一种涂布方法及电池极片与流程

1.本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种涂布方法及电池极片。


背景技术：

2.锂离子电池是通过离子在正负极活性物质之间嵌入和脱出来完成充电和放电过程，其中负极的设计将直接影响锂离子电池的性能。负极极片辊压后，浆料层的孔隙分布不均且孔隙率降低，影响锂离子的传输，从而影响电池的性能。
3.目前对于锂离子电池的性能改善，主要是通过降低负极的压实密度，提高负极的吸液能力，或通过加入更多的电解液，来保证循环过程电极中的电解液含量。但降低压实密度将导致负极厚度增加、能量密度降低，而加入更多的电解液则会增加电芯内压，影响电芯安全性能，也增加了电芯的生产物料成本。
4.针对上述问题，需要开发一种涂布方法及电池极片，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提出一种涂布方法，能够提高表层的锂离子通道，降低电池的阻抗，在保证安全的前提下提升电池的整体性能。
6.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
7.一种涂布方法，包括：
8.在所述集流体上涂布第一浆料，并对所述第一浆料进行烘烤；
9.待所述第一浆料固化后，对所述第一浆料进行辊压；
10.在所述第一浆料上涂布第二浆料，所述第二浆料的孔隙率大于所述第一浆料的孔隙率，并对所述第二浆料进行烘烤。
11.优选地，所述第二浆料包括碳颗粒，还包括导电剂、分散剂及粘结剂中的至少一种。
12.优选地，所述碳颗粒的粒径大小为1-10um。
13.优选地，所述第二浆料的固含量为5-40％。
14.优选地，所述第二浆料的涂层厚度为2-10um。
15.优选地，所述第二浆料通过涂布版辊辊涂至所述第一浆料上。
16.优选地，所述涂布版辊包括凹部以及设置于所述凹部两端的两个平直部，所述凹部的径向截面直径由两端向中间逐渐减小。
17.优选地，所述凹部的最大径向截面直径与最小径向截面直径的差值为1～20um。
18.优选地，所述第一浆料包括石墨、导电剂、分散剂及粘结剂。
19.一种电池极片，所述电池极片包括集流体，所述集流体的至少一侧使用所述的涂布方法依次涂布有所述第一浆料与所述第二浆料。
20.本发明的有益效果：
21.本发明提供了一种涂布方法及电池极片。该涂布方法中，先在集流体上涂布第一
浆料，并在对第一浆料进行烘干以及辊压后，在第一浆料上涂布孔隙率大于第一浆料的第二浆料。第二浆料相比于第一浆料能够通过孔隙吸附更多的电解液以储存锂离子，使第一浆料表面富集锂离子，从而提高锂离子向第一浆料扩散的趋势，弥补电池极片表层过压带来的锂离子传输受阻的缺点。
22.该涂布方法能够提高电池极片表层的锂离子通道，降低电池的阻抗，在保证安全的前提下提升电池的整体性能。
附图说明
23.图1是本发明提供的电池极片的结构示意图；
24.图2是本发明提供的实验组和空白组在不同倍率下放电时的容量保持率对比图；
25.图3是本发明提供的实验组和空白组在不同倍率下充电时的容量保持率对比图；
26.图4是本发明提供的涂布版辊的结构示意图。
27.图中：
28.1、集流体；2、第一浆料；3、第二浆料；4、涂布版辊；
29.31、硬碳颗粒；41、凹部；42、平直部。
具体实施方式
30.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
32.除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
34.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
