一种复合箔材集流体的极片制备方法、极片及软包电池与流程

1.本发明涉及锂电池领域，特别涉及一种采用复合箔材集流体的极片制备方法、极片及软包电池。


背景技术：

2.锂电池生产过程中，通常选用金属箔材作为集流体，其中正极集流体选择铝箔，负极集流体选择铜箔。为提高电池的能量密度及安全性，一种由高分子薄膜和金属镀层复合得到的复合集流体逐渐受到关注。
3.但是复合集流体中间采用的是高分子薄膜，其形成的绝缘层使得两侧金属镀层无法导通，在将复合集流体极耳之间以及和外部极耳进行焊接时，高分子薄膜的上、下两侧的金属镀层之间在常规的超声波点焊时不能形成良好的接触以及电子连接，因此，外部极耳与多层复合集流体极耳之间也不能形成良好的电连接，电池中的电流传导受到阻碍，导致电池内阻增大，甚至导致电池的正、负极之间绝缘，影响电池正常的充放电功能。
4.目前常采用的方法是先用两层金属极耳夹住一层复合集流体的极耳并焊接在一起，再将多层金属极耳分别与锂电池的外部极耳焊接在一起，从而解决了复合集流体极耳的引出问题。但是采用这种方法，每一片复合集流体的极耳部分都需要包覆并焊接两个金属极耳，增加了需要焊接的铝铜箔层数，这会增加电池的重量，降低电池的能量密度。此外，采用该方法将电流从电极中输送出来，焊接工序复杂，质量参差不齐，这导致在使用复合集流体后，不仅增加了焊接难度，还会影响成品率。更重要的是即使焊接成功，因复合集流体中有效电子导电金属层厚度有限，同样焊接的面积下，电阻依然高于常规铝箔铜箔，影响电池的功率性能。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种采用复合箔材集流体的极片制备方法、极片及软包电池解决方案，采用面质量密度较低的复合箔材集流体，能够有效提高电池的能量密度，并且采用该极片以及制备方法的软包电池保证不同复合铝箔极片之间的电子导通，简化焊接工艺，节约成本的同时提高了生产效率和成品率。
6.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
7.一种复合箔材集流体的极片制备方法，包括以下步骤：
8.s1、在复合箔材集流体的表面间隔涂覆有电极浆料和导电物质，所述电极浆料和所述导电物质之间留有未涂覆区，所述导电物质在常温下无粘性，加热后有粘性；
9.s2、将步骤s1得到的复合箔材集流体裁切成具有极耳的极片，导电物质及未涂覆区均位于极片的极耳部分；
10.或者包括以下步骤：
11.a1、在复合箔材集流体的表面涂覆电极浆料并留有第一留白区，然后干燥处理；
12.a2、在复合箔材集流体的第一留白区涂覆有导电物质，然后再次干燥处理，所述导
电物质与所述电极浆料之间留有未涂覆区，所述导电物质在常温下无粘性，加热后有粘性；
13.a3、将步骤a2得到的复合箔材集流体裁切成具有极耳的极片，导电物质及未涂覆区均位于极片的极耳部分；
14.或者包括以下步骤：
15.b1、在复合箔材集流体的表面涂覆导电物质并留有第二留白区，然后干燥处理，所述导电物质在常温下无粘性，加热后有粘性；
16.b2、在复合箔材集流体的第二留白区涂覆有电极浆料，然后再次干燥，所述电极浆料与所述导电物质之间留有未涂覆区；
17.b3、将步骤b2得到的复合箔材集流体裁切成具有极耳的极片，导电物质及未涂覆区均位于极片的极耳部分。
18.作为优选，所述导电物质的热熔温度(改性温度)大于导电物质涂覆后的干燥温度。
19.作为优选，所述电极浆料涂覆在复合箔材集流体表面的中间位置，所述导电物质涂覆在电极浆料的至少一侧。
20.作为优选，所述导电物质为胶性液体材料和电子传导剂的混合物。
21.作为优选，所述未涂覆区的宽度与涂覆导电物质区域的宽度比为1/9～9/1。
22.作为优选，涂覆的导电物质干燥后的厚度为5μm～20μm。
23.作为优选，所述复合箔材集流体包括位于中间的高分子薄膜以及分别位于高分子薄膜厚度方向两侧的第一金属层和第二金属层。
