專利名稱：：一種鋰二次電池用單面膜極片的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鋰離子電池，具體涉及一種鋰二次電池用單面膜極片的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
：目前鋰二次電池正、負極片生產(chǎn)工藝流程為首先是將正極或負極粉料、導電劑、溶劑、粘結(jié)劑等混合制備成固液兩相分散均勻的漿料，然后將漿料涂在金屬箔的兩個表面，接著做烘干處理和碾壓處理，再裁切成型后進入電池組裝工序。其中極片碾壓流程如附圖l所示隨著鋰二次電池應用領(lǐng)域越來越廣，市場對其要求越來越多樣化，例如降低厚度、提高能量密度和超薄型聚合物(軟包裝)鋰電池。這樣就催生了一種新的極片結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要是需要加工出只涂覆單面膜的極片。按照目前鋰電池常規(guī)的加工工藝，必須將極片進行碾壓，以提高活性物質(zhì)的密度和其與金屬箔材的粘結(jié)性，如果不碾壓極片則會造成成品電池內(nèi)阻很大、電池容量和循環(huán)等性能大大降低甚至無法使用。鋰電池行業(yè)目前使用的碾壓機均采用壓輥、加壓、轉(zhuǎn)動方式，極片在碾壓過程是線性表面短時間受力，因為金屬箔材壓延特性和涂覆在上面的正負極材料壓延特性不同，受力結(jié)束后反彈情況也不相同，所以只涂覆單面膜的極片在碾壓后都會朝向金屬箔材表面方向巻曲，嚴重影響極片的后續(xù)加工，增加生產(chǎn)操作難度或無法操作(如圖2所示)。單面膜極片碾壓后極片巻曲非常嚴重，也使得此類結(jié)構(gòu)設(shè)計的極片及超薄型聚合物(軟包裝)電池無法實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。近十年來，我國的二次電池尤其是鋰二次電池產(chǎn)量快速增長，產(chǎn)量和規(guī)模已經(jīng)居于世界前列。但是在高端電池
技術(shù)領(lǐng)域：
例如圓柱形動力電池、聚合物電池、超薄型電池等方面和國外還有較大差距。如目前超薄型的化學電源電池，在實際中有很多應用，比如在電子書簽，小型電子儀器，音樂賀年卡和生日賀卡，有主動電源的信用卡和銀行卡，貨物運輸時位置追蹤監(jiān)控的信號發(fā)射源等等產(chǎn)品上的應用。目前超薄型的化學電源電池基本上只有美日等國家的少數(shù)大公司掌握該技術(shù)，超薄型鋰電池國內(nèi)更是鮮有生產(chǎn)。如果能解決單面膜極片加工存在的巻曲問題，也可以使超薄型聚合物(軟包裝)鋰電池規(guī)模生產(chǎn)成為可能。為解決基片碾壓處理產(chǎn)生的嚴重巻曲問題，現(xiàn)有的解決手段大多集中在涂膜工序中，如4中國專利申請CN200610061106.8、CN20071018523.l提供極片涂布的方法，以獲得涂膜均勻的極片；CN200810066074公開一種鋰離子電池正極極片的制作方法，主要解決涂膜粘結(jié)附著力問題，從而來提高極片加工性能，但是這些方法操作過程比較繁瑣，而且也不是針對單面涂膜極片生產(chǎn)行之有效的方法。因此，現(xiàn)有技術(shù)中缺乏專門解決鋰二次電池用單面膜極片的生產(chǎn)方法。
發(fā)明內(nèi)容為有效解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種只需改變線性輥壓時放置基片的方式和制片工藝流程，同時適當調(diào)整所涂敷膜層的材料配方和碾壓時的工藝參數(shù)，就可以大大降低基片的巻曲程度，從而使得應用單面膜極片的鋰電池包括超薄型聚合物(軟包裝)鋰電池能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案得以實施的一種鋰二次電池用單面膜極片的生產(chǎn)方法，所述的生產(chǎn)方法是將基片依次做涂膜、烘干、碾壓處理，其中，所述的涂膜為單面涂膜，涂膜采用的正、負極材料中加入鱗片石墨；涂膜的基片烘干后對折或者兩個基片重疊使未涂膜面相對再做碾壓處理。