一种极片的制备方法、极片及锂离子电池与流程

1.本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种极片的制备方法、极片及锂离子电池。


背景技术：

2.锂离子电池重量轻、安全性能好等优点，故在蓝牙耳机、手机、笔记本电脑、平板电脑、摄像机等移动电子设备以及便携式移动电源等领域的应用已处在垄断地位。同时，锂离子电池也已经在电动摩托车、电动汽车等领域批量应用。
3.现有的锂离子电池一般为单极耳锂离子电池，即每个极片上只有一个设置在头部空箔区的极耳。这种单极耳结构的电池的涂布工艺中，在集流体的单双面涂覆活性物质层后，活性物质层边缘处的厚度会大于活性物质层中间区域的厚度，即会出现极片厚边的现象，进一步会导致收卷后活性物质层边缘处起鼓，更严重时导致生产无法进行。由于单极耳电芯的极耳是在极片涂布烘干后再焊接到极片的头部空箔区，即使出现极片厚边的现象，可将极片的厚边部分切除，再焊接极耳。
4.由于人们对于锂离子电池的能量密度和倍率放电以及放电温升都提出了更高的要求，电池的厚度随之增大，电池的正、负极的片长增加，如果再采用单一极耳形式，电池的内阻会很大，电池放电时极化严重，影响了电池的使用寿命和安全性能，因此，多极耳电池的应用越来越广泛。
5.多极耳技术的开发大幅度的提升了锂离子电池的能量密度，对我国锂电行业的发展起到了推波助澜之用。目前的多极耳电芯在极片涂布时，会预留集流体边缘空箔区，经过辊压和分切后，在卷绕前将集流体边缘空箔区经过裁切处理后形成多个极耳。为了增加多极耳电芯的安全性能，现有技术中还会在活性物质层的边缘涂覆绝缘材料，将绝缘材料作为极耳的根部，模切时沿着绝缘材料模切，会避免沿活性物质层模切而产生的毛刺，能够提高多极耳电芯的安全性能。然而，由于涂布的顺序一般是先涂覆活性物质浆料，再沿着活性物质浆料的边缘涂覆绝缘材料，为了防止短路，要求绝缘材料涂覆时与活性物质浆料有部分重叠交融，然而，由于活性物质浆料和绝缘材料均具有一定的厚度，两种浆料重叠后区域的极片厚度会进一步增加，后续在辊压时，两种浆料重叠区域的极片过压，导致压实密度过高，严重时还会造成极片箔材的断裂。
6.由于多极耳电芯不能像单极耳电芯的处理方式一样将厚边部分切除，鉴于此，确有必要提供一种技术方案以解决上述技术问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种锂离子电池极片，能够解决极片厚边的问题，对于多极耳电芯极片还能够解决活性物质浆料和绝缘浆料重叠交融导致极片厚度增加的问题。
8.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
9.一种极片的制备方法，其特征在于，包括以下操作：
10.清洁集流体以增加表面能；
11.对所述集流体预设活性物质层涂覆区和非活性物质层涂覆区，所述非活性物质层涂覆区设置在所述活性物质层涂覆区的至少一侧边，将活性物质浆料涂布于所述活性物质层涂覆区的表面得到活性物质层，模切后得到极片。
12.作为本发明所述的极片的制备方法的一种改进，还包括在所述非活性物质层涂覆区的表面涂覆绝缘浆料形成绝缘层，所述绝缘层和所述活性物质层邻接设置或部分重叠设置，沿所述绝缘层和所述非活性物质层涂覆区的空白区模切以形成至少一极耳。本发明的极片同样适用于设置有绝缘层的多极耳电芯，绝缘层能够增加多极耳电池的安全性能。如若不涂覆绝缘层，其一，用激光沿活性物质层的边缘模切，会对活性物质层边缘的活性物质热熔，造成边沿区域的活性物质失效；其二，激光沿活性物质层模切后，会产生活性物质粉尘以及金属熔珠，会影响电芯的性能；其三，正极极耳和负极极耳的根部为活性物质层，当电芯发生错位时易发生短路。然而，设置绝缘层后，激光模切沿着绝缘层模切，可避免边缘的活性物质层失效，也避免了活性物质粉尘和金属熔珠的产生，还能够防止正负极直接接触发生短路。即使绝缘层和活性物质层部分重叠，绝缘浆料和活性物质浆料受到的清洁后集流体的吸引力更大，也能防止绝缘浆料和活性物质浆料向浆料内部收缩，减小浆料重叠区域的厚度，避免极片厚边现象的产生，进而避免重叠区域压实密度过高导致的集流体箔材断裂。
