一种双极电极制作方法及锂离子电池与流程

1.本说明书一个或多个实施例涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种双极电极制作方法及锂离子电池。


背景技术：

2.在现有公开的双极电极制备领域，中国专利申请公开号为cn112289981a公开了一种双极性电极及电池的制作方法。该方法将正极活性物质构成的浆料涂布在双极性集流体的一侧面上,负极活性物质构成的浆料涂布在辅助集流体的一侧面上,分开烘干辊压后,在双极性集流体的另一侧涂布导电粘合剂,辅助集流体再与导电粘合剂复合成双极性电极。这种制作双极性电极的方法将正负极活性物质分开辊压,通过导电粘合剂将辊压后的正负极活性物质粘合起来,避免了过压和体积能量密度的浪费,也能够实现电极制作的连续性。但该公开技术具有如下缺陷：1)此专利技术将正极与负极分开进行单面涂布、辊压，由于集流体涂布面与未涂布面辊压后张力不均匀，极片会卷曲而无法进行下一步操作；2)两种集流体使用导电粘结剂粘到一起，导电粘结剂的导电性能比金属箔差很多，导致电池电阻提高；3)辊压或使用过程中集流体破裂会导致正负电极短路。
3.再者，中国专利申请公开号为cn112736222a公开了一种双极性电极及其制备方法，包括以下步骤：s1、取两个保护层并在两个保护层上分别涂抹硅油形成硅油层；s2、在两个保护层的硅油层上分别涂覆正极浆料、负极浆料，烘干后得到带有保护层的正极材料、负极材料；s3、对正极材料、负极材料分别进行辊压；s4、取双极性集流体并在双极性集流体两侧表面分别涂覆正极导电胶、负极导电胶；s5、将正极材料、负极材料分别贴附在双极性集流体的正极导电胶、负极导电胶上，在温度t下，对正极材料、负极材料施加压力f使得正极材料、负极材料附着在双极性集流体上，揭除保护层，即得到双极性电极。该发明能够使正、负极材料都达到理想的压实密度，从而更好地发挥电池的性能。但该双极性电极制备方法依然存在如下缺陷：1)正负极片辊压后容易卷曲；2)正负电极之间无隔离层，安全性无法保证；3)导电胶的导电性能比金属箔差，导致电池电阻提高。
4.综上所述，现有公开的双极电极制备方法，依然存在改进的需要。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本说明书的第一个目的在于提供一种双极电极的制作方法。本发明制作方法能增加单体电池安全性，避免集流体破裂导致正负极短路；操作简单、可行，通过牵引避免正负极辊压后卷曲；双极电极导电性好、性能好，通过箔材焊接提高电子电导率；隔离层选用可压缩材料，可以吸收电池膨胀。
6.本说明书的第二个目的在于提供一种包括上述制作方法制得的双极电极的锂离子电池。
7.基于上述第一项目的，本说明书提供如下技术方案：
8.一种双极电极的制作方法，包括如下步骤：
9.s1、将正极活性物质、导电剂、粘结剂在溶剂中均匀分散得到正极浆料，将正极浆料涂布在正极集流体的单面烘干后得到单面涂布的正极片，在正极浆料两侧留有空箔；
10.s2、将负极活性物质、导电剂、粘结剂在溶剂中均匀分散得到负极浆料，将负极浆料涂布在负极集流体的单面烘干后得到单面涂布的负极片，负极浆料两侧留有空箔；
11.s3、将未辊压的单面涂布的正极片经过正极压辊辊压至设计厚度，未辊压的单面涂布的负极片经过负极压辊辊压至设计厚度；
12.s4、辊压后正极片、负极片和隔离层分别由牵引辊牵引向前移动，最终在复合辊处以正极片-隔离层-负极片三层结构形式复合在一起；
13.s5、将正极片空箔区域与负极片空箔区域连接形成电子回路，制得双极电极。
14.作为一种实施方式，步骤s1中，所述正极活性物质为镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂中的一种。
15.作为一种实施方式，步骤s2中，所述负极活性物质为石墨，硅碳，氧化硅，硬炭中的一种或多种。