在正負極材料配方內(nèi)加入添加劑一特殊石墨即鱗片石墨，該石墨結(jié)構(gòu)為魚鱗片狀。由于正負極材料及導電石墨等大多是球形或類球型結(jié)構(gòu)，加入魚鱗片狀石墨后，在碾壓時鱗片狀石墨有平行滑動的能力并填充微觀球形材料間的的空隙位置，使得球型結(jié)構(gòu)的材料在碾壓時產(chǎn)生的應力大大降低。所以添加有適量鱗片石墨添加劑的單面膜極片碾壓結(jié)束后反彈情況減輕，可以有效降低極片巻曲。同時該添加劑和導電石墨是同一種化學成分-c(碳)，只是結(jié)構(gòu)有差別，所以在加入該添加劑的同時又不會影響電池的任何性能。同時在碾壓時將單面膜基片對折或者兩層單面膜基片重疊后一起碾壓，重疊時使未涂膜金屬面相對。這樣使得單面膜基片變相的成為"雙面膜基片"進行碾壓，在碾壓過程中有效的減輕基片巻曲程度以利于連續(xù)碾壓生產(chǎn)，獲得合格極片。作為優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明所述的生產(chǎn)方法，其中，所述鱗片石墨占正、負極材料重量的0.5-3%。作為優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明所述的生產(chǎn)方法，其中，所述正極材料由9095wt。/。的鈷酸鋰、鎳酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元材料等中的至少一種、15wt。/。的導電石墨、0.53wt。/。鱗片石墨和25。/。的PVDF(聚偏氟乙烯)組成。作為優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明所述的生產(chǎn)方法，其中，所述負極材料由9095wt。/。的復合石墨、15wt。/。的導電石墨、0.53wt。/。的鱗片石墨組成25。/。的PVDF或者11.5。/。CMC(羧甲基纖維素)和23。/。SBR(苯乙烯聚丁橡膠)的組合物組成。作為優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明所述的生產(chǎn)方法，其中碾壓處理前將單面膜基片對折或者兩層單面膜基片重疊后一起碾壓，重疊時使未涂膜金屬面相對，同時對應的膜層也要對齊(如圖6所示)。作為優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明所述的生產(chǎn)方法，其中，所述碾壓處理中碾壓的工藝參數(shù)為碾壓速度為4-6米/分鐘；壓實密度為正極單面膜極片在2.0-3.6g/cm3、負極極片為1.2-1.5g/cm3。碾壓單面膜極片時相應調(diào)整工藝參數(shù)，包括降低碾壓速度至每分鐘46米(常規(guī)雙面膜極片工藝參數(shù)為10米以上)，減小極片的壓實密度至正極單面膜極片2.03.6g/cm3，負極單面膜極片l.21.5g/cm3(常規(guī)雙面膜極片工藝參數(shù)工藝參數(shù)為正極極片2.34.0g/cm3，負極極片1.61.7g/cm3)，這樣不但可以保證電池性能，也最大程度的減小碾壓過程的內(nèi)部應力，以利于減輕極片巻曲。作為優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明所述的生產(chǎn)方法，其中，所述基片為銅箔或鋁箔，其厚度在920ym之間。作為優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明所述的生產(chǎn)方法，其中，所述涂膜處理中膜層厚為50-150um。作為優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明所述的生產(chǎn)方法，其中，所述碾壓處理中采用輥壓機，加壓壓力為10-100T(lT=1000kg，通常lMPa^Okg。)，溫度為5-4CTC，轉(zhuǎn)數(shù)為O.5-5r/min。作為優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明所述的生產(chǎn)方法，其中，所述生產(chǎn)方法還包括碾壓處理后做裁切成型處理。