13.作为本发明所述的极片的制备方法的一种改进，清洁所述集流体的方法包括擦拭、浸泡或烘烤中的至少一种；所述擦拭包括蘸取有机溶剂擦拭所述集流体；所述浸泡包括将所述集流体置于所述有机溶剂中浸泡；所述烘烤包括将所述集流体置于105～130℃的环境中烘烤；所述有机溶剂包括乙醇、丙酮或异丙醇。优选的，用无尘纸或者无尘布蘸取90％浓度的乙醇溶液擦拭集流体箔材。优选的，将集流体置于涂覆设备中烘烤，烘烤集流体箔材的时间为3～4min，涂覆设备中可通循环风将高温蒸发出的油脂排出，循环风的频率可设置为22hz。优选的，浸泡集流体箔材后，还包括将集流体箔材置于烘干箱中烘干。
14.作为本发明所述的极片的制备方法的一种改进，所述集流体为铝箔，所述活性物质层为正极活性物质层。现有技术中正极集流体一般均设置为铝箔，在铝箔的生产制备过程中，其表面会存在一些以铝粉颗粒为主的污渍以及油脂，由于污渍和油脂的存在，导致铝箔箔材的表面无法接近本征表面态。本发明尤其适用于集流体为铝箔的正极极片，通过本发明方法制备的正极极片，清洁集流体箔材后，增加了集流体箔材的表面能，使其接近本征表面态，使得活性物质层边缘不会发生回缩，避免厚边现象的产生。
15.作为本发明所述的极片的制备方法的一种改进，对所述活性物质层涂覆区预设邻接设置的第一活性物质层涂覆区和第二活性物质层涂覆区，对所述非活性物质层涂覆区预设邻接设置的第一非活性物质层涂覆区和第二非活性物质层涂覆区，所述第二活性物质层涂覆区和所述第一非活性物质层涂覆区邻接设置，清洁所述第二活性物质层涂覆区和所述第一非活性物质层涂覆区的表面，使所述第二活性物质层涂覆区和所述第一非活性物质层涂覆区的表面能均大于所述第一活性物质层涂覆区和所述第二非活性物质层涂覆区的表面能。第二活性物质层涂覆区和第一非活性物质层涂覆区的表面能均比第一活性物质层涂覆区和第二非活性物质层涂覆区的表面能大，即第二活性物质层涂覆区和第一非活性物质
层涂覆区的集流体箔材更加接近本征表面态，活性物质浆料表面离子受到来自第一非活性物质层涂覆区的集流体箔材的吸引力更大，一定程度上减小活性物质浆料内部粒子的吸引力，即第二活性物质层涂覆区表面的活性物质浆料会向第一非活性物质层涂覆区拉伸，避免了活性物质浆料的回缩，从而降低第二活性物质层涂覆区表面的活性物质层的厚度，避免厚边现象的产生。
16.作为本发明所述的极片的制备方法的一种改进，所述集流体为铜箔，所述活性物质层为负极活性物质层，清洁所述第二活性物质层涂覆区和所述第一非活性物质层涂覆区的表面，使得所述第二活性物质层涂覆区和所述第一非活性物质层涂覆区的表面能均大于所述负极活性物质层的表面能，且所述负极活性物质层的表面能均大于所述第一活性物质层涂覆区和所述第二非活性物质层涂覆区的表面能。负极箔材铜箔原料的生产过程工艺与铝箔不同，由于铜的活性相对铝较低，无需残留油脂保护，因此负极铜箔的表面清洁度度较高。当负极活性物质层的表面能略大于清洁前箔材的表面能，且小于清洁后箔材的表面能，若两个条件同时具备，该负极极片同样能够解决厚边问题。
17.作为本发明所述的极片的制备方法的一种改进，所述第二活性物质层涂覆区的宽度为1～20mm，所述第一非活性物质层涂覆区的宽度为1～20mm，所述第二活性物质层涂覆区和所述第一非活性物质层涂覆区的达因值均为31～32dyne/cm。实际宽度根据可根据极片和电芯的大小相应设置。另外，也无需对箔材过渡清洁。
18.作为本发明所述的极片的制备方法的一种改进，所述活性物质层涂覆区边缘附着的所述活性物质层的厚度小于所述活性物质层涂覆区中心区域附着的所述活性物质层的厚度。
19.本发明的目的之二在于，提供一种极片，由说明书前文任一项所述的方法制备而成。
20.本发明的目的之三在于，提供一种锂离子电池，包括裸电芯和封装所述裸电芯的外壳，所述裸电芯包括正极片、负极片、设置于所述正极片和所述负极片之间的隔膜、以及电解液，所述正极片和/或所述负极片为说明书前文所述的极片。
