极片及其制备方法和锂电池与流程

1.本发明属于锂离子电池制备领域，具体涉及一种极片及其制备方法和锂电池。


背景技术：

2.锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命和环境友好等优点，是应用范围最广和最有发展前景的储能器件之一，在现代社会中发挥着越来越重要的作用。锂离子电池目前已广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机、电动汽车、储能电站、航空航天等各个领域，随着相关领域的快速发展，其对锂离子电池性能提出了更高的性能要求。目前，锂离子电池的能量密度已经无法满足相关领域不断增长的性能需求，提升锂离子电池的能量密度是各锂离子电池企业面临的一大难题。
3.现阶段提升能量密度的方法主要有以下几种：1.提升正负极活性物质的比容量，一般选用克容量更高的三元正极材料或富锂锰基正极，通过元素比例微调，改善加工工艺，进行掺杂/包覆优化，进而提升压实密度，提高应用电压，提高容量。负极采用石墨+硅复合，进而提升负极比容量。2.改善电池制备工艺，例如提高正、负极极片压实密度，提升单位体积内活性物质占比。3.减少非活性物质占比；即降低导电剂、粘结剂、电解液、集流体等非活性物质在锂离子电池中的占比。其中箔材超薄化是以上方法中最简单有效的方法，一般集流体重量占单体电池总重量的10％-15％，通过箔材超薄化设计可有效降低箔材占电池重量的1％-5％，进而提升单体电池比能量2wh/kg-10wh/kg。但是随着集流体减薄，箔材抗拉强度、延伸率、耐热性和耐腐蚀性将受到较大影响，尤其拉伸强度降低将造成极片在涂布、碾压、分切等过程中出现边缘褶皱甚至断带现象，严重影响了超薄箔材的推广使用及电池生产效率及合格率。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种极片及其制备方法和锂电池。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
6.一种极片，包括箔材、设置在所述箔材上的活性物质层以及设置在所述活性物质层左右两侧的胶层，所述胶层为左右设置的至少一条。
7.具体的，包括正极片和/或负极片；所述正极片的箔材为铝箔；所述负极片的箔材为铜箔；
8.优选的，所述铝箔厚度为6-15μm；所述铜箔厚度为4-8μm；
9.优选的，所述铝箔厚度为9μm；所述铜箔厚度为4.5μm。
10.具体的，所述胶层为左右设置的一条，所述胶层的宽度为0.2-10mm，厚度为10-100μm；优选的，所述胶层的宽度为3mm，厚度为15μm；
11.所述胶层距离箔材左右方向上的边缘的距离为0-3mm；优选的，所述胶层距离箔材左右方向上的边缘的距离为1mm；
12.所述胶层距离活性物质层左右方向上的边缘的距离为0-3mm；优选的，所述胶层距离活性物质层左右方向上的边缘的距离为1mm。
13.具体的，其特征在于，所述胶层为左右设置的两条，分别为靠近所述活性物质层(1)的第一胶层(3)以及远离所述活性物质层(1)的第二胶层(4)；
14.优选的，所述第二胶层(4)的厚度大于所述第一胶层(3)的厚度。
15.具体的，所述第一胶层(3)的宽度为0.2-10mm；优选的，所述第二胶层(4)的宽度为0.2-10mm；
16.优选的，所述第一胶层(3)的宽度与所述第二胶层(4)的宽度相等；
17.优选的，所述第一胶层(3)的厚度为10-100μm；优选的，所述第二胶层(4)的厚度为10-100μm；优选的，所述第二胶层(4)的厚度为30μm，所述第一胶层(3)的厚度为15μm；