24.一种复合箔材集流体的极片，包括由上述方法制备的极片。
25.一种软包电池，包括隔膜或固体电解质膜、外接正极耳、外接负极耳和多个极片，多个所述极片分别对应为正极片和负极片，所述正极片与所述负极片交错重叠设置，所述隔膜或固体电解质膜卷绕呈z型，每个所述正极片与所述负极片之间通过隔膜或固体电解质膜隔离，多个所述正极片的极耳叠合后热压粘合在一起，然后与外接正极耳连接，多个所述负极片的极耳叠合后热压粘合在一起，然后与外接负极耳连接。
26.与现有技术相比，本发明的一种复合箔材集流体的极片制备方法、极片及软包电池的优点在于，
27.1)采用了面质量密度较低的复合箔材集流体，能够有效提高电池的能量密度；
28.2)叠片工序后，将多层集流体加热压合在一起，这一步相当于普通金属箔材的集流体焊接工序，相较于普通金属箔材集流体的焊接连接，在留白区涂布常温下无粘性、加热后有粘性的导电物质，仅仅在工艺上做了轻微的改进，极片的制备工艺与其他裁切等相关工艺与现有常规工艺高度匹配，不需要专用设备，即有效解决了现有复合箔材集流体焊接难的问题，节约了成本，而且还解决了复合箔材集流体焊接工艺质量参差不齐的问题，提高了生产效率以及成品率；
29.3)通过原材料筛选，在留白区涂布常温下无粘性、加热后有粘性的导电物质，从而方便极片的收卷贮存；
30.4)通过在电极浆料与所述导电物质之间留有一定的比例未涂覆区，降低极耳热压时高温对隔膜的不良影响，并杜绝负极析锂以及正负极短路的风险。更重要的是未涂覆区的设定可以用于极耳翻折工艺，降低电池顶封区域面积，提高电池能量密度。
附图说明
31.图1为复合箔材集流体涂覆了导电物质和电极浆料后的结构示意图一；
32.图2为裁切的极片示意图；
33.图3为复合箔材集流体涂覆了导电物质和电极浆料后的剖面示意图；
34.图4为复合箔材集流体涂覆了导电物质和电极浆料后的结构示意图二；
35.图5为复合箔材集流体涂覆了导电物质和电极浆料后的结构示意图三；
36.图6为复合箔材集流体涂覆了导电物质和电极浆料后的结构示意图四。
37.图中，1、复合箔材集流体；11、高分子薄膜；12、第一金属层；13、第二金属层；2、电极浆料；3、导电物质；4、未涂覆区。
具体实施方式
38.以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
39.实施例1、
40.一种复合箔材集流体的极片制备方法，包括以下步骤：
41.s1、在复合箔材集流体1的表面间隔涂覆电极浆料2和导电物质3，电极浆料2和导电物质3之间留有未涂覆区4，将涂覆有电极浆料2和导电物质3的复合箔材集流体1干燥后收卷处理；
42.s2、将步骤s1得到的复合箔材集流体裁切成具有极耳的极片，导电物质3及未涂覆区4均位于极片的极耳部分。
43.其中，导电物质3为胶性液体材料和电子传导剂的混合物，导电物质3在常温下无粘性，加热后有粘性，且导电物质3的热熔温度(改性温度)大于导电物质3涂覆后的干燥温度。
44.复合箔材集流体1包括位于中间的高分子薄膜11以及分别位于高分子薄膜11厚度方向两侧的第一金属层12和第二金属层13。电极浆料2和导电物质3均沿着复合箔材集流体1延伸方向(长度方向)或者宽度方向涂布。
45.未涂覆区4的宽度与涂覆导电物质3区域的宽度比为1/9～9/1，优选为1/4～4/1，特别为2/5，比例太小，不利于极耳翻折或者热压会导致隔膜收缩，比例太高，电子接触有效面积低。涂覆的导电物质3干燥后的厚度为5μm～20μm，优选为8μm～16μm，特别为12μm，太厚影响电子导电率，太薄粘结强度达不到要求。
46.未涂覆区4设置有起始位置，裁切设备的刀具自起始位置开始裁切，依照预设的极片形状裁切并回到起始位置，形成一个具有极耳的极片；或者通过裁切设备的一个或多个刀具多次裁切形成一个具有极耳的极片；或者通过裁切设备的多个刀具同时裁切形成一个具有极耳的极片。
