一种极耳极片的制备方法、极耳极片及电芯与锂离子电池与流程

1.本技术涉及锂电池技术领域，具体地，涉及一种极耳极片的制备方法、极耳极片及电芯与锂离子电池。


背景技术：

2.如图1及2所示，图1为现有技术极耳极片制备过程中箔材涂布后剖视图；
3.图2为现有技术极耳极片制备过程中箔材涂布后示意图。现有技术中，在锂离子电池制造工艺中，极片与极耳一般使用同一箔材来制备，为了制备极片及极耳，可以将箔材1分成两个区域，两个区域分别为极耳形成区12及极片形成区11，极耳形成区包括两个极耳子片区121，两个极耳子片区121分设在极片形成区11两侧。
4.在涂布工序中，会在极片形成区11涂覆活性物质，而两个极耳子片区121不需要进行活性物质的涂覆。极片形成区11中完成活性物质的涂覆后，形成第一极片区111。
5.由于活性物质具有流动性，位于极片形成区11周边的活性物质会向边缘流动，使得极片形成区11周边的活性物质的厚度会逐渐变小，形成极片边缘削薄区112，第一极片区111会分成极片正常区1111及两个极片边缘削薄区112，两个极片边缘削薄区112位于极片正常区1111两侧。
6.在辊压工序中，由于极耳子片区121与极片正常区1111和极片边缘削薄区112厚度差异，使得涂布后的极耳极片1在辊压过程中，极耳子片区121与极片正常区1111和极片边缘削薄区112产生扭曲，同时，会使得极片边缘削薄区112剥落和制备的极耳打皱严重，从而影响电池的品质。
7.如图3和图4所示，图3为现有技术极耳极片制备过程中箔材分条后剖视图，图4为现有技术极耳极片制备过程中箔材分条后示意图，在分条工序，根据设计需求，对极片正常区1111进行分条，由于极耳子片区121要作为极耳使用，所制备的极片边缘依然存在一个极片边缘削薄区112，热压时，由于极片边缘削薄区112厚度与极片正常区1111厚度存在差异，导致极片正常区1111所受压力比极片边缘削薄区112的压力大，制备的电芯热压效果差，容易分层。且由于极片边缘削薄区112的存在，电池在后期充电过程中会出现析锂问题，使电池存在安全隐患。


技术实现要素：

8.针对现有技术的不足，本技术提供一种极耳极片的制备方法、极耳极片及电芯与锂离子电池。
9.根据本发明的第一方面，一种极耳极片的制备方法，包括：
10.对箔材的两面均涂布活性物质，形成极耳极片片材，其中极耳极片片材具有正常区及两边缘削薄区，两边缘削薄区位于正常区两侧；
11.对极耳极片片材进行辊压；
12.完成辊压后裁切掉两边缘削薄区；
13.对正常区进行分条，获得多个子片材；
14.子片材具有裁切区，根据极片、极耳位置及尺寸，对裁切区进行裁切，在子片材上形成第二极片区以及极耳区；
15.对极耳区两面的活性物质进行激光清洗，形成极耳。
16.优选的，裁切区位宽a≥0mm。
17.优选的，当裁切区位宽a＝0时，确定第二极片区、极耳区位置及尺寸后，对极耳区两面的活性物质激光清洗。
18.优选的，，当所述裁切区位宽a》0时，对裁切区进行裁切，确定第二极片区、极耳区位置及尺寸后，对极耳区两面的活性物质进行激光清洗。
19.优选的，对极耳区两面的活性物质进行激光清洗，包括：对极耳区两面活性物质进行第一次激光清洗后，再对极耳区两面活性物质进行第二次激光清洗。
20.优选的，对极耳区两面活性物质进行第一次激光清洗的清洗功率为p1，对极耳区两面活性物质进行第二次激光清洗的清洗功率为p2，p1》p2。
21.根据本发明的第二方面，一种极耳极片，由上述的方法制备。
22.根据本发明的第三方面，一种电芯，包括上述的极耳极片。
23.根据本发明的第四方面，一种电芯的制备方法，将上述的极耳极片卷绕到电芯内。
24.根据本发明的第五方面，一种锂离子电池，包括上述的电芯。
25.本技术的有益效果在于：完成辊压后，先切除边缘削薄区，再进行分条和裁切，对极耳区进行激光清洗，获得的极耳极片之间不存在边缘削薄区，在辊压过程中，可有效避免由于极片与边缘削薄区的厚度差异，导致极片在辊压过程中产生扭曲；另外，在后续热压工序中，极片上厚度一致，使得热压时极片内各处受力均匀，有效地改善了热压效果，可有效降低制备的成品锂离子电池在充电过程中的析锂风险，提高锂离子电池的安全性能。
附图说明
26.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
27.图1为现有技术极耳极片制备过程中箔材涂布后剖视图；
28.图2为现有技术极耳极片制备过程中箔材涂布后示意图；
29.图3为现有技术极耳极片制备过程中箔材分条后剖视图；
30.图4为现有技术极耳极片制备过程中箔材分条后示意图；