18.所述第二胶层(4)距离箔材左右方向上的边缘的距离为0-3mm；优选的，所述第二胶层(4)距离箔材左右方向上的边缘的距离为1mm。
19.具体的，所述第一胶层(3)与所述第二胶层(4)的距离为0-1mm；优选的，所述第一胶层与所述第二胶层的距离为0.3mm。
20.具体的，所述胶层为丙烯酸聚合物、丁苯橡胶溶液或聚丙烯腈溶液中的一种或多种混合制成的胶液涂布而成。
21.本发明还包括一种所述的极片的制备方法，包括下述步骤：步骤s1：制备活性物质浆料；所述的活性物质浆料为负极浆料和/或正极浆料；步骤s2：将步骤s1制备的活性物质浆料在箔材表面进行涂布，在涂布的过程中同时在箔材两侧边缘进行胶层的涂布。
22.所述负极浆料采用下述方式制备：将胶液按比例分为两份，得到第一胶液和第二胶液；将第一胶液和导电剂加入至双行星式匀浆机中进行均匀混合，得到第一浆料；将部分负极主料加入至第一浆料中，进行首次真空分散搅拌操作，得到第二浆料；将另一部分负极主料加入至第二浆料中，再进行二次真空分散搅拌操作，得到第三浆料；向第二浆料中加入第二胶液，并加入水，进行三次真空分散搅拌操作，得到负极浆液；优选的，负极主料、胶液、导电剂的质量比为97:2：1。
23.所述的正极浆料采用下述方式制备：(1)将胶液、线状导电剂混合搅拌得到混合浆料；(2)将点状导电剂加入到步骤(1)混合浆料中，经充分搅拌后得到浆料；(3)将第一部分正极活性物质与步骤(2)得到的混合浆料混合，进行二步搅拌，加入第二部分正极活性物质进行三步搅拌，得到最终的正极浆料；优选的，正极活性物质与、胶液、线状导电剂、以及点状导电剂的质量比为96:2:1:1。
24.本发明还包括一种锂电池，包括所述的极片。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
26.本发明通过在箔材边缘涂覆胶层，该胶层与箔材具有优异的粘结力，可提升超薄箔材的拉伸强度，作为优选的形式，涂覆两条胶层，且第二胶层的厚度大于第一胶层的厚度能够有效的改善超薄箔材在辊压中活性物质区和空箔的延展不同而导致的褶皱和超薄箔材在涂布和辊压时拉伸过程出现的断带现象。有效的改善超薄极片的加工性能、提高成品率及锂离子电池生产效率。
附图说明
27.图1示出本发明实施例的极片的示意图；
28.图中：1，活性物质层；2，箔材；3，第一胶层；4，第二胶层。
具体实施方式
29.为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
30.首先制备本技术所有实施例以及对比例所需的活性物质浆料；本技术中如无特殊说明，百分含量均为质量百分含量。
31.负极浆料的制备可以采用下述手段；先将胶液等比例分成两份，得到第一胶液和第二胶液；将第一胶液和导电剂加入至双行星式匀浆机中进行均匀混合，得到第一浆料；将部分负极主料加入至第一浆料中，进行首次真空分散搅拌操作，得到第二浆料；将另另一部分负极主料加入至第二浆料中，再进行二次真空分散搅拌操作，得到第三浆料；向第三浆料中加入第二胶液，并加入水，进行三次真空分散搅拌操作，得到负极浆液；其中，负极主料、胶液、导电剂常见的质量比为97:2：1。
32.正极浆料的制备可以采用下述手段：(1)将胶液、线状导电剂混合搅拌得到混合浆料；(2)将点状导电剂加入到步骤(1)的混合浆料中，经充分搅拌后得到浆料；(3)将第一部分正极活性物质与步骤(2)得到的混合浆料混合，进行二步搅拌，加入第二部分正极活性物质进行三步搅拌，得到最终的正极浆料。其中，正极活性物质、胶液、线状导电剂、以及点状导电剂的常见质量比为96:2:1:1。
33.具体到本技术中，以下述制备方式进行示例性说明：
