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CN103515573A - 一种负极极片 - Google Patents

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李白清
李吉蓉
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Abstract

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种负极极片；包括基板、第一涂层和第二涂层，所述第一涂层为涂覆于所述基板，所述第二涂层涂覆于所述第一涂层；其中，所述第二涂层，所述第二涂层采用的磁化处理，使得所述第二涂层颗粒的(002)平面垂直于所述基板平面。通过本发明不仅降低了极片在充电及循环过程中沿厚度方向的膨胀，降低电芯在充电及循环过程中的厚度膨胀比例，而且彻底改善了极片沿长度和宽度方向的膨胀导致与基板的脱离问题，改善电芯的充放电过程中的循环可靠性和安全性。

Description

一种负极极片
技术领域
本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种负极极片。
背景技术
锂离子电池因为具有较高的能力密度、循环寿命长、机械性能较优、环境友好等特点，被广泛的应用到各种消费电子产品、各种电动汽车上以及风能太阳能储能设备上。电池的能量密度的要求越来越高，要求所使用的正负极材料的克容量也越来越高；如负极会采用较高克容量的石墨材料以及硅合金；但是高克容量的负极材料同时带来了充电以及循环过程中的较大的膨胀问题，这样会给电芯带来变形、循环跳水以及其他的安全可靠性的问题。
磁化作用可以改变负极极片的晶格取向，使其趋向于各向同性，这样将会使极片充电过程中沿厚度方向的膨胀量，将会均匀到极片的长度和宽度方向，从而降低了负极沿厚度方向较大的膨胀量带来的严重后果；同时发现到，充电过程中极片沿长度和宽度方向的膨胀导致了极片从基板上严重的脱落问题，严重影响到电芯的安全性和可靠性而急需解决。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种负极极片，此极片不但有效的改善了充电及循环过程中极片沿厚度方向的膨胀量，同时又能够保证极片与基板之间有较强的粘接力而不发生脱膜问题。
为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：一种负极极片，包括基板、第一涂层和第二涂层，所述第一涂层为涂覆于所述基板，所述第二涂层涂覆于所述第一涂层；其中，所述第二涂层采用的磁化处理，使得所述第二涂层颗粒的(002)平面垂直于所述基板平面，所述（002）平面是（002）晶面，值得注意的是（002）晶面不单是指一个平面，在晶体中所有和它平行的平面都是；所述第一涂层和所述第二涂层所使用的工艺可以是浸涂、凹版印刷、喷涂、刮刀涂布或挤压涂布。
作为本发明所述的负极极片的一种改进，所述第一涂层为导电剂、粘接剂和分散剂中的至少一种；所述第一涂层是涂覆在基板上的导电弹性涂层，具有较强的粘接性、导电性和伸缩性能。
作为本发明所述的负极极片的一种改进，所述第二涂层为活性物质、导电剂、粘接剂和分散剂中的至少两种。
作为本发明所述的负极极片的一种改进，所述导电剂为纳米碳黑颗粒、纳米碳管和纳米碳短棒中的至少一种。
作为本发明所述的负极极片的一种改进，所述粘接剂为丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、偏氟乙烯－六氟丙烯聚合物、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠、丁二烯－丙烯腈聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸－苯乙烯聚合物、聚合物单体的共聚物和聚合物的共聚物中的至少一种。
作为本发明所述的负极极片的一种改进，所述分散剂为羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯－六氟丙烯聚合物、聚丙烯腈、聚磷酸钠、聚合物单体的共聚物和聚合物的共聚物中的至少一种。
作为本发明所述的负极极片的一种改进，所述第一涂层的厚度为0.2μm-100μm，所述第一涂层作为过渡层具有较强的粘接性，能够保证所述第一涂层、所述基板及第二涂层之间有着较强的粘接力，同时具有优良的伸缩性能，会随着第二涂层在充电及循环过程中沿长度和宽度方向的膨胀而产生延伸，并且从一定程度上抑制第二涂层沿长度和宽度方向的膨胀。
作为本发明所述的负极极片的一种改进，所述活性物质为人造石墨、天然石墨、硅合金和锡合金中的至少一种。
作为本发明所述的负极极片的一种改进，所述第二涂层的厚度为1μm-1000μm。所述的第二涂层的涂布过程可以采用磁化处理，磁场强度为100Gs-50000Gs；磁化发生的位置为烘干前和烘干过程中。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供双层结构的涂布方法中第二涂层采用的磁化处理，使得极片颗粒的(002)平面垂直于基材平面，这一层的充电或者循环过程中的膨胀沿着膜片厚度的膨胀会全部或者部分转移到极片长度和宽度方向上，这样降低了膜片在充电或者循环过程中的厚度方向的膨胀；与此同时本发明的双层结构又提供第一涂层作为过渡层具有较强的粘结性，能够保证第一涂层与基板及第二涂层之间有着较强的粘结力，同时具有优良的伸缩性能，会随着第二涂层在充电及循环过程中沿长度和宽度方向的膨胀而产生延伸，并且从一定程度上抑制第二涂层沿长度和宽度方向的膨胀。这样能够有效改善充电及循环过程中极片沿厚度方向的膨胀量，同时又能够保证极片与基板之间有较强的粘结力而不发生脱膜问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本发明两层结构的实现流程可以是，第一层涂布                                                
Figure 238830DEST_PATH_IMAGE001
完全烘干
Figure 788497DEST_PATH_IMAGE001
第二层涂布
Figure 651411DEST_PATH_IMAGE001
完全烘干、第一层涂布
Figure 875719DEST_PATH_IMAGE001
部分烘干
Figure 874899DEST_PATH_IMAGE001
第二层涂布
Figure 96933DEST_PATH_IMAGE001
完全烘干或第一层涂布
Figure 509460DEST_PATH_IMAGE001
第二层涂布
Figure 973677DEST_PATH_IMAGE001
完全烘干其中的任何一种。
实施例1，本发明的双层结构的实现流程为：第一涂层2浆料分散
Figure 92943DEST_PATH_IMAGE001