21.相比于现有技术，本发明的有益效果包括但不限于：本发明提供了一种极片的制备方法，包括以下操作：清洁集流体以增加表面能；对所述集流体预设活性物质层涂覆区和非活性物质层涂覆区，所述非活性物质层涂覆区设置在所述活性物质层涂覆区的至少一侧边，将活性物质浆料涂布于所述活性物质层涂覆区的表面得到活性物质层，模切后得到极片。
22.本发明在涂布时，为了防止浆料涂布到设备上，需要在活性物质层涂覆区的边缘预留部分非活性物质层涂覆区，非活性物质层涂覆区设置为集流体空箔。
23.发明人意外地发现，在清洁集流体表面之后再涂覆活性物质浆料，边缘区域的活性物质浆料不会向中间区域收缩，极片的边缘也不会出现厚边现象。发明人仔细研究后发现，这是因为现有的集流体箔材的表面吸附有外来原子或表面层存在各种缺陷使得表面结构已发生改变，即表面能级的密度和分布发生了明显的变化，导致集流体箔材的表面能级不能达到本征表面态。由于活性物质浆料流体的表面能大于集流体非本征表面态的表面能，故活性物质浆料流体表面离子受到来自集流体的吸引力较小，而受到活性物质浆料内部粒子的吸引力较大，使得边缘的活性物质浆料在向内和向外两个方向受到的力不平衡，
边缘的活性物质浆料受到一个指向浆料液体内部的拉力，因此，边缘的活性物质浆料的液体表面有自动收缩到最小的趋势，即边缘的活性物质浆料的厚度增加，造成厚边。鉴于此，发明人先清洁集流体的表面以增加集流体的表面能，使得集流体能够更加接近本征表面态，增加清洁后的集流体对边缘活性物质浆料的吸引力，防止边缘的活性物质浆料向中间收缩，即避免极片厚边现象的产生，进而能够避免收卷起鼓，提高了生产效率，减少了产品不良率。
24.本发明极片的制备方法不但适用于极耳位于极片头部空箔区的单极耳锂离子电池，也同样适用于极耳由集流体边缘的非活性物质层涂覆区裁切而成的多极耳锂离子电池。
附图说明
25.图1为实施例1中极片的结构示意图。
26.图2为实施例2中未模切极片的结构示意图。
27.图3为实施例2中极片的结构示意图。
28.图4为实施例3中未模切极片的结构示意图。
29.图中：1
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集流体，11
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活性物质层涂覆区，111
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第一活性物质层涂覆区，112
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第二活性物质层涂覆区，12
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非活性物质层涂覆区，121
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第一非活性物质层涂覆区，122
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第二非活性物质层涂覆区，2
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活性物质层，3
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绝缘层，4
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极耳。
具体实施方式
30.为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例和说明书附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件，本领域技术人员应可理解，制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。
