一种低短路率锂离子动力电池极片及其制备方法与流程

本发明涉及电池涂布技术领域，尤其涉及一种低短路率锂离子动力电池极片及其制备方法。

背景技术

目前石油资源日益紧缺，环境污染严重，为了解决以上问题，发展电动汽车和混合动力汽车是主要方法之一。然而长期以来，电动汽车的发展受到动力电池技术发展的制约。虽然现已商业化动力锂离子电池具有许多优良的性能，但随着动力电池在电动汽车动力系统中广泛运用，逐渐暴露出一系列诸如充电时间长，电池的耐久性、可靠性和安全性差等方面的问题。

为了使电池能大倍率充电和提高电池的安全性能，研发工作者做了大量工作，其中降低电池极耳的接触内阻就是方法之一。铝带、镍带焊接法，通过间歇式涂布，正极极片留白，在极片留白处超声焊接铝带、镍带作极耳，该方法简单，但焊接时为点焊接，电池的接触内阻仍然较大，且超声焊接易出现虚焊或过焊，给电池的安全性带来隐患。

激光切割极耳法，该方法简单实用，能有效降低极耳的接触内阻，但激光切割铝基材时，因温度高，铝熔解形成焊渣、焊屑，散落在极片上，易刺穿隔膜，造成短路。针对该种情况，本发明在激光切割极片形成极耳的区域涂上一层耐高温陶瓷，在激光切割时保护铝基材，不会因高温铝熔解形成焊渣、焊屑。

技术实现要素：

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种低短路率锂离子动力电池极片及其制备方法，在激光切割极片形成极耳的区域涂上一层耐高温陶瓷，在激光切割时保护铝基材，不会因高温铝熔解形成焊渣、焊屑,有效避免电池短路现象。

本发明采用以下技术方案实现：

一种低短路率锂离子动力电池极片，所述极片一侧设有极耳，在极耳一侧的极片边缘涂覆有陶瓷边。

作为优选，电池正极浆料和陶瓷浆料同时涂布在集流体上。在电池正极浆料涂布的同时在集流体箔材边缘留白处涂上宽度约5-7mm的陶瓷浆料涂层，烘干成型后陶瓷浆料涂层边缘与电池正极浆料涂层边缘重合。

一种低短路率锂离子动力电池极片的制备方法，包括以下步骤：

(1)将电池正极浆料和陶瓷浆料通过挤压式涂布机同时喷涂在集流体上，且电池正极浆料和陶瓷浆料边缘重合；

(2)将喷涂有电池正极浆料和陶瓷浆料的集流体带入烘箱烘烤成型，烘烤完成后收卷，再进行辊压压实，中间分切后收卷，得到待切割极片；

(3)将带切割极片用激光切割去多余的集流体，切割成带有陶瓷边的电池极耳，得到所述极片。

作为优选，所述电池正极浆料的制备方法如下：将聚偏氟乙烯加入到氮甲基吡咯烷酮中，搅拌至形成胶液，加入电池材料和导电剂超导电炭黑继续搅拌4～6h，得到粘度控制在8500～10000mpa.s的电池正极浆料；其中，电池材料、导电剂超导电炭黑和聚偏氟乙烯的质量比是97:1:2，电池材料、导电剂超导电炭黑和聚偏氟乙烯的总质量在所述浆料中所占质量百分比在55～65％之间；搅拌的公转转速为10～20r/m，分散转速为1800～2500r/m。

作为优选，所述陶瓷浆料的制备方法如下：将聚偏氟乙烯加入到氮甲基吡咯烷酮中，搅拌至形成胶液，加入粉体粒径为100～300nm的无机陶瓷粉，继续搅拌4～6h，得到粘度控制在1000～1500mpa.s的陶瓷浆料；其中，无机陶瓷粉为氧化铝、氧化锆、二氧化硅或勃姆石中的任意一种，无机陶瓷粉加入量在合好浆料中所占质量百分比为25～35％；搅拌的公转转速10～20r/m，分散转速1500～2000r/m。采用本发明技术方案中电池正极浆料和陶瓷浆料的制备方法，在所述挤压式涂布机中能够进行均匀涂料，避免有效地防止两种浆料同时喷涂的混料现象，减少生产中因混料现象造成的报废，提高涂布成品合格率，降低了生产成本。电池正极浆料和陶瓷浆料的粘度控制有效避免了喷涂时浆料漏集流体上的现象。

