jù)權利要求1的所述方法，其中，在備料步驟中，制備極片所用的原料由粉和膠組 成，其中粉由正極或負極活性物質和導電劑組成，膠由粘接劑和添加劑組成，粉和膠的比例 為4 32 1。
3.根據(jù)權利要求2的所述方法，其中，粉中各組分所占的質量百分比正極或負極活性 物質85 98%，導電劑2 15%;膠中各組分所占的質量百分比粘接劑80 96%，添 加劑4 20%。
4.根據(jù)權利要求2或3的所述方法，其中，正極活性物質為層狀化合物，其化學式為 LiM02，其中M為Ni，Mn, Co中的一種或幾種；尖晶石化合物，其化學式為LiMn204 ；橄欖石結 構物質，其化學式為LiFeP04或上述物質的改性物質或者上述物質中的一種或多種組合；負極活性物質為炭材料或過渡金屬氧化物或它們的組合；導電劑是導電石墨、乙炔黑以及導電高分子物質中的一種或幾種的組合；粘接劑是一種或多種熱塑性樹脂；添加劑是丙三醇、蓖麻油、油酸、非離子型土溫中的一種或多種的組合。
5.根據(jù)權利要求1-3中任一所述的方法，其中，混煉是在混煉機中進行，混煉的溫度為 80 350°C，混煉的時間為7 24小時。
6.根據(jù)權利要求1-3中任一所述的方法，其中，注塑是用注塑機完成，注塑的溫度為 80 350°C，注塑的壓力為20 140Mpa。
7.根據(jù)權利要求1-3中任一所述的方法，其中，極片的干燥在100 200°C真空干燥， 時間為10 20小時。
8.根據(jù)權利要求1-3中任一所述的方法，其中，壓片所用的設備為平壓機，壓力為20 200MPa。
9.一種鋰離子電池極片，其特征在于，所述的極片是由如權利要求1-9中任一所述的 方法制備得到。
10.一種鋰離子電池，包括正、負極電池極片，隔膜和電解液，其特征在于，所述的正、負 極電池極片是權利要求9所述的鋰離子電池極片。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種全新的鋰離子電池極片的制備方法，其主要操作步驟為通過混煉制備喂料，用注塑成型機對喂料進行精密計量注塑到集流體上，通過平壓機壓實。所用原料由粉和膠組成，其中粉由正極或負極活性物質和導電劑組成，膠由粘接劑和添加劑組成，粉和膠的比例為4～32∶1。根據(jù)此方法制備的鋰離子電池極片和進而制作的鋰離子電池具有制作成本低，極片的均一性和重復性高，極片的壓實密度高，電池的體積容量高等優(yōu)點。
文檔編號H01M4/62GK101894944SQ20101023644
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月26日 優(yōu)先權日2010年7月26日
發(fā)明者邢長生 申請人:超威電源有限公司