47.本领域的工作人员应当了解，步骤s1中所述的在复合箔材集流体1的表面间隔涂覆电极浆料2和导电物质3，既包括先涂覆电极浆料2，然后涂覆导电物质3，也包括先涂覆导电物质3，然后涂覆电极浆料2，还包括同时涂覆电极浆料2和导电物质3。
48.如图1为复合箔材集流体涂覆了导电物质3和电极浆料后的结构示意图；图2为裁切的极片示意图；图3为复合箔材集流体涂覆了导电物质3和电极浆料后的剖面示意图。
49.实施例2、
50.一种复合箔材集流体的极片制备方法，与实施例1的区别在于：
51.包括以下步骤：
52.a1、在复合箔材集流体1的表面涂覆电极浆料2并留有第一留白区，然后干燥收卷处理；
53.a2、在复合箔材集流体1的第一留白区涂覆有导电物质3，然后再次干燥收卷处理，导电物质3与电极浆料2之间留有未涂覆区4，导电物质3在常温下无粘性，加热后有粘性；
54.a3、将步骤a2得到的复合箔材集流体1裁切成具有极耳的极片，导电物质3及未涂覆区4均位于极片的极耳部分。
55.实施例3、
56.一种复合箔材集流体的极片制备方法，与实施例1的区别在于：
57.包括以下步骤：
58.b1、在复合箔材集流体1的表面涂覆导电物质3并留有第二留白区，然后干燥收卷处理，导电物质3在常温下无粘性，加热后有粘性；
59.b2、在复合箔材集流体1的第二留白区涂覆有电极浆料2，然后再次干燥收卷，电极浆料2与导电物质3之间留有未涂覆区4；
60.b3、将步骤b2得到的复合箔材集流体1裁切成具有极耳的极片，导电物质3及未涂覆区4均位于极片的极耳部分。
61.实施例4、
62.一种复合箔材集流体的极片制备方法，包括以下步骤：
63.s1、取一卷复合箔材，利用涂布机在复合箔材的表面，同时沿复合箔材的长度方向涂布电极浆料2，在电极浆料2的一侧涂覆导电物质3，电极浆料2和导电物质3之间留有未涂覆区4，将涂覆有电极浆料2和导电物质3的复合箔材集流体1干燥后收卷处理；
64.s2、将步骤s1得到的复合箔材集流体1裁切成具有极耳的极片，导电物质3及未涂覆区4均位于极片的极耳部分。
65.其中，复合铝箔材的厚度为8μm，高分子薄膜11的厚度为6μm，第一金属层12的厚度为1μm,第二金属层13的厚度为1μm，复合铜箔材的厚度为7μm，高分子薄膜11的厚度为6μm，第一金属层12的厚度为0.5μm,第二金属层13的厚度为0.5μm。未涂覆区4的宽度为6mm，涂覆导电物质3区域的宽度为15mm，且裁切的极片的极耳宽度为21mm，涂覆的导电物质3干燥后的厚度为12μm。
66.导电物质3为环氧导电银胶和ab的混合物，混合比例为1:1，导电物质3的改性温度为180℃，步骤s2中的干燥温度为120℃。
67.实施例5、
68.一种复合箔材集流体的极片制备方法，包括以下步骤：
69.a1、取一卷复合箔材，利用涂布机在复合箔材的表面，沿复合箔材的长度方向涂布电极浆料2，并留有第一留白区，然后干燥收卷处理，干燥温度为120℃；
70.a2、在复合箔材集流体1的第一留白区沿复合箔材的延伸方向涂覆有导电物质3，然后再次干燥收卷处理，干燥温度为120℃，导电物质3与电极浆料2之间留有未涂覆区4；
71.a3、将步骤a2得到的复合箔材集流体1裁切成具有极耳的极片，导电物质3及未涂覆区4均位于极片的极耳部分。
72.复合箔材的选取、未涂覆区4的宽度、导电物质3的选取及涂覆宽度和厚度均与实施例4相同。
73.实施例6、
74.一种复合箔材集流体的极片制备方法，包括以下步骤：
75.b1、取一卷复合箔材，利用涂布机在复合箔材的表面，沿复合箔材的长度方向涂布导电物质3，并留有第二留白区，然后干燥处理，干燥温度为120℃；
76.b2、在复合箔材集流体1的第二留白区沿复合箔材的延伸方向涂覆有电极浆料2，然后再次干燥，干燥温度为120℃，电极浆料2与导电物质3之间留有未涂覆区4；
77.b3、将涂覆有电极浆料2和导电物质3的复合箔材集流体1裁切成具有极耳的极片，导电物质3及未涂覆区4均位于极片的极耳部分。
78.复合箔材的选取、未涂覆区4的宽度、导电物质3的选取及涂覆宽度和厚度均与实施例4相同。