31.图5为实施例中极耳极片制备过程箔材涂布工序示意图；
32.图6为实施例中极耳极片制备过程箔材涂布工序剖视图；
33.图7为实施例中极耳极片制备过程中箔材裁切分条后剖视图；
34.图8为实施例中极耳极片制备过程中箔材裁切分条后示意图；
35.图9为实施例中极耳极片制备过程极耳区形成示意图；
36.图10为实施例中极耳极片制备过程极耳区清洗中示意图；
37.图11为实施例中多极耳极片示意图；
38.图12为实施例中全极耳极片示意图；
39.图13为实施例中测厚结果对比图。
40.附图标记：
41.1、箔材；11、极片形成区；111、第一极片区；112、极片边缘削薄区；1111、极片正常区；12、极耳形成区；121、极耳子片区；
42.2、极耳极片片材；21、正常区；211、子片材；2111、第二极片区；2112、极耳区；21121、极耳；2113、裁切区；22、削薄区；23、极片分切线。
具体实施方式
43.以下将以图式揭露本技术的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本技术。也就是说，在本技术的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
44.需要说明，本技术实施例中所有方向性指示诸如上、下、左、右、前、后
……
仅用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
45.另外，在本技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本技术，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
46.为能进一步了解本技术的申请内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
47.本技术提供一种极耳极片的制备方法，包括如下步骤：
48.1)对箔材的两面均涂布活性物质，形成极耳极片片材2，其中极耳极片片材2具有正常区21及两边缘削薄区22，两边缘削薄区22位于正常区21两侧。
49.请参阅图5和图6，图5为本实施例中极耳极片制备过程箔材涂布工序示意图，图6为本实施例中极耳极片制备过程箔材涂布工序剖视图。具体在涂布的过程中，将制备好的活性物质全范围的涂布于极耳极片箔材的表面，也即将活性物质涂布在箔材的两面，活性物质将箔材的两面全部覆盖，形成极耳极片片材2，涂布后，正常区21的涂层厚度均一；另外，涂布时，由于活性物质本身的流动性，使得活性物质与极耳极片片材2表面接触时，极耳极片片材2边缘容易形成一个厚度不均匀的边缘削薄区22，此时，边缘削薄区22的厚度从远离正常区21的方向逐渐减小。
50.需要说明的是，本例中制备的是负极极片，活性物质采用负极材料，如石墨。
51.2)对极耳极片片材2进行辊压；具体操作时，使用辊压机对涂布后的极耳极片片材2进行进一步压实，使得极耳极片片材2两面涂层厚度一致。
52.3)完成辊压后裁切掉两边缘削薄区22；辊压后，根据调整好边缘削薄区22的位置，使用切刀分别切除正常区21两端边缘削薄区22，切后的极耳极片片材2仅留有正常区21，且正常区21涂层厚度均一，也即正常区21两边不存在厚度不一致的边缘削薄区22；
53.4)对正常区21进行分条，获得多个子片材211。请复阅图5和图6，并参照图7和图8，图7为本实施例中极耳极片制备过程中箔材裁切分条后剖视图，图8为本实施例中极耳极片制备过程中箔材裁切分条后示意图。具体在裁切削薄区22后，按设计尺寸，确定好极片分切线23位置，采用切刀沿极片分切线23对正常区21进行分切，分切后，即可获得多个厚度均一，尺寸一致的子片材211。
54.5)根据极片、极耳位置及尺寸，形成裁切区2113，对裁切区2113进行裁切，在子片材211上形成第二极片区2111以及极耳区2112。请参照图9，图9为本实施例中极耳极片制备过程极耳区形成示意图。具体操作时，先对分条后获得的子片材211，按设计尺寸，确定极片、极耳的位置和尺寸，在子片材211形成裁切区2113，然后对裁切区2113进行裁切，裁切完后，在子片材211上形成第二极片区2111，并在第二极片区2111的一端形成极耳区2112。
55.6)对极耳区2112两面的活性物质进行激光清洗，形成极耳21121。请参照图10和图11，图10为本实施例中极耳极片制备过程极耳区清洗中示意图，图11为本实施例中多极耳极片示意图。具体在清洗时，确定极耳区2112的位置后，先采用激光器先对极耳区2112其中一面的活性物质进行激光清洗；然后再对极耳区2112的另一面的活性物质进行激光清洗。完成极耳区2112两面活性物质清洗后，即可获得极耳21121。
