一种锂离子电池及其极片的制作方法

本发明属于锂离子电池
技术领域：
，尤其涉及一种高能量密度锂离子电池及其极片。
背景技术：
：锂离子电池自商业化以来，由于其能量密度高、工作电压大、无记忆效应、循环寿命长、对环境无污染等优点被广泛用作各种移动设备的电源，也使其进入了大规模的使用阶段。近年来，伴随着各种便携式电子设备的进一步微型化和长待机化，这对锂离子电池的能量密度提出了越来越高的要求。目前，一般采用硅碳基材料作为锂离子电池的负极活性材料，其中，碳基材料首次效率较低，只能达到90％且理论克容量只有372mah/g；此外，业内对硅基材料研究表明，虽然其理论克容量达4200mah/g，但是其首次效率也只有50～60％。随着对电池体积能量密度和质量能量密度要求的提高，碳硅基材料的克容量发挥已无法满足目前的使用需求。此外，不少机械设备厂通过提升设备性能以满足薄集流体基材涂覆要求或者提高涂布精度从而达到提升能量密度的目的，但这方面的改造成本较高，难以实现规模化应用。另外，如图1所示，在电池极片的生产过程中，一般会在极片1’的端部留下一段未涂覆活性物质的空白区域2’，用于焊接极耳3’。由于需要在极片上留出不能涂覆活性物质的空白区域，该空白区域就会占用电芯的有效空间，不仅影响电芯能量密度的提升，而且也增加了电芯的成本；其次，现有极片上极耳位区域的厚度和其它涂覆了活性物质的区域的厚度差异大，导致电芯平整度不能满足高端客户需求。有鉴于此，确实有必要开发一种经济可行、见效快的电池能量密度提升方案。技术实现要素：本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种锂离子电池极片，以有效提升电芯的能量密度，并改善电芯的平整度。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种锂离子电池极片，包括集流体和涂覆在集流体表面的活性物质涂层，所述集流体上通过间歇涂布或连续涂布后清除活性物质涂层的方式预留有空白区域，所述空白区域焊接有极耳。作为本发明所述的锂离子电池极片的一种改进，所述极耳的宽度≤20mm，所述极耳的厚度≤0.15mm。作为本发明所述的锂离子电池极片的一种改进，所述空白区域设置为矩形，所述空白区域的宽度≥10mm，且所述空白区域的宽度比所述极耳的宽度大4～10mm。若空白区域的宽度比极耳的宽度过大，会使活性材料涂层的涂覆面积减少，从而降低电池能量密度；若空白区域的宽度比极耳的宽度过小，会造成极耳无法焊接。作为本发明所述的锂离子电池极片的一种改进，所述清除活性物质涂层的方法为溶剂清除法，采用溶剂直接清除涂布的活性物质涂层，所述溶剂为丙酮、乙醇、水、nmp、甲苯中的至少一种。作为本发明所述的锂离子电池极片的一种改进，所述清除活性物质涂层的方法为预贴胶纸法，涂布前在集流体的指定位置预贴一层宽度为10～25mm的胶纸，再进行涂布，待极片冷压后再移除胶纸。作为本发明所述的锂离子电池极片的一种改进，所述胶纸的剥离强度≤2n/m。若剥离强度过大，可能会损坏极片；若剥离强度过小，无法有效粘接。作为本发明所述的锂离子电池极片的一种改进，所述清除活性物质涂层的方法为预涂聚合物层法，涂布前在集流体的指定位置涂布一层宽度为10～25mm的聚合物层，再进行涂布，烘烤极片使聚合物层自动脱落。作为本发明所述的锂离子电池极片的一种改进，所述聚合物的玻璃化转变温度为90℃～120℃。作为本发明所述的锂离子电池极片的一种改进，所述烘烤温度为100～150℃，烘烤的时间为2～6min。本发明的有益效果在于：本发明一种锂离子电池极片，包括集流体和涂覆在集流体表面的活性物质涂层，所述集流体上通过间歇涂布或连续涂布后清除活性物质涂层的方式预留有空白区域，所述空白区域焊接有极耳。