79.实施例7、
80.一种复合箔材集流体的极片制备方法，与实施例4的区别在于，未涂覆区4的宽度为2.1mm，涂覆导电物质3区域的宽度为18.9mm，且裁切的极片的极耳宽度为21mm。
81.实施例8、
82.一种复合箔材集流体的极片制备方法，与实施例4的区别在于，未涂覆区4的宽度为18.9mm，涂覆导电物质3区域的宽度为2.1mm，且裁切的极片的极耳宽度为21mm。
83.实施例9、
84.一种复合箔材集流体的极片制备方法，与实施例4的区别在于，涂覆的导电物质3干燥后的厚度为5μm。
85.实施例10、
86.一种复合箔材集流体的极片制备方法，与实施例4的区别在于，涂覆的导电物质3干燥后的厚度为20μm。
87.实施例11、
88.一种复合箔材集流体的极片制备方法，与实施例4的区别在于，导电物质为环氧导电银胶和ab的混合物，混合比例为1:2。
89.实施例12、
90.一种复合箔材集流体的极片制备方法，与实施例4的区别在于，导电物质为环氧导电银胶和sp的混合物，混合比例为1:1，导电物质的改性温度为175℃，步骤s2中的干燥温度为120℃。
91.实施例13、
92.一种复合箔材集流体的极片制备方法，与实施例4的区别在于，导电物质为环氧导电银胶和sp的混合物，混合比例为1:2，导电物质的改性温度为175℃，步骤s2中的干燥温度为120℃。
93.实施例14、
94.一种复合箔材集流体的极片制备方法，与实施例4的区别在于，导电物质为环氧导电银胶和cnt的混合物，混合比例为1:1，导电物质的改性温度为175℃，步骤s2中的干燥温度为120℃。
95.实施例15、
96.一种复合箔材集流体的极片制备方法，与实施例4的区别在于，电极浆料2涂覆在复合箔材集流体1表面的中间位置，导电物质3涂覆在电极浆料2的两侧，如图4所示，裁切时，沿复合箔材集流体1上电极浆料2的中间进行裁切，然后再裁切出多个具有一个极耳的电极片。
97.实施例16、
98.一种复合箔材集流体的极片制备方法，与实施例4的区别在于，电极浆料2涂覆在复合箔材集流体1表面的两侧，导电物质3涂覆在两条电极浆料2的中间，如图5所示，裁切时，从起始位置按照预设极片形状裁切回到起始位置，从而形成多个具有一个极耳的电极片，两侧的电极片共用中间的导电物质3，能有效节省材料。
99.实施例17、
100.一种复合箔材集流体的极片制备方法，与实施例4的区别在于，电极浆料2和导电物质3均沿复合箔材集流体1的宽度方向间隔涂覆，导电物质3涂覆在电极浆料2的两侧，如图6所示。
101.实施例18、
102.一种复合箔材集流体的极片，包括由上述实施例1-17所述的方法制备得到的极片。
103.实施例19、
104.一种软包电池，包括隔膜或固体电解质膜、外接正极耳、外接负极耳和多个采用实施例1-17的方法制作的极片，多个极片分别对应为正极片和负极片，正极片与负极片交错重叠设置，隔膜或固体电解质膜卷绕呈z型，每个正极片与负极片之间通过隔膜或固体电解质膜隔离，多个正极片的极耳叠合后热压粘合在一起，然后与外接正极耳连接，多个负极片的极耳叠合后热压粘合在一起，然后与外接负极耳连接。
105.对比例1、
106.一种复合箔材集流体的极片制备方法，包括以下步骤：
107.s1、在复合箔材集流体的表面涂覆有电极浆料，并在电极浆料的一侧留白区；
108.s2、将涂覆有电极浆料的复合箔材集流体干燥后裁切成具有极耳的极片，留白区位于极片的极耳部分。
109.复合铝箔材的厚度为8μm，高分子薄膜11的厚度为6μm，第一金属层12的厚度为1μm,第二金属层13的厚度为1μm，复合铜箔材的厚度为7μm，高分子薄膜11的厚度为6μm，第一金属层12的厚度为0.5μm,第二金属层13的厚度为0.5μm，裁切的极片的极耳宽度为21mm。
110.该方法制备的电极片在制作成电池时，需要在极片的两侧焊接金属片后再与外接极耳焊接，进而引出电流。
111.对比例2、