56.进一步的，裁切区的长度a≥0mm。
57.当裁切区位宽a＝0时，不进行裁切，确定极片、极耳位置及尺寸后，对极耳区2112两面的活性物质激光清洗。也就是说，当裁切区2113位宽a＝0，则不会形成裁切区2113，不需要对分条后获得的子片材211进行裁切，在子片材211上确定极耳区2112的位置和尺寸后，直接对极耳区2112双面活性物质进行激光清洗。清洗后，获得的极片是全极耳极片，如图12所示，图12为本实施例中全极耳极片示意图。
58.当裁切区位宽a＞0时，对裁切区2113进行裁切，确定第二极片区2111、极耳区2112位置及尺寸后，对极耳区2112两面的活性物质进行激光清洗。也就是说，当裁切区2113位宽a＞0，在子片材211上会形成裁切区2113，则需要采用切刀对裁切区2113进行裁切，裁切结束后，形成第二极片区2111和极耳区2112，然后，再确定极耳区2112的位置和尺寸，对极耳区2112双面活性物质进行激光清洗。此时，清洗后，获得的极片是多极耳极片。
59.为了避免极耳区2112活性物质清洗不彻底，影响后期使用。不管是对极耳区2112其中一面的活性物质进行清洗，还是对极耳区2112另一面的活性物质进行清洗，激光清洗均需要进行两次激光清洗，第一次激光清洗完成后，再进行第二次激光清洗。也即，当制备的是多极耳极片时，在对各个极耳区2112其中一面进行第一次激光清洗后，再对各个极耳区2112同一面进行第二次激光清洗；然后再对各个极耳区2112另一面先进行第一次激光清洗，各个极耳区2112的其中一面全部完成第一次激光清洗后，再对各个极耳区2112的另一面进行第二次激光清洗。当制备的为全极耳极片时，对极耳区2112其中一面依次进行第一次激光清洗及第二次激光清洗后，再对极耳区2112的另一面依次进行第一次激光清洗和第二次激光清洗。
60.进一步的，本技术中，两次的激光清洗均采用激光器，但采用的激光器的激光清洗频率不同，第一次激光清洗功率为p1，第二次激光清洗功率为p2，p1》p2。且第一次激光清洗和第二次激光清洗激光器清洗功率均设置在1-500w之间。例如，当对极耳区2112表面活性物质进行第一次激光清洗时，激光器采用0号波形，设置激光器激光清洗频率为200khz、功
率为40-60w、线间距为0.05mm，对极耳区2112表面活性材料进行清洗。第一次激光清洗主要是将极耳区2112表面活性物质打疏松，并去除极耳区2112大部分活性物质。当对极耳区2112进行第二次激光清洗时，激光器同样采用0号波形，设置激光清洗频率为200khz、功率为10-30w、线间距为0.05mm，对极耳区2112活性材料进行再次清洗。第二次激光清洗主要是为了清除极耳区2112第一次激光清洗后残余的活性物质，使极耳区2112表面无残留活性物质。优选的，使用的激光器为spi激光器。
61.另外，由于制备的极耳极片应用领域不同，涂布的活性物质的厚度也不同，因此，本例中，在激光清洗步骤，不仅限于第一次激光清洗和第二次激光清洗，具体在活性物质比较厚的极耳极片清洗步骤中，激光清洗还包括第三次激光清洗，甚至更多，直至清除极耳区2112活性物质为止。
62.实施例2
63.本实施例提供一种极耳极片，其中极耳极片由实施例1的方法制备而得。具体为一种多极耳极片，以下结合图5-11，说明制备多极耳极片的具体过程。
64.本例中，制备的极耳极片使用同一箔材。
65.在涂布之前，准备好钴酸锂活性物质和极耳极片箔材，然后，采用涂布机将准备好的钴酸锂活性物质全范围涂布于极耳极片箔材，形成极耳极片片材2，涂布后，正常区21边缘形成了厚度不均一的边缘削薄区22，如图5和图6所示。
66.使用辊压机对涂布后的极耳极片片材2进行辊压，对极耳极片片材2进行压实，使正常区21厚度保持一致。
67.辊压后，对极耳极片片材2进行定位，确定好削薄区22的位置，使用切刀切除位于正常区21两边的边缘削薄区22。
68.切除后，再根据设计尺寸沿极片分切线23将正常区21分为两片，获得2个尺寸一致的子片材211，获得的子片材211如图7和图8所示。
69.将分条后的子片材211进行定位，确定极片、极耳的位置，按极耳区2112的尺寸为8mm*12mm，且相邻两个极耳区2112间隔45mm，此时形成的裁切区24的位宽a则为45mm，位高则为12mm，位高与极耳区2112高度一致，使用切刀切除子片材211内的各个裁切区24，裁切后即可获得第二极片区2111及极耳区2112，如图9所示。