16.作为一种实施方式，步骤s1和s2中，所述粘结剂包括羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、丙烯腈多元共聚物一种或多种；所述粘结剂占负极浆料总质量1％-5％。
17.作为一种实施方式，步骤s1和s2中，所述导电剂选自炭黑、碳纳米管、石墨烯、石墨一种或多种；所述导电剂占负极浆料总质量0.5％-3％。
18.步骤s4具体步骤如下：所述单面涂布正极片1与单面涂布负极片2分别经过正极压辊41、42辊压和负极压辊51、52辊压；为了防止极片卷曲，直接在牵引辊7牵引下，在复合辊61、62处复合在一起，然后经过激光焊接或超声焊接装置8，将正极空箔12与负极空箔22处进行焊接；正负极片复合时在中间放入隔离层3将正极涂料区域与负极涂料区域的集流体隔离，避免集流体破裂导致电池内短路。
19.作为一种实施方式，步骤s4中，所述隔离层选自pe、pp、pet、pi、金属箔、泡棉、气凝胶、硅胶中的一种；优选地，所述隔离层为泡棉或气凝胶。
20.作为一种实施方式，步骤s4中，所述隔离层厚度为3μm～50μm；优选5μm～20μm。
21.作为一种实施方式，步骤s5中，所述双极电极包括正极片、隔离层和负极片；所述正极片一面涂布正极浆料，另一面为光面；所述负极片一面涂布负极浆料，另一面为光面；所述隔离层宽度与正极涂布宽度和负极涂布宽度相同。
22.作为一种实施方式，步骤s5中，所述正极片空箔区域与负极片空箔区域连接的方式为激光焊接或超声焊接。
23.作为一种实施方式，所述正极集流体和负极集流体为铝箔、铜箔、镍箔或铁箔。
24.作为一种优选的实施方式，所述正极集流体为铝箔，所述负极集流体为铜箔。
25.基于上述第二项目的，本发明提供如下技术方案：
26.一种锂离子电池，包括上述制作方法制得的双极电极、隔膜和电解液；
27.所述锂离子电池按照双极电极、隔膜、双极电极顺序堆叠或卷绕成的卷芯，卷芯封装后注入电解液，然后密封即制得产品锂离子电池。
28.作为一种实施方式，所述锂离子电池的外形为棱柱形。
29.与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：
30.本发明制作方法能增加单体电池安全性，避免集流体破裂导致正负极短路；操作
简单、可行，通过牵引避免正负极辊压后卷曲；双极电极导电性好、性能好，通过箔材焊接提高电子电导率；隔离层选用可压缩材料，可以吸收电池膨胀。
附图说明
31.图1为本发明双极电极制作流程示意图；
32.图2为正极片示意图；
33.图3为负极片示意图；
34.图4为双极电极示意图。
35.数字标识：
36.1-单面涂布的正极片，2-单面涂布的负极片，3-隔离层，
37.7-牵引辊，8-激光焊接或超声焊接装置，9-双极电极，10-电子回路，
38.11-正极涂布浆料层，12-正极空箔，21-负极涂布浆料层，
39.22-负极空箔，41、42-正极压辊，51、52-负极压辊，61、62-复合辊，
具体实施方式
40.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本公开进一步详细说明。
41.需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
42.现有技术中，还未出现一种相对完善的在双极电极的制备方法。
43.基于此，参见图1-图4所示，作为本发明的一个方面，本发明一种双极电极的制作方法，包括如下步骤：
44.s1、将正极活性物质、导电剂、粘结剂在溶剂中均匀分散得到正极浆料，将正极浆料涂布在正极集流体的单面烘干后得到单面涂布的正极片1，在正极浆料两侧留有8-12mm的空箔12(参见图2所示)；所述正极集流体厚度为13-17μm；所述正极浆料涂布宽度190-210mm；
45.s2、将负极活性物质、导电剂、粘结剂在溶剂中均匀分散得到负极浆料，将负极浆料涂布在负极集流体的单面烘干后得到单面涂布的负极片2，在负极浆料两侧留有8-12mm的空箔22(参见图3所示)；所述负极集流体厚度为6-12μm；所述负极浆料涂布宽度195-215mm；