112.一种极片制备方法，包括以下步骤：
113.s1、在12μm铝箔材集流体或8μm铜箔材集流体的表面涂覆有电极浆料，并在电极浆料的一侧留白区；
114.s2、将涂覆有电极浆料的金属箔材集流体干燥后裁切成具有极耳的极片，留白区位于极片的极耳部分。
115.试验例、
116.软包电池内阻、能量密度提升率，电池容量保持率及良品率测试
117.软包电池，包括采用实施例4-14的方法制备的正极片和负极片，每个实施例中含有平行样品100个。
118.电池内阻的检测方法包括：将电池充满电(以0.33c恒电流充电至4.2v，然后再恒电压充电至电流降至0.05c)后测试电池的内阻的电池内阻测试仪，交流信号频率设置为1khz)。
119.能量密度提升率及电池容量保持率测试方法包括：用电池充放电测试仪，将电池在25℃下进行充放电循环测试，充放电制度：(以0.33c恒电流充电至4.2v，然后再恒电压充电至电流降至0.05c，静置5mi n后将电池以0.33c恒电流放电至3.0v，此为1个循环，将电池充放电测试仪循环次数设置为3次，最终取三次放电容量的平均值作为0.33c的放电容量，取三次放电能量的平均值作为0.33c的放电能量，以0.33c下放电能量除以质量作为质量能量密度，进一步采用实施例的质量能量密度除以对比例2的质量能量密度作为能量密度提升率；然后以1.0c恒电流充电至4.2v，然后再恒电压充电至电流降至0.05c，静置5mi n后将电池以1.0c恒电流放电至3.0v，此为1个循环，将电池充放电测试仪循环次数设置为3次，最终取三次放电容量的平均值作为1.0c的放电容量；用1.0c的放电容量除以0.33c的放电容量作为容量保持率。)随着电池循环，电池容量不断衰减，当容量衰减至首次放电容量的80％时所经历的循环次数记为该电池的循环寿命。每个实施例中含有平行样品100个，统计良品率。
120.[0121][0122]
实施例7中，加宽导电物质的涂覆区域，虽然内阻减小，但由于涂覆区域过宽，导致3个电池微短路而自放电，良品率反而降低。实施例8中，减少导电物质的涂覆区域，导致内阻增大，容量保持率降低；同时由于粘结面积过小，导致粘接不良，良品率仅有90％。
[0123]
实施例9中，减少干燥后导电物质的厚度，虽然减小了内阻，但也由于导电物质过薄，导致5个电池接触不良。相反，在实施例10中，由于导电物质干燥后厚度过厚，导致内阻增大，功率性能降低，但粘结性好，并没有影响良品率。
[0124]
实施例11中，增大ab的量，虽然导电性更好，但因为环氧导电银胶量减少，粘接性变差，良品率降至92％。
[0125]
实施例12和实施例14将混合物分别改为sp和cnt，由于导电性cnt》sp》ab，所以内阻渐小。实施例13是在实施例12的基础上将混合物比例改为1:2，良品率降低的理由同实施例11一样，但sp的导电性优于ab，所以良品率为97％，高于实施例11。
[0126]
由以上试验可知，导电物质和电极浆料都涂覆后干燥或者分别涂覆各自干燥，对电池的内阻及循环寿命影响不大，但导电物质和电极浆料都涂覆后再进行干燥可以大大缩短生产周期，提高效率。
[0127]
导电物质3的涂布厚度影响，导电物质3涂层在厚度选择时，合理的厚度可以提高
电池的各项性能。
[0128]
未涂覆区4的宽度过大，导电性能会减弱，涂覆导电物质区域的宽度过大，会导致短路自放电，未涂覆区4的宽度与涂覆导电物质3区域的宽度比为2/5最佳。
[0129]
与现有技术相比，本发明的采用复合箔材集流体1的极片制备方法、极片及软包电池的优点在于，以热压方式连接在100电池试生产后发现，采用本发明的最佳涂布区域宽度比、导电物质涂布厚度与导电物质比例时，成品率达到100％，与之前的焊接方式的成品率65％进行对比，有显著提升，且操作相对于焊接方式简单，能够提高生产效率。
[0130]
尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。