本發(fā)明提供的單面膜極片加工流程一般包括(如圖3所示)首先將正極或負極粉料、溶劑、粘結(jié)劑、添加劑混合制備成固液兩相分散均勻的漿料，然后將漿料涂在金屬鋁箔和銅箔的一個表面上并做烘干處理，碾壓前將單面膜極片對折或兩片單面膜極片重疊，重疊時單面膜極片的金屬箔箔材表面相對，相對應的膜層也要對齊，其后再做碾壓處理，即可獲得所需的單面膜極片。將所得的單面膜極片再裁切成型后可進入組裝電池工序。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明能很好的解決單面膜極片碾壓處理中產(chǎn)生嚴重巻曲，以至無法正常生產(chǎn)的問題，在鋰二次電池設(shè)計和生產(chǎn)中有著非常實際和廣闊的應用。例如，在各型號尺寸的方形疊片式鋰電池中應用兩片單面膜正極片起頭和收尾，不但可以降低電池厚度，提高能量密度，還可以減少兩片隔膜和一片銅箔的用量。由于隔膜和銅箔在鋰電池成本中所占比例較高(一般情況下在2035%)，所以應用單面膜極片還可以較大幅度的降低生產(chǎn)成本。再例如，生產(chǎn)超薄型的聚合物(軟包裝)鋰電池時，由于要必須使用單面膜極片，而常規(guī)工藝無法加工出合格的單面膜極片，應用本發(fā)明后可以保證極片生產(chǎn)和產(chǎn)品品質(zhì)要求，所以本發(fā)明技術(shù)在超薄型鋰電池方面的應用顯得更為重要。圖1是現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)鋰電池極片加工中碾壓流程示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)鋰電池用單面膜極片加工示意圖3是本發(fā)明鋰電池用單面膜極片加工示意圖；圖4是本發(fā)明實施例1涂膜工序示意圖5是本發(fā)明實施例1兩個單面膜極片碾壓處理前疊放示意圖;圖6是本發(fā)明實施例1疊放后兩個單面膜極片碾壓處理示意圖;圖7是本發(fā)明實施例2—個單面膜極片碾壓處理前對折示意圖;圖8是本發(fā)明實施例2—個單面膜極片對折后碾壓處理示意圖。具體實施例方式下面結(jié)合實施例，更具體地說明本發(fā)明的內(nèi)容。應當理解，本發(fā)明的實施并不局限于下面的實施例，對本發(fā)明所做的任何形式上的變通和/或改變都將落入本發(fā)明保護范圍。在本發(fā)明中，若非特指，所有的份、百分比均為重量單位，所有的設(shè)備和原料等均可從市場購得或是本行業(yè)常用的。銅箔或鋁箔按照9-20um的規(guī)格準備，涂膜工序中膜厚控制在50—150ym。實施例l按照表1和表2中配方1所示準備正、負極原料，并添加溶劑按照常規(guī)方法制備出固液兩相混合分散均勻的正、負極漿料。將制備的正、負極漿料分別涂覆在金屬鋁箔的一個表面上(如圖4所示)，然后烘干。取兩巻單面膜極片巻，將兩巻單面膜極片疊放(如圖5所示)，使得兩巻單面膜極片的金屬箔面相對，同時對應的膜層也要對齊。然后將疊放好的兩巻單面膜極片巻送入碾壓機中進行碾壓處理(如圖6所示)，碾壓工藝參數(shù)為碾壓速度為4-6米/分鐘、正極單面膜極片壓實密度為2.0-3.6g/cm3、負極單面膜極片壓實密度為1.2-1.5g/cm3，加壓壓力10-IOOT，碾壓溫度5-4(TC，碾壓機轉(zhuǎn)速O.5-5r/min。碾壓完成后分別將單面膜極片收巻，分切成型，進入下一步工序抓組裝電池。實施例2按照表1和表2中配方2所示準備正、負極原料，并添加溶劑按照常規(guī)方法制備出固液兩相混合分散均勻的正、負極漿料。將制備的正、負極漿料分別涂覆在金屬銅箔的一個表面上(如圖4所示)，然后烘干。取兩巻制備的單面膜極片巻，將兩巻單面膜極片疊放(如圖5所示)，使得兩巻單面膜極片的金屬箔面相對，同時對應的膜層也要對齊。然后將疊放好的兩巻單面膜極片巻送入碾壓機中進行碾壓處理(如圖6所示)，碾壓工藝參數(shù)為碾壓速度為4-6米/分鐘、正極單面膜極片壓實密度為2.0-3.6g/cm3、負極單面膜極片壓實密度為1.2-1.5g/cm3，加壓壓力10-100T，碾壓溫度5-4(TC，碾壓機轉(zhuǎn)速O.5-5r/min。