相比于现有技术，一方面，本发明取消了极片头部空白区域，减少了非活性基材所占有的体积，有效提升了电芯能量密度；另一方面，本发明将极耳焊接位置设置为空白区域，这种设计大大减少了常规工艺焊接极耳造成厚度的不平整性，有效避免常规设计电芯极耳位置过压现象，有利于改善电芯性能。本发明的另一目的在于：提供一种高能量密度的锂离子电池，其包括由正极片、隔离膜和负极片依次层叠后卷绕形成的裸电芯，以及封装裸电芯的铝塑膜，其中，采用液态胶水固定侧边封装的铝塑膜，所述正极片和所述负极片均为上述任一段所述的电池极片。相比于现有技术，本发明的极片结构设置可以提高电芯表面的平整度和电芯能量密度，从而提高电池的循环性能；此外，本发明采用液态胶水替代了常规电池侧边粘胶带，减少了粘胶带在电芯厚度方向及宽度方向的占用空间，能够进一步提升电池能量密度。附图说明图1为现有技术中极片的结构示意图。图2为本发明中极片的结构示意图。图中：1’-极片；2’-空白区域；3’-极耳；1-集流体；2-活性物质涂层；3-空白区域；4-极耳。具体实施方式如图2所示，一种锂离子电池极片，包括集流体1和涂覆在集流体1表面的活性物质涂层2，集流体1上通过间歇涂布或连续涂布后清除活性物质涂层2的方式预留有空白区域3，空白区域3焊接有极耳4。其中，极耳4的宽度≤20mm，极耳4的厚度≤0.15mm；空白区域3设置为矩形，空白区域3的宽度≥10mm，且空白区域3的宽度比极耳4的宽度大4～10mm。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，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。实施例1负极片使用人造石墨作为负极活性物质，使用去离子水作为负极浆料的溶剂，将98％的负极活性物质、1.0％的羧甲基纤维素钠和1.0％的丁苯橡胶混合搅拌形成负极浆料，设计涂布机的涂布参数进行间歇涂布，实现集流体铜箔预留有空白区域，极片干燥后，通过辊压机将极片活性物质层压实；辊压后的极片，通过极片分切机分切成指定长度与宽度的负极片。正极片使用钴酸锂作为正极活性物质，使用n-甲基吡咯烷酮(nmp)作为正极浆料的溶剂，将98％的正极活性物质、0.8％的导电碳和1.2％聚偏二氟乙烯混合搅拌形成正极浆料，按照与负极片相同的涂布工艺，设计涂布机的涂布参数进行间歇涂布，实现集流体铝箔预留有空白区域，极片干燥后，通过辊压机将极片活性物质层压实；辊压后的极片，通过极片分切机分切成指定长度与宽度的正极片。分别在正极片和负极片的空白区域点焊正极耳和负极耳，然后使正极片和负极片中间夹有14μm的pp/pe/pp复合隔离膜，将其卷绕成方形状，再用铝塑膜进行封装，并采用液态胶水固定侧边封装后的铝塑膜，得到长宽厚为32mm×82mm×42mm的方形软包装电池；注入非水电解液，电解液为1mol/l的lipf6溶液，溶剂由ec、pc和dmc按体积比1:1:1混合而成，封装后对电池进行化成和老化测试。实施例2负极片使用人造石墨作为负极活性物质，使用去离子水作为负极浆料的溶剂，将98％的负极活性物质、1.0％的羧甲基纤维素钠和1.0％的丁苯橡胶混合搅拌形成负极浆料，极片采用连续涂布，用水将活性物质清除，实现集流体铜箔预留有空白区域，极片干燥后，通过辊压机将极片活性物质层压实；辊压后的极片，通过极片分切机分切成指定长度与宽度的负极片。正极片使用钴酸锂作为正极活性物质，使用n-甲基吡咯烷酮(nmp)作为正极浆料的溶剂，将98％的正极活性物质、0.8％的导电碳和1.2％聚偏二氟乙烯混合搅拌形成正极浆料，按照与负极片相同的涂布工艺，用nmp将活性物质清除，实现集流体铝箔预留有空白区域，极片干燥后，通过辊压机将极片活性物质层压实；辊压后的极片，通过极片分切机分切成指定长度与宽度的正极片。其余同实施例1，这里不再赘述。