一种轻量化的电池负极片制作方法及其应用与流程

本发明为一种电池负极片技术领域，尤其涉及一种轻量化电池负极片的制备方法及应用。

背景技术

锂离子电池是一种主要由正负极活性物质、隔膜、电解液、包装外壳、正负极极集流体等组成的二次电池。目前正极集流体主要为铝箔，负极集流体主要为铜箔，随着新能源领域的不断持续推广扩大，锂电池相关产业原材料价格不断上涨，尤其是2017年铜箔价格一度达到12万元/吨，铜金属的大量应用及价格上涨，给企业生产成本及铜金属资源大量消耗造成了巨大压力。

目前锂电池减重提升能量密度主要依靠铜、铝箔厚度、面密度的降低实现减重，在保证箔材强度的基础上箔材面密度降低能力有限，因此需要寻找一种可以替代铜、铝的负极材料。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种轻量化电池负极片的制备方法及应用，解决上述背景中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种轻量化电池负极片的制备方法，包括负极导电基体的制备以及在所述负极导电基体上涂覆负极浆料，所述负极导电基体的制备方法包括以下步骤：s1：选取一定规格和硬度的高分子塑料硬化薄膜；s2：在所述高分子塑料硬化薄膜上丝网印刷一层网格状导电金属固溶体浆料，烘干，得到网格状导电金属固溶体；s3：在所述高分子塑料硬化薄膜上再涂覆一层导电剂，得到负极导电基体。

进一步地，所述高分子塑料硬化薄膜的厚度为10um-250um，硬度≤4hb；所述网格状导电金属固溶体的厚度为5um-20um；所述导电剂的厚度为2um-5um。

进一步地，所述高分子塑料硬化薄膜材料为双向拉伸聚丙烯膜、低密度聚乙烯薄膜、聚脂薄膜、尼龙薄膜、流延聚丙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜中的一种或几种。

进一步地，所述导电金属固溶体浆料为银导体浆料、铜导体浆料、铂导体浆料、金导体浆料、钯导体浆料、银铂导体浆料、银铂钯导体浆料、银钯导体浆料中的一种或几种。

进一步地，所述网格状导电金属固溶体的网格宽度为2mm-20mm，网格留白部分为任意多边形的一种或几种。

进一步地，所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种。

进一步地，所述导电基体两侧通过铜箔连接，所述铜箔形状为u字形、h字形、人字形、凹字形中的一种。

一种轻量化电池负极片在锂离子电池、全固态电池、钠离子电池、锂硫电池中的应用。

本发明将负极集流体用一种高分子塑料硬化薄膜取代铜箔，并在硬化膜上丝印一层网格状的导电金属固溶体作为集流体导电骨架，再在涂覆有导电金属固溶体的硬化薄膜上涂覆一层导电剂，实现整个极片与金属网格电子导通。

本发明制备负极导电基体后，将羧甲基纤维素钠溶于去离子得到胶液，再依次加入导电剂、活性物质、丁苯橡胶，均匀混合后得到负极浆料；将负极浆料均匀涂布在负极导电基体上，经70-90℃烘烤得到负极卷料极片，按1.4-1.5g/cm³进行辊压；将辊压过的极片将极片模切成极片一定规格的负极片；将铜箔折叠，包覆在极耳位并用超声波焊接固定，使极片正反两面连接，得到一种超轻量化锂离子负极片。

本发明在锂离子电池中引入优化过的铜丝作为参比电极集流体，不影响锂离子在正极和负极间的传输，不会对电信号造成干扰，制作成本低廉，改善金属锂和铜丝的接触问题，提高参比电极电位稳定性，提升锂离子电池的可重复性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、用柔性且具有一定硬度的高分子塑料硬化薄膜做载体，涂覆少量的网格状导电金属固溶体为骨架，极大的节约了金属资源，降低极片原材料成本。

2、在涂覆有网格状导电金属固溶体的高分子硬化薄膜上再涂覆一层导电剂，弥补了薄膜空白区域导电性差的弱点，实现整个极片与金属网格电子导通，增强了负极片的导电性。

3、高分子塑料薄膜的面密度相对于铜箔较低，取代铜箔后，使负极片重量极大降低，对电芯减重、能量密度提升非常有益。

附图说明

图1为本发明中负极导电基体结构示意图。

图中，1-pet膜，2-导电炭黑涂层导，3-导电银浆涂层

图2为本发明中丝网结构图

图3为本发明中极耳结构图

图中4-极片，5-极耳位，6-铜箔

具体实施方式

实例1

一种轻量化电池负极片的制备方法，包括：

s1：负极导电基体的制备：选取规格为10um*390mm、硬度为1hb的聚脂薄膜(pet)。将250-600目的丝网在丝网印刷机上印刷网格图案，如图2所示，丝印区域横、竖方向均为10mm宽，留白区域是边长为10mm的正方形。在pet膜1上涂覆2-5um厚的丙烯酸胶液，并经过紫外光固烘干。再将pet膜1置于光滑玻璃面上固定，再放置丝网在pet膜1之上压紧，丝网紧贴pet膜1，向丝网上倒取一定量导电银浆，用橡胶刮板将银浆在丝网上来回刮动，将丝网上的图案印刷在pet膜1上，60℃烘干得到涂覆厚度为5um的导电银浆涂层3，再将上述得到的pet膜1按如图1涂覆一层导电炭黑2，厚度为2um，得到负极导电基体。