32.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”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。
33.在发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。
34.实施例1
35.如图1所示，本实施例提供一种极片的制备方法，包括以下操作：
36.(1)用无尘纸或者无尘布蘸取90％浓度的乙醇溶液擦拭集流体1箔材的整个表面以增加表面能；
37.(2)对集流体1预设活性物质层涂覆区11和非活性物质层涂覆区12，非活性物质层涂覆区12设置在活性物质层涂覆区11的至少一侧边，将活性物质浆料涂布于活性物质层涂覆区11的表面得到活性物质层2，其中，集流体1为铝箔，活性物质层2为正极活性物质层。
38.(3)模切后，在集流体1头部的非活性物质层涂覆区12焊接极耳4，得到极片。
39.现有技术中正极集流体1一般均设置为铝箔，在铝箔的生产制备过程中，其表面会存在一些以铝粉颗粒为主的污渍以及油脂，由于污渍和油脂的存在，导致铝箔箔材的表面无法接近本征表面态。本发明尤其适用于集流体1为铝箔的正极极片，通过本发明方法制备的正极极片，清洁集流体1箔材后，增加了集流体1箔材的表面能，使其接近本征表面态，使得活性物质层2边缘不会发生回缩，避免厚边现象的产生。
40.实施例2
41.如图2～3所示，本实施例提供一种极片的制备方法，包括以下操作：
42.(1)用无尘纸或者无尘布蘸取90％浓度的乙醇溶液擦拭集流体1箔材的整个表面以增加表面能，清洁后箔材的达因值介于31～32dyne/cm；
43.(2)如图2所示，对集流体1预设活性物质层涂覆区11和非活性物质层涂覆区12，非活性物质层涂覆区12设置在活性物质层涂覆区11的两侧边，将活性物质浆料涂布于活性物质层涂覆区11的表面得到活性物质层2；其中，集流体1为铝箔，活性物质层2为正极活性物质层；
44.(3)在非活性物质层涂覆区12的表面涂覆绝缘浆料形成绝缘层3，绝缘层3和活性物质层2部分重叠设置，沿绝缘层3和非活性物质层涂覆区12的空白区模切以形成至少一极耳4，得到极片。
45.本发明的极片同样适用于设置有绝缘层3的多极耳电芯，绝缘层3能够增加多极耳4电池的安全性能。如若不涂覆绝缘层3，其一，用激光沿活性物质层2的边缘模切，会对活性物质层2边缘的活性物质热熔，造成边沿区域的活性物质失效；其二，激光沿活性物质层2模切后，会产生活性物质粉尘以及金属熔珠，会影响电芯的性能；其三，正极极耳4和负极极耳4的根部为活性物质层2，当电芯发生错位时易发生短路。然而，设置绝缘层3后，激光模切沿着绝缘层3模切，可避免边缘的活性物质层2失效，也避免了活性物质粉尘和金属熔珠的产生，还能够防止正负极直接接触发生短路。即使绝缘层3和活性物质层2部分重叠，绝缘浆料和活性物质浆料受到的清洁后集流体1的吸引力更大，也能防止绝缘浆料和活性物质浆料向浆料内部收缩，减小浆料重叠区域的厚度，避免极片厚边现象的产生，进而避免重叠区域压实密度过高导致的集流体1箔材断裂。
46.实施例3
47.如图4所示，本实施例提供一种极片的制备方法，包括以下操作：
48.(1)对集流体1预设活性物质层涂覆区11和非活性物质层涂覆区12，对活性物质层涂覆区11预设邻接设置的第一活性物质层涂覆区111和第二活性物质层涂覆区112，对非活性物质层涂覆区12预设邻接设置的第一非活性物质层涂覆区121和第二非活性物质层涂覆
区122，第二活性物质层涂覆区112和第一非活性物质层涂覆区121邻接设置，用无尘纸或者无尘布蘸取90％浓度的乙醇溶液擦拭清洁第二活性物质层涂覆区112和第一非活性物质层涂覆区121的表面，使第二活性物质层涂覆区112和第一非活性物质层涂覆区121的表面能均大于第一活性物质层涂覆区111和第二非活性物质层涂覆区122的表面能。
49.(2)将活性物质浆料涂布于活性物质层涂覆区11的表面得到活性物质层2；其中，集流体1为铝箔，活性物质层2为正极活性物质层；