第一涂层2的涂布
Figure 282616DEST_PATH_IMAGE001
第一涂层2完全烘干第二涂层3浆料分散
Figure 623915DEST_PATH_IMAGE001
第二涂层3的涂布
Figure 361802DEST_PATH_IMAGE001
第二涂层3的磁化第二涂层3完全烘干。
第一涂层2的中包含纳米碳黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶，其中比例为纳米碳黑0.65、羧甲基纤维素钠0.10、丁苯橡胶0.25，通过双行星搅拌机分散制备出均匀的浆料；第一涂层2通过凹版印刷工艺涂在基材为8μm的铜箔上，涂层干膜厚度为4μm。
第二涂层3中包含石墨、纳米碳黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶，其中比例为石墨0.96 、纳米碳黑0.01、羧甲基纤维素钠0.01、丁苯橡胶0.02，通过双行星搅拌机分散制备出均匀的浆料；第二涂层3通过转移涂布工艺涂在含有第一涂层2的铜箔上，涂层干膜厚度为120 um，在第二涂层3的干燥前进行磁化处理，磁场强度为7000 Gs，磁力线垂直穿过膜片，处理的时间5S。
将上述方法制备的极片通过碾压、分切、卷绕、注液、化成工序制备软包装方块电芯。
实施例2，本发明的双层结构的实现流程为：第一涂层2浆料分散第一涂层2的涂布
Figure 354663DEST_PATH_IMAGE001
第一涂层2部分烘干
Figure 245258DEST_PATH_IMAGE001
第二涂层3浆料分散第二涂层3的涂布
Figure 25050DEST_PATH_IMAGE001
第二涂层3的磁化
Figure 198543DEST_PATH_IMAGE001
第二涂层3完全烘干。
第一涂层2的中包含纳米碳管、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮和偏氟乙烯－六氟丙烯聚合物，其中比例为纳米碳管0.6、聚丙烯酸0.05、聚偏氟乙烯0.05、聚乙烯吡咯烷酮0.15、偏氟乙烯－六氟丙烯聚合物0.25，通过双行星搅拌机分散制备出均匀的浆料；第一涂层2通过刮刀涂布或挤压涂布工艺涂在基材为8μm的铜箔上，涂层干膜厚度为12μm。
第二涂层3中包含天然石墨、纳米碳管、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮和偏氟乙烯－六氟丙烯聚合物，其中比例为天然石墨0.6、纳米碳管0.15、聚丙烯酸0.1、聚偏氟乙烯0.05、聚乙烯吡咯烷酮0.15和偏氟乙烯－六氟丙烯聚合物0.05，通过双行星搅拌机分散制备出均匀的浆料；第二涂层3通过挤压涂布工艺涂在含有第一涂层2的铜箔上，涂层干膜厚度为200um，在第二涂层3的干燥前进行磁化处理，磁场强度为7500 Gs，磁力线垂直穿过膜片，处理的时间6S。
将上述方法制备的极片通过碾压、分切、卷绕、注液、化成工序制备软包装方块电芯。
实施例3，本发明的双层结构的实现流程为：第一涂层2浆料分散
Figure 146907DEST_PATH_IMAGE001
第一涂层2的涂布
Figure 52546DEST_PATH_IMAGE001
第二涂层3浆料分散
Figure 148678DEST_PATH_IMAGE001
第二涂层3的涂布
Figure 797965DEST_PATH_IMAGE001
第二涂层3的磁化
Figure 99371DEST_PATH_IMAGE001
第一涂层2和第二涂层3完全烘干。
第一涂层2的中包含纳米碳短棒、丁二烯－丙烯腈聚合物、聚丙烯酸、聚磷酸钠和聚合物单体的共聚物，其中比例为纳米碳短棒0.6、丁二烯－丙烯腈聚合物0.05、聚丙烯酸0.05、聚磷酸钠0.15和聚合物单体的共聚物0.25，通过双行星搅拌机分散制备出均匀的浆料；第一涂层2通过喷涂工艺涂在基材为8μm的铜箔上，涂层干膜厚度为20μm。
第二涂层3中包含硅合金、纳米碳短棒、丁二烯－丙烯腈聚合物、聚丙烯酸、聚磷酸钠和聚合物单体的共聚物，其中比例为硅合金0.6、纳米碳短棒0.1、丁二烯－丙烯腈聚合物0.1、聚丙烯酸0.1、聚磷酸钠0.05和聚合物单体的共聚物0.05，通过双行星搅拌机分散制备出均匀的浆料；第二涂层3通过喷涂工艺涂在含有第一涂层2的铜箔上，涂层干膜厚度为300um，在第二涂层3的干燥前进行磁化处理，磁场强度为7500 Gs，磁力线垂直穿过膜片，处理的时间6S。
将上述方法制备的极片通过碾压、分切、卷绕、注液、化成工序制备软包装方块电芯。
实施例4，与实施例1不同之处在于，第一涂层2的中包含纳米碳短棒、聚丙烯酸甲酯，聚丙烯酸乙酯和聚合物的共聚物，其中比例为纳米碳短棒0.65、聚丙烯酸甲酯0.15、聚丙烯酸乙酯0.1和聚合物的共聚物0.1；第二涂层3中包含锡合金、聚丙烯酸甲酯，聚丙烯酸乙酯和聚合物的共聚物，其中比例为锡合金0.55、聚丙烯酸甲酯0.15，聚丙烯酸乙酯0.15和聚合物的共聚物0.15。
其它与实施例1相同，这里不再赘述。
比较例1，比较例1的涂层结构的实现流程为：浆料分散
Figure 238229DEST_PATH_IMAGE001
涂布
Figure 759340DEST_PATH_IMAGE001
干燥。
比较例1涂层中包含石墨、纳米碳黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶，其中比例为石墨0.96 、纳米碳黑0.01、羧甲基纤维素钠0.01、丁苯橡胶0.02，通过双行星搅拌机分散制备出均匀的浆料；比较例1的涂层通过转移涂布工艺涂在8 um的铜箔上，涂层干膜厚度为120 um。
将上述方法制备的极片通过碾压、分切、卷绕、注液、化成工序制备软包装方块电芯。
比较例 2，比较例2的涂层结构的实现流程为：浆料分散
Figure 946739DEST_PATH_IMAGE001
涂布
Figure 869695DEST_PATH_IMAGE001
磁化干燥。
比较例2的涂层中包含石墨、纳米碳黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶，其中比例为石墨0.96 纳米碳黑0.01，羧甲基纤维素钠0.01，丁苯橡胶0.02，通过双行星搅拌机分散制备出均匀的浆料；对比例2涂层通过转移涂布工艺涂在8 um的铜箔上，涂层干膜厚度为120 um；在涂层干燥前进行磁化处理，磁场强度为7000 Gs，磁力线垂直穿过膜片，处理的时间5S。
将上述方法制备的极片通过碾压、分切、卷绕、注液、化成工序制备软包装方块电芯。
将实施例1-4、比较例1和比较例2的电芯先以0.5C的倍率恒流充电至4.2伏，再在4.2伏的电压下横压充电至0.05C，然后将电芯在干燥房中拆解观察极片与基板之间的粘接情况，并测量极片的厚度计算从碾压到4.2V下极片的厚度膨胀比例，每组统计5枚电芯，结果如下：
Figure 179454DEST_PATH_IMAGE002
。