作为优选，步骤(2)中，烘干后的所述陶瓷边的宽度为5～7mm,陶瓷边的厚度超过烘干成型后电池极片厚度的值≦5um。烘干成型后不能漏集流体基材。

作为优选，步骤(2)中，烘箱烘烤温度和热风速度分四段进行，具体为：温区一，温度为60～80℃，风机频率1000～1500hz；温区二，温度为115～130℃，风机频率1000～1500hz；温区三，温度为115～130℃，风机频率2500～3000hz；温区四，温度为60～80℃，风机频率1000～1500hz；极片出烘箱时干燥，干燥温度≦85℃。

作为优选，所述挤压式涂布机包括：

下模头上设有电池正极浆料导料槽、电池正极浆料溢料槽、电池正极浆料进料孔和刀口；电池正极浆料导料槽和电池正极浆料溢料槽位于下模头同一侧，电池正极浆料导料槽内的电池正极浆料通过溢流进入电池正极浆料溢料槽；电池正极浆料进料孔与电池正极浆料导料槽连通，用于向电池正极浆料导料槽注入电池正极浆料；刀口与电池正极浆料溢料槽连通，电池正极浆料溢料槽内的电池正极浆料通过刀口喷涂出去；

垫片安装在下模头上；垫片远离下模头的一侧设有多条用于引流的陶瓷浆料导料槽，各陶瓷浆料导料槽的终端均设有一个陶瓷浆料出料口；上模头安装在垫片远离下模头的一侧，上模头上对应每一条陶瓷浆料导料槽分别设有一个陶瓷浆料进料孔，各陶瓷浆料进料孔与对应的陶瓷浆料导料槽的起始端连通；陶瓷浆料通过各陶瓷浆料进料孔注入对应的陶瓷浆料导料槽，并从陶瓷浆料出料口喷出。

采用本发明技术方案，电池正极浆料和陶瓷浆料是连续涂布且同时进行，喷涂后同时进烘箱干燥成型后收卷，具有生产效率高，一致性好的优点，且陶瓷的耐高温性能好，降低了后续因激光切割形成焊渣而造成电池短路的风险。

附图说明

图1为本发明挤压式涂布机爆炸图；

图2为图1中垫片结构图；

图3为图2中垫片上陶瓷浆料出料口放大图；

图4为图1组装图。

具体实施方式

本发明所用试剂均为常规试剂或市购获得。

实施例1：

一种低短路率锂离子动力电池极片的制备方法，包括以下步骤：

(1)电池正极浆料的制备：将聚偏氟乙烯加入到氮甲基吡咯烷酮中，搅拌至形成胶液，加入电池材料和导电剂超导电炭黑继续搅拌6h，得到粘度控制在10000mpa.s的电池正极浆料；其中，电池材料、导电剂超导电炭黑和聚偏氟乙烯的质量比是97:1:2，电池材料、导电剂超导电炭黑和聚偏氟乙烯的总质量在所述浆料中所占质量百分比为65％；搅拌的公转转速为20r/m，分散转速为2500r/m；

(2)陶瓷浆料的制备：将聚偏氟乙烯加入到氮甲基吡咯烷酮中，搅拌至形成胶液，加入粉体粒径为300nm的无机陶瓷粉，继续搅拌6h，得到粘度控制在1500mpa.s的陶瓷浆料；其中，无机陶瓷粉为氧化铝、氧化锆、二氧化硅或勃姆石中的任意一种，无机陶瓷粉加入量在合好浆料中所占质量百分比为35％；搅拌的公转转速20r/m，分散转速2000r/m；