50.(3)在非活性物质层涂覆区12的表面涂覆绝缘浆料形成绝缘层3，绝缘层3和活性物质层2邻接设置，沿绝缘层3和非活性物质层涂覆区12的空白区模切以形成至少一极耳4，得到极片。
51.由于第二活性物质层涂覆区112和第一非活性物质层涂覆区121的表面能均比第一活性物质层涂覆区111和第二非活性物质层涂覆区122的表面能大，即第二活性物质层涂覆区112和第一非活性物质层涂覆区121的集流体1箔材更加接近本征表面态，活性物质浆料表面离子受到来自第一非活性物质层涂覆区121的集流体1箔材的吸引力更大，一定程度上减小活性物质浆料内部粒子的吸引力，即第二活性物质层涂覆区112表面的活性物质浆料会向第一非活性物质层涂覆区121拉伸，避免了活性物质浆料的回缩，从而降低第二活性物质层涂覆区112表面的活性物质层2的厚度，避免厚边现象的产生。
52.进一步的，第二活性物质层涂覆区112的宽度为1～20mm，第一非活性物质层涂覆区121的宽度为1～20mm，第二活性物质层涂覆区112和第一非活性物质层涂覆区121的达因值均为31～32dyne/cm。实际宽度根据可根据极片和电芯的大小相应设置。
53.实施例4
54.本实施例提供一种极片的制备方法，与实施例3不同的是：
55.集流体1为铜箔，活性物质层2为负极活性物质层2，清洁第二活性物质层涂覆区112和第一非活性物质层涂覆区121的表面，使得第二活性物质层涂覆区112和第一非活性物质层涂覆区121的表面能均大于负极活性物质层2的表面能，且负极活性物质层2的表面能均大于第一活性物质层涂覆区111和第二非活性物质层涂覆区122的表面能。
56.其余与实施例3相同，这里不再赘述。
57.负极箔材铜箔原料的生产过程工艺与铝箔不同，由于铜的活性相对铝较低，无需残留油脂保护，因此负极铜箔的表面清洁度度较高。当负极活性物质层2的表面能略大于清洁前箔材的表面能，且小于清洁后箔材的表面能，若两个条件同时具备，该负极极片同样能够解决厚边问题。
58.实施例5
59.本实施例提供一种极片的制备方法，与实施例2不同的是：
60.(1)将集流体1置于有机溶剂中浸泡以增加表面能，浸泡后再将集流体1箔材置于烘干箱中烘干；其中，有机溶剂包括乙醇、丙酮或异丙醇。
61.其余与实施例2相同，这里不再赘述。
62.实施例6
63.本实施例提供一种极片的制备方法，与实施例2不同的是：
64.(1)将集流体1置于涂覆设备中于105～130℃的环境中烘烤，烘烤集流体1箔材的时间为3～4min，涂覆设备中可通循环风将高温蒸发出的油脂排出，循环风的频率可设置为
22hz。
65.其余与实施例2相同，这里不再赘述。
66.实施例7
67.本实施例提供一种锂离子电池，其制备方法为：将实施例2中制备的正极片、实施例4中制备的负极片以及隔膜经过卷绕工艺及封装制备成软包方形电池，再在85℃下真空烘烤24h，电解液使用ec:pc:dec:ep:pp＝10:5:15:15:55，注入电解液并静置24h，经过化成后制备得到锂离子电池。
68.对比例1
69.本对比例提供一种极片的制备方法，与实施例2不同的是，不包括步骤(1)，其余与实施例2相同，这里不再赘述。
70.性能测试：
71.用螺旋测微仪分别测试对比例1中活性物质层和绝缘层边缘重叠区域、实施例2中活性物质层中心区域以及实施例2中活性物质层和绝缘层边缘重叠区域的极片厚度、面密度和压片后密度，测试结果如表1。
72.表1
[0073][0074]
从表1中可以看出，对集流体的表面清洁能够增加集流体的表面能，使得集流体能够更加接近本征表面态，增加清洁后的集流体对边缘活性物质浆料的吸引力，防止边缘的活性物质浆料向中间收缩，即避免极片厚边现象的产生，进而能够避免收卷起鼓，提高了生产效率，减少了产品不良率。即使绝缘层和活性物质层部分重叠，绝缘浆料和活性物质浆料受到的清洁后集流体的吸引力更大，也能防止绝缘浆料和活性物质浆料向浆料内部收缩，减小浆料重叠区域的厚度，避免极片厚边现象的产生，进而避免重叠区域压实密度过高导致的集流体箔材断裂。
[0075]
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。