Claims (9)

1.一种负极极片，包括基板、第一涂层和第二涂层，所述第一涂层为涂覆于所述基板，所述第二涂层涂覆于所述第一涂层；其特征在于：所述第二涂层采用的磁化处理，使得所述第二涂层颗粒的(002)平面垂直于所述基板平面。
2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于：所述第一涂层为导电剂、粘接剂和分散剂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于：所述第二涂层为活性物质、导电剂、粘接剂和分散剂中的至少两种。
4.根据权利要求2所述的负极极片，其特征在于：所述导电剂为纳米碳黑颗粒、纳米碳管和纳米碳短棒中的至少一种。
5.根据权利要求2或3所述的负极极片，其特征在于：所述粘接剂为丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、偏氟乙烯－六氟丙烯聚合物、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠、丁二烯－丙烯腈聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸－苯乙烯聚合物、聚合物单体的共聚物和聚合物的共聚物中的至少一种。
6.根据权利要求2或3所述的负极极片，其特征在于：所述分散剂为羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯－六氟丙烯聚合物、聚丙烯腈、聚磷酸钠、聚合物单体的共聚物和聚合物的共聚物中的至少一种。
7.根据权利要求2所述的负极极片，其特征在于：所述第一涂层的厚度为0.2μm-100μm。
8.根据权利要求3所述的负极极片，其特征在于：所述活性物质为人造石墨、天然石墨、硅合金和锡合金中的至少一种。
9.根据权利要求3所述的负极极片，其特征在于：所述第二涂层的厚度为1μm-1000μm。
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