(3)如图1-4所示，首先，将电池正极浆料通过电池正极浆料进料孔7导入电池正极浆料导料槽8，电池正极浆料从电池正极浆料导料槽溢流进入电池正极浆料溢料槽9，然后通过刀口喷出到集流体上；然后将合好的陶瓷浆料由压力和流量恒定的氮气从陶瓷浆料储罐经导料管压入上模头13，沿上模头上的各陶瓷浆料进料孔3进入垫片15上的对应的陶瓷浆料导料槽4，经陶瓷浆料导料槽上的陶瓷浆料出料口5喷出到集流体上；喷涂在集流体上的电池正极浆料和陶瓷浆料边缘重合，将喷涂上电池正极浆料和陶瓷浆料的集流体带入烘箱烘烤，烘箱烘烤温度和热风速度分四段进行，具体为：温区一，温度为80℃，风机频率1500hz；温区二，温度为130℃，风机频率1500hz；温区三，温度为130℃，风机频率3000hz；温区四，温度为80℃，风机频率1500hz；极片出烘箱时干燥，干燥温度85℃，烘干成型后收卷，最终得到低短路率锂离子动力电池极片，烘干后的陶瓷边的宽度为7mm,陶瓷边的厚度超过烘干成型后电池极片厚度的值为5um。

采用本实施例方法制备100个电池极片并组装成电池，进行短路率电池测试，采用万用表测试短路情况，经统计该组电池短路率为1.5％。

实施例2：

一种低短路率锂离子动力电池极片的制备方法，包括以下步骤：

(1)电池正极浆料的制备：将聚偏氟乙烯加入到氮甲基吡咯烷酮中，搅拌至形成胶液，加入电池材料和导电剂超导电炭黑继续搅拌4h，得到粘度控制在8500的电池正极浆料；其中，电池材料、导电剂超导电炭黑和聚偏氟乙烯的质量比是97:1:2，电池材料、导电剂超导电炭黑和聚偏氟乙烯的总质量在所述浆料中所占质量百分比为55％；搅拌的公转转速为10r/m，分散转速为1800r/m；

(2)陶瓷浆料的制备：将聚偏氟乙烯加入到氮甲基吡咯烷酮中，搅拌至形成胶液，加入粉体粒径为100nm的无机陶瓷粉，继续搅拌4h，得到粘度控制在1000mpa.s的陶瓷浆料；其中，无机陶瓷粉为氧化铝、氧化锆、二氧化硅或勃姆石中的任意一种，无机陶瓷粉加入量在合好浆料中所占质量百分比为25％；搅拌的公转转速10r/m，分散转速1500r/m；

(3)如图1-4所示，首先，将电池正极浆料通过电池正极浆料进料孔7导入电池正极浆料导料槽8，电池正极浆料从电池正极浆料导料槽溢流进入电池正极浆料溢料槽9，然后通过刀口喷出到集流体上；然后将合好的陶瓷浆料由压力和流量恒定的氮气从陶瓷浆料储罐经导料管压入上模头13，沿上模头上的各陶瓷浆料进料孔3进入垫片15上的对应的陶瓷浆料导料槽4，经陶瓷浆料导料槽上的陶瓷浆料出料口5喷出到集流体上；喷涂在集流体上的电池正极浆料和陶瓷浆料边缘重合，将喷涂上电池正极浆料和陶瓷浆料的集流体带入烘箱烘烤，烘箱烘烤温度和热风速度分四段进行，具体为：温区一，温度为60℃，风机频率1000hz；温区二，温度为115℃，风机频率1000hz；温区三，温度为115℃，风机频率2500hz；温区四，温度为60℃，风机频率1000hz；极片出烘箱时干燥，干燥温度80℃，烘干成型后收卷，最终得到低短路率锂离子动力电池极片，烘干后的陶瓷边的宽度为5mm,陶瓷边的厚度超过烘干成型后电池极片厚度的值为4um。

采用本实施例方法制备100个电池极片并组装成电池，进行短路率电池测试，采用万用表测试短路情况，经统计该组电池短路率为1.3％。

实施例3：

一种低短路率锂离子动力电池极片的制备方法，包括以下步骤：

(1)电池正极浆料的制备：将聚偏氟乙烯加入到氮甲基吡咯烷酮中，搅拌至形成胶液，加入电池材料和导电剂超导电炭黑继续搅拌5h，得到粘度控制在9000mpa.s的电池正极浆料；其中，电池材料、导电剂超导电炭黑和聚偏氟乙烯的质量比是97:1:2，电池材料、导电剂超导电炭黑和聚偏氟乙烯的总质量在所述浆料中所占质量百分比为60％；搅拌的公转转速为15r/m，分散转速为2000r/m；(2)陶瓷浆料的制备：将聚偏氟乙烯加入到氮甲基吡咯烷酮中，搅拌至形成胶液，加入粉体粒径为200nm的无机陶瓷粉，继续搅拌5.5h，得到粘度控制在1200mpa.s的陶瓷浆料；其中，无机陶瓷粉为氧化铝、氧化锆、二氧化硅或勃姆石中的任意一种，无机陶瓷粉加入量在合好浆料中所占质量百分比为30％；搅拌的公转转速14r/m，分散转速1700r/m；