35.锂离子电池是通过离子在正负极活性物质之间嵌入和脱出来完成充电和放电过
程，其中负极的设计将直接影响锂离子电池的性能。负极极片在涂布浆料后，会对浆料进行烘干并辊压，辊压会将浆料层压实，从而降低负极极片的整体厚度，有助于提高电池的能量密度。但是，这也会导致浆料层的孔隙分布不均且孔隙率降低，导致锂离子难以穿过浆料层，影响锂离子的传输，宏观表现为电池的阻抗较高，从而影响电池的性能。
36.目前对于锂离子电池的性能改善，主要是通过降低负极的压实密度，提高负极的吸液能力，或通过加入更多的电解液，来保证循环过程电极中的电解液含量。但降低压实密度将导致负极厚度增加、能量密度降低，而加入更多的电解液则会增加电芯内压，影响电芯安全性能，也增加了电芯的生产物料成本。
37.为解决上述问题，本实施例提供了一种涂布方法。如图1所示，该涂布方法包括：
38.在集流体1上涂布第一浆料2，并对第一浆料2进行烘烤；
39.待第一浆料2固化后，对第一浆料2进行辊压；
40.在第一浆料2上涂布第二浆料3，第二浆料3的孔隙率大于第一浆料2的孔隙率，并对第二浆料3进行烘烤。
41.该涂布方法中，先在集流体1上涂布第一浆料2，并在对第一浆料2进行烘干以及辊压后，在第一浆料2上涂布孔隙率大于第一浆料2的第二浆料3并烘烤。第二浆料3相比于第一浆料2具有更大的孔隙率，能够通过孔隙吸附更多的电解液以储存锂离子，使第一浆料2表面富集锂离子。由于第一浆料2的表面的锂离子含量明显提高，能够大大提高锂离子向第一浆料2扩散的趋势，相当于提高了锂离子通道的数量，便于锂离子通过第一浆料2，弥补集流体1表层过压带来的锂离子传输受阻的缺点。
42.该涂布方法能够提高表层的锂离子通道，降低电池的阻抗，在保证安全的前提下提升电池的整体性能。
43.可以理解的是，在对涂布了第二浆料3的集流体1进行烘烤后，将具有两种浆料的集流体1进行收卷，便于存放。为提高导电率，集流体1由铜或银等金属制成。
44.其中，第一浆料2包括石墨、导电剂、分散剂及粘结剂。也就是说，该集流体1在涂布第二浆料3之前，与现有技术中的石墨负极极片基本相同，故此处不再赘述。
45.优选地，第二浆料3包括碳颗粒，还包括导电剂、分散剂及粘结剂中的至少一种。在实际选材中，第二浆料3的成分需要选择能够接收和脱出锂离子的材料，包括软碳、硬碳、人造石墨、天然石墨、硅、硅氧化合物、硅碳复合物、钛酸锂和能与锂形成合金的金属中的一种或任意组合。其中导电剂、分散剂及粘结剂的具体成分均为现有技术，此处不再赘述。
46.如图1所示，在本实施例中，碳颗粒为硬碳颗粒31，硬碳颗粒31既能够保证第二浆料3具有合适的孔隙大小与孔隙率，还能够使第二浆料3固化后具有一定的硬度，从而保证第二浆料3结构的稳定，孔隙大小与孔隙率不会发生变化，提高电池的循环寿命，而且材料成本低。
47.在对比实验中，将普通的石墨负极极片组成的电芯定义为空白组，将涂布硬碳的极片组成的电芯定义为实验组，其中空白组与实验组的极片具有相同的面密度。
48.经对比实验发现，实验组的电荷转移内阻rct＝2.96774，欧姆内阻r1＝0.22526，而空白组的电荷转移内阻rct＝4.51385，欧姆内阻r1＝0.51515，硬碳涂布的极片阻抗相比于普通的石墨极片大大降低。
49.在对空白组与实验组进行放电测试时发现，其中，五组空白组的电芯的可逆容量
分别为2.8277mah、2.8733mah、2.8565mah、2.9335mah和2.9545mah，平均为2.8891mah；而五组实验组的电芯的可逆容量分别为3.0446mah、3.0347mah、3.1154mah、3.0513mah和3.1254mah，平均为3.0743mah。也就是说，经过在第一浆料2上涂布孔隙率大于第一浆料2的第二浆料3，能够使能量密度提高6％。