70.获得第二极片区2111及极耳区2112后，用spi激光器对极耳区2112两面的活性物质进行激光清洗。其中，spi激光器采用0号波形，并设置激光清洗频率为200khz、功率为50w、线间距为0.05mm，先对各个极耳区2112其中一面分别进行第一次激光清洗，再采用0号波形，设置激光器频率为200khz、功率为30w、线间距为0.05mm，对进行第一次激光清洗后的各个极耳区2112进行第二次激光清洗。然后，对各个极耳区2112另一面分别进行第一次激光清洗和第二次激光清洗，第一次激光清洗和第二次激光清洗的设置参数与清洗各个极耳区2112其中一面活性物质的一致。其中，激光清洗未结束的极耳极片状态，如图10所示。
71.可以选择的是，激光清洗的过程可以先对其中一个极耳区2112双面依次进行第一次激光清洗和第二次激光清洗，再分别对其它的极耳区2112依次进行第一次激光清洗和第二次激光清洗；也可以先对所有的极耳区2112的其中同一面进行第一次激光清洗和第二次激光清洗后，再对所有的极耳区2112的另一面依次进行第一次激光清洗和第二次激光清洗。具体可根据实际情况进行调整。清洗后的极耳极片如图11所示。
72.实施例3
73.实施例2制备的极耳极片在电芯上的应用。具体的是在锂电池的电芯上的应用。
74.实施例4
75.本实施例提供一种电芯，包括实施例2的极耳极片。具体地包括两个极耳极片和隔膜，其中一极耳极片为涂布正极材料的正极极片，另一极耳极片为涂布负极材料的负极极片，正极极片和负极极片分别设于隔膜两面。
76.实施例5
77.本实施例提供一种电芯制备方法，包括将实施例2的极耳极片卷绕到电芯内。具体在制备软包电芯时，采用铝塑包装膜对卷绕电芯进行热封装。另外，制备电芯也可以采用叠片的工艺，将实施例2制备的极耳极片叠合在电芯内部。
78.实施例6
79.本实施例提供一种锂离子电池，包括实施例5制备的电芯。其还包括容纳于电芯内的电解液。其中电解液主要由锂盐、溶剂和添加剂三类物质组成，锂盐可采用常规锂盐，也可采用新型锂盐。
80.实施例7
81.本实施例提供一种锂离子电池的制备方法，包括在实施例5制备的电芯上先焊好极耳，进行包装，注入电解液，并进行真空密封，再依次进行热冷压、化成、抽液、分容、老化等工序，得锂离子电池。
82.对比例1
83.本实施例2不同的是，本实施例的多极耳极片制备方法与现有技术一致。现有技术中，在制备多极耳极片的过程中，在极耳子片区121与极片正常区1111之间仍存在极片边缘削薄区112，如图1和图2所示，在涂布时，活性物质涂料仅覆盖极片正常区1111与极片边缘削薄区112，极耳子片区121不进行钴酸锂活性物质涂布；另外在裁切分条时，极片边缘削薄区112保留在极耳子片区121与极片正常区1111之间，此时极片边缘削薄区112与极片正常区1111就会存在厚度差异。
84.热压效果实验
85.热压效果实验样品采用实施例2和对比例1制备的极耳极片，其中实施例和对比例1制备的极耳极片，采用的箔材、涂布的活性物质种类及厚度均一致，制备的极耳尺寸均为8mm*12mm，且制备的极片宽度均为80mm。
86.由于热压效果主要与极片厚度有关，热压时，极片各处厚度不一致，会导致极片较厚处所受压力比较薄处大，因此热压效果以极片厚度呈现。为了验证热压效果，我们采用激光测长仪对实施例2和对比例1制备的极片进行了横向测厚，测厚位置分别取实施例2和对比例1极片横向1mm-80mm处，每处间隔1mm，测厚位置共80处，测得的实施例2和对比例1测厚的结果为如下表1及图12所示。
87.88.[0089][0090]
表1
[0091]
结果分析
[0092]
从表1和图13的实验结果可以看出，实施例1中的各个位置的极片测厚数据均在118
±
2um内，极片的厚度表现有较高的平整度。而在对比例1中1-20mm处的位置，测厚值是呈递增的趋势，在1-25mm表现出比较明显的厚度递增趋势，有着较大的厚度差异，在电池后期的制备过程中，影响热压效果。
[0093]
因此，本技术的极耳极片通过有效消除边缘的削薄区，使得极片各个区域厚薄均一，在后期热压过程中，可以消除隔膜因不平整而产生的褶皱，同时可以赶出电芯内部空气，使隔膜和正负极极片紧密贴合在一起，制备的电芯不仅厚度能满足要求且还具有较高的一致性，可提高锂离子电池的平整度，缩短锂离子扩散距离，降低电池内阻，大大地降低了锂离子电池在使用过程中的析锂风险，从而提高锂离子电池的安全性能。
[0094]
上仅为本技术的实施方式而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本技术的权利要求范围之内。