s2：负极配料：将1.8％的羧甲基纤维素钠溶于去离子得到胶液，再依次加入质量分数1.2％、94.5％、2.5％的导电剂、活性物质、丁苯橡胶，均匀混合后得到负极浆料。

s3：涂布、辊压：将负极浆料均匀涂布在负极导电基体上，涂布宽度361mm,涂布净面密度分别为0.29g/1000mm²，经70-90℃烘烤得到负极卷料极片，按1.4-1.5g/cm³进行辊压。

s4：模切：刀模为一出二模具，两刀膜间隙为2mm，将辊压过的极片将极片模切成极片主体长宽为179mm*84mm，极耳位长宽为10mm*20mm的负极片。

s5：极耳焊接:剪取长宽为20mm*19mm宽的6um铜箔，如图3，折成u字形，包覆在极耳位并用超声波焊接固定，使极片正反两面连接，得到一种超轻量化锂离子负极片。

将上述轻量化电池负极片应用于制备锂离子电池电芯：

s6：正极配料制片：将正极活性物质、导电剂、聚偏氟乙烯分别按质量百分比92％-94％、2.0％-4.0％、4％-6％溶于n-甲基吡咯烷酮，固含量控制在58±2％。经涂布辊压，模切成176mm*82mm，极耳位长宽为12mm*20mm的正极片。

s7：叠片：将s5和s6制得的极片按负极包覆正极的顺序依次叠加，负极14层，正极13层，中间用(16+4)um*180mm陶瓷隔膜隔开，得到裸电芯。

s8：成型：将上述所得裸电芯经焊接、封装、注液、化成、二封、0.5c分容得到成品电芯。

实施例2

一种轻量化电池负极片的制备方法，包括：

s1：负极导电基体的制备：选取规格为250um*390mm、硬度为1hb的聚脂薄膜(pet)。将250-600目的丝网在丝网印刷机上印刷网格图案，如图2所示，丝印区域横、竖方向均为10mm宽，留白区域是边长为10mm的正方形。在pet膜1上涂覆2-5um厚的丙烯酸胶液，并经过紫外光固烘干。再将pet膜1置于光滑玻璃面上固定，再放置丝网在pet膜1之上压紧，丝网紧贴pet膜1，向丝网上倒取一定量导电银浆，用橡胶刮板将银浆在丝网上来回刮动，将丝网上的图案印刷在pet膜1上，60℃烘干得到涂覆厚度为20um的导电银浆涂层3，再将上述得到的pet膜1按如图1涂覆一层导电炭黑2，厚度为5um，得到负极导电基体。

s2：负极配料：将1.8％的羧甲基纤维素钠溶于去离子得到胶液，再依次加入质量分数1.2％、94.5％、2.5％的导电剂、活性物质、丁苯橡胶，均匀混合后得到负极浆料。

s3：涂布、辊压：将负极浆料均匀涂布在负极导电基体上，涂布宽度361mm,涂布净面密度分别为0.29g/1000mm²，经70-90℃烘烤得到负极卷料极片，按1.4-1.5g/cm3进行辊压。

s4：模切：刀模为一出二模具，两刀膜间隙为2mm，将辊压过的极片将极片模切成极片主体长宽为179mm*84mm，极耳位长宽为10mm*20mm的负极片。

s5：极耳焊接:剪取长宽为20mm*19mm宽的6um铜箔，如图3，折成u字形，包覆在极耳位并用超声波焊接固定，使极片正反两面连接，得到一种超轻量化锂离子负极片。

锂离子电池电芯的制备过程与实施例1相同。

实施例3

一种轻量化电池负极片的制备方法，包括：

s1：负极导电基体的制备：选取规格为25um*390mm、硬度为1hb的聚脂薄膜(pet)。将250-600目的丝网在丝网印刷机上印刷网格图案，如图2所示，丝印区域横、竖方向均为10mm宽，留白区域是边长为10mm的正方形。在pet膜1上涂覆2-5um厚的丙烯酸胶液，并经过紫外光固烘干。再将pet膜1置于光滑玻璃面上固定，再放置丝网在pet膜1之上压紧，丝网紧贴pet膜1，向丝网上倒取一定量导电银浆，用橡胶刮板将银浆在丝网上来回刮动，将丝网上的图案印刷在pet膜1上，60℃烘干得到涂覆厚度为15um的导电银浆涂层3，再将上述得到的pet膜1按如图1涂覆一层导电炭黑2，厚度为3um，得到负极导电基体。

s2：负极配料：将1.8％的羧甲基纤维素钠溶于去离子得到胶液，再依次加入质量分数1.2％、94.5％、2.5％的导电剂、活性物质、丁苯橡胶，均匀混合后得到负极浆料。

s3：涂布、辊压：将负极浆料均匀涂布在负极导电基体上，涂布宽度361mm,涂布净面密度分别为0.29g/1000mm²，经70-90℃烘烤得到负极卷料极片，按1.4-1.5g/cm3进行辊压。

s4：模切：刀模为一出二模具，两刀膜间隙为2mm,将辊压过的极片将极片模切成极片主体长宽为179mm*84mm，极耳位长宽为10mm*20mm的负极片。

s5：极耳焊接:剪取长宽为20mm*19mm宽的6um铜箔，如图3，折成u字形，包覆在极耳位并用超声波焊接固定，使极片正反两面连接，得到一种超轻量化锂离子负极片。

锂离子电池电芯的制备过程与实施例1相同。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。