50.图2为实验组和空白组在不同倍率下放电时的容量保持率对比图，图3为实验组和空白组在不同倍率下充电时的容量保持率对比图，且每组均设置了五个独立的电芯。由图2和图3可知，虽然随着充电倍率和放电倍率的提高，实验组和空白组的容量保持率均有所下降，但在同一充电倍率和放电倍率下，实验组的容量保持率是要高于空白组的。也就是说，经过在第一浆料2上涂布孔隙率大于第一浆料2的第二浆料3，能够提高充放电时的容量保持率。
51.优选地，碳颗粒的粒径大小为1-10um。碳颗粒的粒径越小，其比表面积越大，与电解液的接触越充分，越有利于在第一浆料2的表层富集锂离子，从而更有利于电池的快速充电，但是碳颗粒的平均粒径过小，会使第二浆料3的制备越困难，从而使负极的一致性受到影响。故碳颗粒的粒径优选1um，而根据实际需要，碳颗粒的粒径还可以是3um、5um、7um和9um。
52.优选地，第二浆料3的固含量为5-40％。第二浆料3固含量越高，其形态越稳定可控，在涂布第二浆料3时，其厚度与分布就会越均匀，集流体1的一致性越好。但是固含量过高则会导致第二浆料3的流动性不足，难以涂布。故第二浆料3的固含量优选30％，此时第二浆料3的流动性与稳定性均处于较佳的状态。可以理解的是，根据实际需要，第二浆料3的固含量还可以选择10％、15％、20％、25％和35％。
53.优选地，第二浆料3的涂层厚度为2-10um。涂布第二浆料3的目的在于在不降低集流体1的压实密度的前提下提高电池的性能，故第二浆料3的涂层厚度不宜过厚，否则同样会带来集流体1厚度的增加，从而导致能量密度的下降。其中，第二浆料3的涂层厚度优选3um、5um、7um及9um。
54.在常规工艺中，涂布第二浆料3并烘干后，需要对第二浆料3进行压实以提高表面的平整度，这会导致第二浆料3的孔隙大小与孔隙率受到影响。如图4所示，为解决这个问题，第二浆料3通过涂布版辊4辊涂至第一浆料2上。涂布时，将第二浆料3置于料槽中，涂布版辊4蘸取料槽中的第二浆料3并进行低速旋转运行，在运行过程中将第二浆料3转移涂布在辊压后的第一浆料2表面。其中，为了保证第二浆料3的涂布，选用同向辊涂布，即涂布版辊4运行方向和极片运行方向一致。
55.如图4所示，涂布版辊4包括凹部41以及设置于凹部41两端的两个平直部42，凹部41的径向截面直径由两端向中间逐渐减小。该涂布版辊4为微凹辊，与传统的平辊相比，采用微凹辊可增加集流体1中部的厚度，使集流体1的厚度分布与拉伸受力应变匹配，可保证得到厚度均匀的成品。
56.其中，凹部41的最大径向截面直径与最小径向截面直径的差值为1～20um。而凹部41的具体尺寸需要根据集流体1实际尺寸进行选择，具体地，凹部41的具体尺寸是根据第二浆料3的厚度确定的。
57.优选地，烘烤涂布了第二浆料3的集流体1时，烘烤温度为50-80℃。烘烤温度根据第二浆料3的实际成分进行选择，不宜过高或过低，烘烤温度过高会导致第二浆料3在固化
的过程中发生变形，从而影响最终的集流体1的合格率，烘烤温度过低则会导致第二浆料3固化时间过长，降低生产效率。优选地，烘烤温度为70℃。
58.本实施例还提供了一种电池极片，如图1所示，该电池极片包括集流体1，集流体1的至少一侧使用上述的涂布方法依次涂布有第一浆料2与第二浆料3。在集流体1的两侧均涂布第一浆料2与第二浆料3，能够提高集流体1的使用率，在该集流体1的两侧均能够发生电化学反应，从而进一步提高电池性能。
59.以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。