碾壓完成后分別將單面膜極片收巻，分切成型，進入下一步工序抓組裝電池。實施例3按照表1和表2中配方3所示準備正、負極原料，并添加溶劑按照常規(guī)方法制備出固液兩相混合分散均勻的正、負極漿料。將制備的正、負極漿料分別涂覆在金屬鋁箔的一個表面上(如圖4所示)，然后烘干。取一巻制備的單面膜極片巻，將其對折(如圖7所示)，使得單面膜極片的金屬箔面相對，同時對應的膜層也要對齊。然后將對折好的單面膜極片巻送入碾壓機中進行碾壓處理(如圖8所示)，碾壓工藝參數(shù)為碾壓速度為4-6米/分鐘、正極單面膜極片壓實密度為2.0-3.6g/cm3、負極單面膜極片壓實密度為1.2-1.5g/cm3，加壓壓力10-100T，碾壓溫度5-40°C，碾壓機轉(zhuǎn)速O.5-5r/min。碾壓完成后將單面膜極片收巻，分切成型，進入下一步工序抓組裝電池。實施例4按照表1和表2中配方4所示準備正、負極原料，并添加溶劑按照常規(guī)方法制備出固液兩相混合分散均勻的正、負極漿料。將制備的正、負極漿料分別涂覆在金屬銅箔的一個表面上(如圖4所示)，然后烘干。取一巻制備的單面膜極片巻，將其對折(如圖7所示)，使得兩巻單面膜極片的金屬箔面相對，同時對應的膜層也要對齊。然后將對折好的單面膜極片巻送入碾壓機中進行碾壓處理(如圖8所示)，碾壓工藝參數(shù)為碾壓速度為4-6米/分鐘、正極單面膜極片壓實密度為2.0-3.6g/cm3、負極單面膜極片壓實密度為1.2-1.5g/cm3，加壓壓力10-100T，碾壓溫度5-40°C，碾壓機轉(zhuǎn)速O.5-5r/min。碾壓完成后將單面膜極片收巻，分切成型，進入下一步工序抓組裝電池。實施例5按照表1和表2中配方5所示準備正、負極原料，并添加溶劑按照常規(guī)方法制備出固液兩相混合分散均勻的正、負極漿料。其他操作同實施例l。實施例6按照表1和表2中配方6所示準備正、負極原料，并添加溶劑按照常規(guī)方法制備出固液兩相混合分散均勻的正、負極漿料。其他操作同實施例3。表1實施例1-6正極材料原料配方(g〕<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2實施例1-6負極材料原料配方〔g)窗aS_口石墨人造石墨天然石墨改性天然石墨導電石墨錢片石墨PVDFCMCSBR194I1131-521-5卯0.54.54I2.52.5t595I22應用例l使用本發(fā)明方法制備的單面膜極片可以顯著降低電池厚度表3相同長寬尺寸和容量的疊片電池使用單面膜厚度降低效果類別項目比較正負極片厚度參數(shù)正負極雙面極片正極化12()mm，負極IU20mm正極單面極片厚度正極單面膜極片厚度0.070mm日前使用常規(guī)極片電池正/負極片數(shù)15/16l國5/6成品電池厚度4.766mm3.336mm1,966mm使用正極單面膜極片正/負極片數(shù)正極雙而膜極片14片+iH極單面膜2片，負極片15正極雙而膜極片9片+正極單面膜2片，負極片IO正極雙面膜極片4片+正極單面膜2片，負極片5成品電池厚度4.636mm3.1456mml申65mm使用單面膜極片后電池厚度減少2.7%5.7%11,6%應用例2將本發(fā)明方法制備的單面膜極片用于超薄型聚合物(軟包裝)鋰電池表四趄簾型歪合物〔K包裝)鋰二次電*設(shè)計類別使用常規(guī)極片的設(shè)計i使用單面臈極片的設(shè)計2使用單面臈極片的設(shè)計3電池組件正極片正極一片，厗度a.120單面膜正極二片，總厙度a.MOmm單面膜正極一片，總厚度0.07[l皿負極片負校二片，總厚度D.26Clim負極一片，厙度O.L30論單面底負極一片，厙度O.CTOmmP亮膜四屋，總厚度O.[!8CI皿二層，總厚度C.040皿三屋，總厚度。.,皿電;也外殼外殼總厙度O.2[10nm外殼總厚度O.200mm外完總厚度O.200皿成品電i也厚度0.了3mm0.54皿0.40匪設(shè)計2和設(shè)計3使用單面胰極片后，成品電池厚度大大降低。由千減少了響箔相PI膜的使用，也大幅度的降低了電池成本。