34.负极浆料的制备；先将聚丙烯酸paa胶液等比例分成两份，得到第一胶液和第二胶液；将第一胶液和导电剂碳纳米管cnt加入至双行星式匀浆机中进行均匀混合，得到第一浆料；将负极石墨的一半加入至第一浆料中，进行首次真空分散搅拌操作，得到第二浆料；将另外一半的负极石墨加入至第二浆料中，再进行二次真空分散搅拌操作，得到第三浆料；向第三浆料中加入第二胶液，并加入水，进行三次真空分散搅拌操作，得到负极浆液；其中，负极石墨、聚丙烯酸paa胶液、导电剂碳纳米管cnt的质量比为97:2：1。
35.所述的正极浆料的制备：(1)将聚偏氟乙烯pvdf胶液、导电剂碳纳米管cnt混合搅拌得到混合浆料；(2)将炭黑导电剂加入到步骤(1)混合浆料中，经充分搅拌后得到浆料；(3)将正极活性物质ncm(三元正极材料)的一半与步骤(2)得到的混合浆料混合，进行二步搅拌，加入另一半的正极活性物质ncm(三元正极材料)进行三步搅拌，得到最终的正极浆料。其中，ncm三元正极材料、聚偏氟乙烯pvdf胶液、碳纳米管导电剂cnt、以及炭黑导电剂的质量比为96:2:1:1。
36.本技术中以极片的长度方向为上下方向，以极片的宽度方向为左右方向。
37.实施例1
38.含有所述胶层为左右设置的单条的极片的锂离子电池的制备：1)所述胶层为左右设置的单条的负极极片的制备：用上述制备得到的负极浆料进行涂布得到负极活性物质层，在涂布负极活性物质层1的过程中同时在箔材左右两侧边缘进行单条胶层的涂布；胶层的宽度为3mm，厚度为15μm；负极所用箔材为铜箔，厚度为4.5μm，胶层到活性物质层1的距离
为1mm；胶层到箔材左右方向上边缘的距离为1mm。2)将得到的极片组装成锂离子电池。
39.上述的胶层可以为丙烯酸聚合物、丁苯橡胶溶液或聚丙烯腈溶液中的一种或多种混合制成的胶液涂布而成，本实施例中采用丙烯酸聚合物。
40.同时，本技术的实施方案中对于负极的单条胶层的涂布，分别设置了胶层的宽度为0.2mm、1mm、5mm、10mm，厚度分别为10μm、50μm、100μm；负极所用箔材为铜箔，厚度为4μm、6μm、8μm，胶层距离箔材左右方向上边缘的距离为0mm、2mm、3mm，胶层距离活性物质层1左右方向上边缘的距离为0mm、2mm、3mm，结果表明，增加单条胶层相对于对比例1中的未增加胶层，均能不同程度的改善极片的褶皱和断裂，其中，又以实施例1的参数为佳，即胶层的宽度为3mm，厚度为15μm；负极所用箔材为铜箔，厚度为4.5μm，胶层到活性物质层1的距离为1mm，胶层到箔材边缘的距离为1mm。
41.本实施例提供的极片，包括箔材2、设置在箔材2上的活性物质层1以及设置在活性物质层1左右两侧的胶层，胶层为左右设置的一条，其中，胶层的宽度为3mm，厚度为15μm；负极所用箔材为铜箔，厚度为4.5μm，胶层到活性物质层1的距离为1mm；胶层到箔材左右方向上边缘的距离为1mm。
42.实施例2
43.含有所述胶层为左右设置的单条的极片的锂离子电池的制备：1)所述胶层为左右设置的单条的正极极片的制备：用上述正极浆料进行涂布，在正极涂布的过程中同时在极片两侧边缘进行胶层涂布，胶层的宽度为3mm，厚度为15μm；正极所用箔材为铝箔，厚度为9μm，胶层到箔材边缘的距离为1mm，胶层到活性物质层1的距离为1mm；2)将得到的极片组装成锂离子电池。
44.同时，本技术的实施方案中对于正极的单条胶层的涂布，分别设置了胶层的宽度为0.2mm、1mm、5mm、10mm，厚度分别为10μm、50μm、100μm；正极所用箔材为铝箔，厚度为6μm、10μm、15μm，胶层到箔材边缘的距离为0mm、2mm、3mm，胶层到活性物质层1边缘的距离为0mm、2mm、3mm，结果表明，增加胶层相对于对比例2中的未增加胶层，均能不同程度的改善极片的褶皱和断裂，其中，又以实施例2的参数为佳，即胶层的宽度为3mm，厚度为15μm；正极所用箔材为铝箔，厚度为9μm，胶层到箔材边缘的距离为1mm，胶层到活性物质1边缘的距离为1mm。