实施例3负极片使用人造石墨作为负极活性物质，使用去离子水作为负极浆料的溶剂，将98％的负极活性物质、1.0％的羧甲基纤维素钠和1.0％的丁苯橡胶混合搅拌形成负极浆料，极片采用连续涂布，涂布前在集流体铜箔预先粘贴一层胶纸，胶纸与铜箔剥离强度为1n/m，极片干燥后移除胶纸，实现集流体铜箔预留有空白区域，通过辊压机将极片活性物质层压实，辊压后的极片，通过极片分切机分切成指定长度与宽度的负极片。正极片使用钴酸锂作为正极活性物质，使用n-甲基吡咯烷酮(nmp)作为正极浆料的溶剂，将98％的正极活性物质、0.8％的导电碳和1.2％聚偏二氟乙烯混合搅拌形成正极浆料，按照与负极片相同的工艺实现集流体铝箔预留有空白区域，极片干燥后，通过辊压机将极片活性物质层压实，辊压后的极片，通过极片分切机分切成指定长度与宽度的正极片。其余同实施例1，这里不再赘述。实施例4负极片使用人造石墨作为负极活性物质，使用去离子水作为负极浆料的溶剂，将98％的负极活性物质、1.0％的羧甲基纤维素钠和1.0％的丁苯橡胶混合搅拌形成负极浆料，极片采用连续涂布，涂布前在集流体铜箔预先涂布一层丙烯酸甲酯-丙烯腈共聚物层，其玻璃化转变温度为95℃，干燥后的极片经过120℃热处理3min使预涂的丙烯酸甲酯-丙烯腈共聚物层自动脱落，实现集流体铜箔预留有空白区域，通过辊压机将极片活性物质层压实，辊压后的极片，通过极片分切机分切成指定长度与宽度的负极片。正极片使用钴酸锂作为正极活性物质，使用n-甲基吡咯烷酮(nmp)作为正极浆料的溶剂，将98％的正极活性物质、0.8％的导电碳和1.2％聚偏二氟乙烯混合搅拌形成正极浆料，按照与负极片相同的工艺实现集流体铝箔预留有空白区域，极片干燥后，通过辊压机将极片活性物质层压实，辊压后的极片，通过极片分切机分切成指定长度与宽度的正极片。其余同实施例1，这里不再赘述。对比例1负极片使用人造石墨作为负极活性物质，使用去离子水作为负极浆料的溶剂，将98％的负极活性物质、1.0％的羧甲基纤维素钠和1.0％的丁苯橡胶混合搅拌形成负极浆料，将负极浆料涂布在集流体铜箔上，在铜箔的端部预留不涂覆负极浆料的空白区域，极片干燥后，通过辊压机将极片活性物质层压实；辊压后的极片，通过极片分切机分切成指定长度与宽度的负极片。正极片使用钴酸锂作为正极活性物质，使用n-甲基吡咯烷酮(nmp)作为正极浆料的溶剂，将98％的正极活性物质、0.8％的导电碳和1.2％聚偏二氟乙烯混合搅拌形成正极浆料，将正极浆料涂布在集流体铝箔上，在铝箔的端部预留不涂覆正极浆料的空白区域，极片干燥后，通过辊压机将极片活性物质层压实；辊压后的极片，通过极片分切机分切成指定长度与宽度的正极片。分别在正极片和负极片的空白区域点焊正极耳和负极耳，然后使正极片和负极片中间夹有14μm的pp/pe/pp复合隔离膜，将其卷绕成方形状，再用铝塑膜进行封装，并采用粘胶带固定侧边封装后的铝塑膜，得到长宽厚为32mm×82mm×42mm的方形软包装电池；注入非水电解液，电解液为1mol/l的lipf6溶液，溶剂由ec、pc和dmc按体积比1:1:1混合而成，封装后对电池进行化成和老化测试。分别对实施例1～4和对比例1的锂离子电池进行能量密度和循环性能测试，测试结果见表1。表1实施例和对比例的锂离子电池能量密度和循环性能测试结果组别能量密度(wh/l)500周循环容量保持率(％)实施例159090实施例259489实施例356091实施例459892对比例157085由表1的测试结果可知，相比于采用常规制作工艺的极片，采用本发明极片的锂离子电池的能量密度达590wh/l以上，能量密度提升3.5％以上，而且具有更加优异的循环性能；这是因为：一方面，本发明取消了极片头部空白区域，减少了非活性基材所占有的体积；另一方面，本发明将极耳镶嵌在涂层内，这种设计大大减少了常规工艺焊接极耳造成厚度的不平整性，从而有效提高电池的能量密度和循环性能。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。当前第1页12