(3)如图1-4所示，首先，将电池正极浆料通过电池正极浆料进料孔7导入电池正极浆料导料槽8，电池正极浆料从电池正极浆料导料槽溢流进入电池正极浆料溢料槽9，然后通过刀口喷出到集流体上；然后将合好的陶瓷浆料由压力和流量恒定的氮气从陶瓷浆料储罐经导料管压入上模头13，沿上模头上的各陶瓷浆料进料孔3进入垫片15上的对应的陶瓷浆料导料槽4，经陶瓷浆料导料槽上的陶瓷浆料出料口5喷出到集流体上；喷涂在集流体上的电池正极浆料和陶瓷浆料边缘重合，将喷涂上电池正极浆料和陶瓷浆料的集流体带入烘箱烘烤，烘箱烘烤温度和热风速度分四段进行，具体为：温区一，温度为70℃，风机频率1300hz；温区二，温度为120℃，风机频率1300hz；温区三，温度为125℃，风机频率2850hz；温区四，温度为68℃，风机频率1150hz；极片出烘箱时干燥，干燥温度40℃，烘干成型后收卷，最终得到低短路率锂离子动力电池极片，烘干后的陶瓷边的宽度为5.5mm,陶瓷边的厚度超过烘干成型后电池极片厚度的值3.5um。

采用本实施例方法制备100个电池极片并组装成电池，进行短路率电池测试，采用万用表测试短路情况，经统计该组电池短路率为1.4％。

实施例4：

参照图1-4所示，本发明提出的挤压式涂布机包括：下模头12、上模头13和垫片15；

下模头上设有电池正极浆料导料槽8、电池正极浆料溢料槽9、电池正极浆料进料孔7和刀口；电池正极浆料导料槽和电池正极浆料溢料槽位于下模头同一侧，电池正极浆料导料槽内的电池正极浆料通过溢流进入电池正极浆料溢料槽；电池正极浆料进料孔与电池正极浆料导料槽连通，用于向电池正极浆料导料槽注入电池正极浆料；刀口与电池正极浆料溢料槽连通，电池正极浆料溢料槽内的电池正极浆料通过刀口喷涂出去；

垫片安装在下模头上；垫片远离下模头的一侧设有多条用于引流的陶瓷浆料导料槽4，各陶瓷浆料导料槽的终端均设有一个陶瓷浆料出料口4；上模头安装在垫片远离下模头的一侧，上模头上对应每一条陶瓷浆料导料槽分别设有一个陶瓷浆料进料孔3，各陶瓷浆料进料孔与对应的陶瓷浆料导料槽的起始端连通；陶瓷浆料通过各陶瓷浆料进料孔注入对应的陶瓷浆料导料槽，并从陶瓷浆料出料口喷出。

首先，将电池正极浆料通过电池正极浆料进料孔导入电池正极浆料导料槽，电池正极浆料从电池正极浆料导料槽溢流进入电池正极浆料溢料槽，然后通过刀口喷出到集流体上；然后将合好的陶瓷浆料由压力和流量恒定的氮气从陶瓷浆料储罐经导料管压入上模头，沿上模头上的各陶瓷浆料进料孔进入垫片上的对应的陶瓷浆料导料槽，经陶瓷浆料导料槽上的陶瓷浆料出料口喷出到集流体上；喷涂在集流体上的电池正极浆料和陶瓷浆料边缘重合，将喷涂上电池正极浆料和陶瓷浆料的集流体带入烘箱烘烤，烘干成型后收卷。

对比例：

随机市购两种品牌的锂离子动力电池极片各100片，以同实施例相同的租床方法组装成电池a组和b组，进行短路率电池测试，采用万用表测试短路情况，经统计a组电池短路率为4.5％，a组电池短路率为4.9％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。