45.本实施例提供的极片，包括箔材2、设置在箔材2上的活性物质层1以及设置在活性物质层1左右两侧的胶层，胶层为左右设置的一条，其中，胶层的宽度为3mm，厚度为15μm；正极所用箔材为铝箔，厚度为4.5μm，胶层到活性物质层1的距离为1mm；胶层到箔材左右方向上边缘的距离为1mm。
46.实施例3
47.含有所述胶层为左右设置的两条胶层的极片的锂离子电池的制备：1)所述胶层为左右设置的两条的负极极片的制备：用上述负极浆料进行涂布，在负极涂布的过程中同时在箔材两侧边缘各涂布两条胶层(图1示出)，分别为靠近活性物质层的第一胶层3以及远离活性物质层的第二胶层4。第一胶层3的厚度为15μm，第二胶层4的厚度为30μm，第一胶层3到第二胶层4的距离为0.3mm，负极所用箔材为铜箔，厚度为4.5μm，第一胶层3以及第二胶层4的宽度均为3mm，第二胶层4到箔材边缘的距离为1mm，第一胶层3到活性物质层1的距离为1mm。2)将得到的极片组装成锂离子电池。
48.同时，本技术的实施方案中对于负极的双条胶层的涂布，分别设置了第一胶层3的
宽度为0.2mm、1mm、5mm、10mm，厚度分别为10μm、50μm、100μm；第二胶层4的宽度为0.2mm、1mm、5mm、10mm，厚度分别为10μm、50μm、100μm；负极所用箔材为铜箔，厚度为4μm、6μm、8μm；第一胶层3到第二胶层4的距离为0mm、0.4mm、1mm；第二胶层4到箔材边缘的距离为0mm、2mm、3mm；第一胶层3到活性物质层1的距离为0mm、2mm、3mm；结果表明，增加双条胶层相对于实施例1中增加单条胶层，双条胶层均能不同程度的改善极片的褶皱和断裂；
49.同时，本技术的实施方案中测试了对于第一胶层3以及第二胶层4的厚度的比例进行了测试，分别测试了第一胶层3与第二胶层4的厚度比例为1:3、1:2、1:1、2:1、3:1，且第一胶层3的厚度为15μm，结果表明第一胶层3与第二胶层4的厚度比例为1:2时，即第一胶层3的厚度为15μm，第二胶层4的厚度为30μm时效果为最佳。
50.本实施了提供的极片，包括箔材2、设置在箔材2上的活性物质层1以及设置在活性物质层1左右两侧的胶层，胶层为左右设置的两条，分别为靠近活性物质层1的第一胶层3以及远离活性物质层1的第二胶层4，第二胶层4的厚度大于第一胶层3的厚度。其中，第一胶层3的厚度为15μm，第二胶层4的厚度为30μm，第一胶层3到第二胶层4的距离为0.3mm，负极所用箔材为铜箔，厚度为4.5μm，第一胶层3以及第二胶层4的宽度均为3mm，第二胶层4到箔材边缘的距离为1mm。
51.实施例4
52.含有所述胶层为左右设置的两条胶层的极片的锂离子电池的制备：1)所述胶层为左右设置的两条的正极极片的制备：用上述正极浆料进行涂布，在正极涂布的过程中同时在极片两侧边缘各涂两条胶层，分别为靠近活性物质层的第一胶层3以及远离活性物质层的第二胶层4。第一胶层3的厚度为15μm，第二胶层4的厚度为30μm，第一胶层3到第二胶层4的距离为0.3mm，正极所用铝箔选用厚度为9μm，第一胶层3以及第二胶层4的宽度为3mm，第二胶层4到箔材边缘的距离为1mm，第一胶层3到活性物质层1的距离为1mm。2)将得到的极片组装成锂离子电池。
