一种电池极片及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种电池极片及其制造方法，电池极片包括集流体与设置在集流体的至少一个表面上的电极原片；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；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。本发明专利技术的电池极片机械强度大、能量密度高，制造本发明专利技术的电池极片的工艺简单、高效。高效。高效。

【技术实现步骤摘要】
一种电池极片及其制造方法


[0001]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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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％。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]针对以上技术问题，提出本专利技术。

技术实现思路

[0010]本专利技术公开了一种电池极片，电池极片包括集流体与设置在集流体的至少一个表面上的电极原片；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；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。
[0011]进一步的，电池极片包括设置在集流体的两个相对的表面上的电极原片。
[0012]进一步的，集流体表面粗糙度轮廓曲线的最大高度粗糙度Rz为0.05μm～10μm。
[0013]进一步的，集流体表面粗糙度轮廓曲线的最大高度粗糙度Rz为0.5μm～5μm。
[0014]进一步的，集流体上设置有贯穿孔，开孔的孔径为0.01mm至5.0mm，开孔集流体的孔隙率为10％至80％。
[0015]进一步的，开孔集流体的孔隙率为20％～40％。
[0016]进一步的，开孔集流体的厚度为3μm～25μm。
[0017]进一步的，开孔集流体的厚度为5μm～15μm。
[0018]进一步的，设置在集流体两个相对的表面上的电极原片的电极材料相互接触或融合。
[0019]进一步的，电极材料包括粘结剂，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％。
[0020]进一步的，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0.8％～3.0％。
[0021]进一步的，电极原片包括载体膜、电极材料层、粘结剂层，电极材料层包括电极活性材料与粘结剂，电极材料层中的粘结剂占电极材料的总重量的比例为0.2％～1％，粘结剂层包括粘结剂与导电剂，粘结剂层中的粘结剂占电极材料的总重量的比例为0.2％～1.5％。
[0022]进一步的，粘结剂层的厚度为0.05μm～10μm。
[0023]进一步的，粘结剂层的厚度为0.1μm～3μm。
[0024]进一步的，电极原片包括载体膜、电极材料层、涂炭层，电极材料层包括电极活性材料与粘结剂，电极材料层中的粘结剂占电极材料的总重量的比例为0.2％～1％，粘结剂
层包括粘结剂与导电剂，导电剂选自碳纳米管、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，涂炭层中的粘结剂占电极材料的总重量的比例为0.2％～1.5％。
[0025]进一步的，涂炭层的厚度为0.05μm～10μm。
[0026]进一步的，涂炭层的厚度为0.2μm～5μm；电极材料还包括溶剂，溶剂的质量占电极材料总质量的10％～30％。
[0027]进一步的，集流体料辊，用于提供集流体；第一原片料辊与第二原片料辊，用于提供第一电极原片与第二电极原片；传动装置，用于驱动集流体、电极原片以及直接或间接的驱动集流体料辊、第一原片料辊、第二原片料辊的运动；电池极片压合辊，用于从流体的两个表面上同时将第一电极原片、第二电极原片同时压合在集流体上。
[0028]上述
技术实现思路
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池极片，所述电池极片包括集流体与设置在所述集流体的至少一个表面上的电极原片；所述电极原片包括载体膜与设置在载体膜上的电极材料；所述载体膜的成分包括树脂，所述载体膜具有承托表面以及与所述承托表面相对设置的堆叠表面，所述承托表面与所述堆叠表面具有相异的表面性能；所述承托表面用于承载电极材料；所述堆叠表面用于提供摩擦力；所述载体膜的厚度为10μm～400μm，拉伸强度Rm为10～300Mpa；所述堆叠表面的算数平均粗糙度Ra为0.1～5.0μm；所述电极材料包括正极或负极活性物质，所述正极或负极活性物质用于可逆地嵌入和脱嵌锂。2.根据权利要求1所述的一种电池极片，其特征在于：所述电池极片包括设置在所述集流体的两个相对的表面上的电极原片。3.根据权利要求1至2任意一项所述的一种电池极片，其特征在于：所述集流体表面粗糙度轮廓曲线的最大高度粗糙度Rz为0.05μm～10μm。4.根据权利要求3所述的一种电池极片，其特征在于：所述集流体表面粗糙度轮廓曲线的最大高度粗糙度Rz为0.5μm～5μm。5.根据权利要求1所述的一种电池极片，其特征在于：所述集流体上设置有贯穿孔，所述开孔的孔径为0.01mm至5.0mm，所述开孔集流体的孔隙率为10％至80％。6.根据权利要求5所述的一种电池极片，其特征在于：所述开孔集流体的孔隙率为20％～40％。7.根据权利要求5至6任意一项所述的一种电池极片，其特征在于：所述开孔集流体的厚度为3μm～25μm。8.根据权利要求7所述的一种电池极片，其特征在于：所述开孔集流体的厚度为5μm～15μm。9.根据权利要求2所述的一种电池极片，其特征在于：设置在集流体两个相对的表面上的电极原片的电极材料相互接触或融合。10.根据权利要求9所述的一种电池极片，其特征在于：所述电极材料包括粘结剂，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％。11.根据权利要求10所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏超华，高曦，
申请(专利权)人：苏州市新广益电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：