由上面應用例可以看出，相同容量的方形聚合物鋰電池如果使用本發(fā)明制備的單面膜極片，電池厚度可以減少315%，容量越小的電池減小的厚度效果越明顯。尤其是超薄型聚合物(軟包裝)鋰電池，必須使用單面膜極片，而且其降低電池厚度的效果更加明顯。同時由表中也可以看到，因為可以減少銅箔和隔膜等價格較高原材料的使用量，所以也可以降低生產(chǎn)成本。權(quán)利要求1.一種鋰二次電池用單面膜極片的生產(chǎn)方法，所述的生產(chǎn)方法是將基片依次做涂膜、烘干、碾壓處理，其特征在于，所述的涂膜為單面涂膜，涂膜采用的正、負極材料中加入鱗片石墨；涂膜的基片烘干后對折或者兩個基片重疊使未涂膜面相對再做碾壓處理。2如權(quán)利要求l所述的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述鱗片石墨占正、負極材料重量的O.5-3wt%。3如權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述正極材料由9095wt。/。的鈷酸鋰、鎳酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元材料中的至少一種、15wt。/。的導電石墨、0.53wt。/。的鱗片石墨、25wt。/。的PVDF組成。4如權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述負極材料由9095wty。的復合石墨、人造石墨、天然石墨和改性天然石墨中的至少一種、15wty。的導電石墨、0.53wt。/。的鱗片石墨、25wt。/。的PVDF或者l2wt。/。CMC和1.53wt。/。SBR組合物組成。5如權(quán)利要求l所述的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述碾壓處理前將單面膜基片對折或者兩層單面膜基片重疊后再一起碾壓，重疊時使未涂膜面相對，同時對應的膜層膜也要對齊。6如權(quán)利要求l所述的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述碾壓處理中碾壓工藝參數(shù)為碾壓速度為4-6米/分鐘；壓實密度正極單面膜極片在2.0-3.6g/cm3、負極單面膜極片在1.2-1.5g/cm3。7如權(quán)利要求l所述的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述基片為銅箔或鋁箔，其厚度在920ym。8如權(quán)利要求l所述的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述涂膜處理中膜厚為50-150ym。9如權(quán)利要求l所述的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述碾壓處理中采用輥壓機，加壓壓力為10-100T，溫度為5-40。C，轉(zhuǎn)數(shù)為O.5-5r/min。10.如權(quán)利要求l所述的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述生產(chǎn)方法還包括碾壓處理后做裁切成型處理。全文摘要本發(fā)明公開一種鋰二次電池用單面膜極片的生產(chǎn)方法，所述的生產(chǎn)方法是將金屬基片依次做涂膜、烘干、碾壓處理，其中，所述的涂膜處理為單面涂膜，涂膜采用的正、負極材料中加入鱗片石墨；涂膜并烘干的基片對折或者兩層單面膜基片重疊使未涂膜的金屬箔面相對再做碾壓處理。本發(fā)明有效解決了鋰二次電池用單面膜極片在加工過程中存在卷曲非常嚴重的問題。單面膜極片在鋰二次電池的型號設(shè)計中有很廣闊的應用，使用單面膜極片可以降低鋰電池的厚度和提高鋰電池能量密度、也可以降低電池成本、尤其適合制備超薄型聚合物(軟包裝)鋰電池。文檔編號H01M4/04GK101635351SQ20091030079公開日2010年1月27日申請日期2009年3月11日優(yōu)先權(quán)日2009年3月11日發(fā)明者朱修鋒,田江濤申請人:萬向電動汽車有限公司;萬向集團公司