53.同时，本技术的实施方案中对于正极的双条胶层的涂布，分别设置了第一胶层3的宽度为0.2mm、1mm、5mm、10mm，厚度分别为10μm、50μm、100μm；第二胶层4的宽度为0.2mm、1mm、5mm、10mm，厚度分别为10μm、50μm、100μm；正极所用箔材为铝箔，厚度为6μm、10μm、15μm，第一胶层3到第二胶层4的距离为0mm、0.4mm、1mm；第二胶层4到箔材边缘的距离为0mm、2mm、3mm；第一胶层3到活性物质层1的距离为0mm、2mm、3mm；结果表明，增加双条胶层相对于实施例2中增加单条胶层，双条胶层均能不同程度的改善极片的褶皱和断裂；
54.同时，本技术的实施方案中测试了对于第一胶层3以及第二胶层4的厚度的比例进行了测试，分别测试了第一胶层3与第二胶层4的厚度比例为1:3、1:2、1:1、2:1、3:1，且第一胶层3的厚度为15μm，结果表明第一胶层3与第二胶层4的厚度比例为1：2时，即第一胶层3的厚度为15μm，第二胶层4的厚度为30μm时效果为最佳。
55.本实施了提供的极片，包括箔材2、设置在箔材2上的活性物质层1以及设置在活性物质层1左右两侧的胶层，胶层为左右设置的两条，分别为靠近活性物质层1的第一胶层3以及远离活性物质层1的第二胶层4，第二胶层4的厚度大于第一胶层3的厚度。其中，第一胶层3的厚度为15μm，第二胶层4的厚度为30μm，第一胶层3到第二胶层4的距离为0.3mm，正极所用铝箔选用厚度为9μm，第一胶层3以及第二胶层4的宽度均为3mm，第二胶层4到箔材边缘的距离为1mm。
56.对比例1
57.对比例1与实施例1的区别是在负极涂布过程中未涂覆胶层，其余均与实施例1相同。
58.对比例2
59.对比例2与实施例2的区别是在正极涂布过程中未涂覆胶层，其余均与实施例1相同。
60.将各实施例和对比例分别完成涂布后，进行后续的辊压、分切和冲片工序，得到最终超薄极片。在超薄极片的制程过程中观察在涂覆、辊压和分切过程中极片断带和褶皱情况。
61.表1
[0062][0063]
结果如表1示出，通过在箔材边缘涂覆胶层，可提升超薄箔材的拉伸强度，减少褶皱以及断带；作为优选的形式，涂覆两条胶层，且第二胶层的厚度大于第一胶层的厚度能够有效的改善超薄箔材在辊压中活性物质区和空箔的延展不同而导致的褶皱和超薄箔材在涂布和辊压时拉伸过程出现的断带现象。有效的改善超薄极片的加工性能、提高成品率及锂离子电池生产效率。
[0064]
本发明的胶层还可设置为左右设置的三条、四条及以上，对应的各个胶层的参数将进行适应性调整，以使其实现较好的效果，本发明不再赘述。
[0065]
此外，对于本发明，本发明还提供了一种锂离子电池，其包含前面所述的极片。
[0066]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种极片，其特征在于，包括箔材(2)、设置在所述箔材(2)上的活性物质层(1)以及设置在所述活性物质层(1)左右两侧的胶层，所述胶层为左右设置的至少一条。2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，包括正极片和/或负极片；所述正极片的箔材为铝箔；所述负极片的箔材为铜箔；优选的，所述铝箔厚度为6-15μm；所述铜箔厚度为4-8μm；优选的，所述铝箔厚度为9μm；所述铜箔厚度为4.5μm。3.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，所述胶层为左右设置的一条，所述胶层的宽度为0.2-10mm，厚度为10-100μm；优选的，所述胶层的宽度为3mm，厚度为15μm；所述胶层距离箔材左右方向上的边缘的距离为0-3mm；优选的，所述胶层距离箔材左右方向上的边缘的距离为1mm；所述胶层距离活性物质层左右方向上的边缘的距离为0-3mm；优选的，所述胶层距离活性物质层左右方向上的边缘的距离为1mm。4.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，所述胶层为左右设置的两条，分别为靠近所述活性物质层(1)的第一胶层(3)以及远离所述活性物质层(1)的第二胶层(4)；优选的，所述第二胶层(4)的厚度大于所述第一胶层(3)的厚度。5.根据权利要求4所述的极片，其特征在于，所述第一胶层(3)的宽度为0.2-10mm；优选的，所述第二胶层(4)的宽度为0.2-10mm；优选的，所述第一胶层(3)的宽度与所述第二胶层(4)的宽度相等；优选的，所述第一胶层(3)的厚度为10-100μm；优选的，所述第二胶层(4)的厚度为10-100μm；优选的，所述第二胶层(4)的厚度为30μm，所述第一胶层(3)的厚度为15μm；所述第二胶层(4)距离箔材左右方向上的边缘的距离为0-3mm；优选的，所述第二胶层(4)距离箔材左右方向上的边缘的距离为1mm。6.根据权利要求5所述的极片，其特征在于，所述第一胶层(3)与所述第二胶层(4)的距离为0-1mm；优选的，所述第一胶层与所述第二胶层的距离为0.3mm。7.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述胶层为丙烯酸聚合物、丁苯橡胶溶液或聚丙烯腈溶液中的一种或多种混合制成的胶液涂布而成。8.一种权利要求1-7任一项所述的极片的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤s1：制备活性物质浆料；所述活性物质浆料为负极浆料和/或正极浆料；步骤s2：将步骤s1制备的活性物质浆料在箔材表面进行涂布，在涂布的过程中同时在箔材两侧边缘进行胶层的涂布。9.根据权利要求8所述的极片的制备方法，其特征在于，所述负极浆料采用下述方式制备：将胶液按比例分为两份，得到第一胶液和第二胶液；将第一胶液和导电剂加入至双行星式匀浆机中进行均匀混合，得到第一浆料；将部分负极主料加入至第一浆料中，进行首次真空分散搅拌操作，得到第二浆料；将另一部分负极主料加入至第二浆料中，再进行二次真空分散搅拌操作，得到第三浆料；向第二浆料中加入第二胶液，并加入水，进行三次真空分散搅拌操作，得到负极浆液；优选的，负极主料、胶液、导电剂的质量比为97:2：1；所述正极浆料采用下述方式制备：(1)将胶液、线状导电剂混合搅拌得到混合浆料；(2)将点状导电剂加入到步骤(1)混合浆料中，经充分搅拌后得到浆料；(3)将第一部分正极活性物质与步骤(2)得到的混合浆料混合，进行二步搅拌，加入第二部分正极活性物质进行三
步搅拌，得到最终的正极浆料；优选的，正极活性物质与、胶液、线状导电剂、以及点状导电剂的质量比为96:2:1:1。10.一种锂电池，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的极片。

技术总结
本发明属于锂离子电池制备领域，具体涉及一种极片及其制备方法和锂电池。极片包括箔材、设置在所述箔材上的活性物质层以及设置在所述活性物质层左右两侧的胶层，所述胶层为左右设置的至少一条。本发明通过在箔材边缘两侧涂覆两条胶层，该胶层与箔材具有优异的粘结力，可提升超薄箔材的拉伸强度。可提升超薄箔材的拉伸强度。可提升超薄箔材的拉伸强度。


技术研发人员：魏钢钢 王知常 李琳慈 马洪运
受保护的技术使用者：力神（青岛）新能源有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/28