46.s3、将未辊压的单面涂布的正极片经过正极压辊41、42辊压至设计厚度45-70μm，未辊压的单面涂布的负极片经过负极压辊51、52辊压至设计厚度50-80μm；
47.s4、碾压后正极片、负极片和隔离层分别由牵引辊7牵引向前移动，最终在复合辊61、62处以正极片-隔离层-负极片三层结构形式复合在一起；所述隔离层宽度190-210mm与正极、负极涂布区域对齐；
48.s5、将正极片空箔区域与负极片空箔区域连接形成电子回路10，制得双极电极9。
49.作为一个实施例，步骤s1中，所述正极活性物质为镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂中的一种。
50.作为一个实施例，步骤s2中，所述负极活性物质为石墨，硅碳，氧化硅，硬炭中的一种或多种。
51.作为一个实施例，步骤s1和s2中，所述粘结剂包括羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、丙烯腈多元共聚物一种或多种；所述粘结剂占负极浆料总质量1％-5％。
52.作为一个实施例，步骤s1和s2中，所述导电剂选自炭黑、碳纳米管、石墨烯、石墨一种或多种；所述导电剂占负极浆料总质量0.5％-3％。
53.作为一个实施例，参见图1所示，步骤s4具体步骤如下：所述单面涂布正极片1与单面涂布负极片2分别经过正极压辊41、42辊压和负极压辊51、52辊压；为了防止极片卷曲，直接在牵引辊7牵引下，在复合辊61、62处复合在一起，然后经过激光焊接或超声焊接装置8，将正极空箔12与负极空箔22处进行焊接；正负极片复合时在中间放入隔离层3将正极涂料区域与负极涂料区域的集流体隔离，避免集流体破裂导致电池内短路。
54.作为一个实施例，步骤s4中，所述隔离层选自pe、pp、pet、pi、金属箔、泡棉、气凝胶、硅胶中的一种；优选地，所述隔离层为泡棉或气凝胶。
55.作为一个实施例，步骤s4中，所述隔离层厚度为3μm～50μm；优选5μm～20μm。
56.作为一个实施例，参见图4所示，步骤s5中，所述双极电极包括正极片、隔离层和负极片；所述正极片一面涂布正极浆料，另一面为光面；所述负极片一面涂布负极浆料，另一面为光面；所述隔离层宽度与正极涂布宽度和负极涂布宽度相同。
57.作为一个实施例，步骤s5中，所述正极片空箔区域与负极片空箔区域连接的方式为激光焊接或超声焊接。
58.作为一个实施例，所述正极集流体和负极集流体为铝箔、铜箔、镍箔或铁箔。
59.作为一个优选的实施例，所述正极集流体为铝箔，所述负极集流体为铜箔。
60.作为本发明的另一个方面，本发明一种锂离子电池，包括上述制作方法制得的双极电极、隔膜和电解液；
61.所述锂离子电池按照双极电极、隔膜、双极电极顺序堆叠或卷绕成的卷芯，卷芯封装后注入电解液，然后密封即制得产品锂离子电池。
62.作为一个实施例，所述锂离子电池的外形为棱柱形。
63.具体实施例如下：
64.实施例1
65.一种双极电极的制作方法，包括如下步骤：
66.在相对湿度＜30％，每立方米微尘数量＜10000的除湿除尘房间中，
67.s1、将正极活性物质、导电剂、粘结剂按照重量比95.5:3:1.5均匀分散在n-甲基吡咯烷酮(简称：nmp)中混合均匀得到正极浆料，将正极浆料单面涂布在15μm厚度铝箔上，浆料宽度200mm，边缘各留有10mm的铝箔；所述正极活性物质为镍钴锰酸锂，所述导电剂为炭黑，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠；
68.s2、烘箱烘干后得到正极片；
69.s3、将负极活性物质、导电剂、粘结剂按照重量比96:1:3均匀分散在去离子水中得
到负极浆料，将负极浆料单面涂布在12μm厚度铜箔上，料宽度205mm，边缘各留有10mm的铜箔；所述负极活性物质为石墨，所述导电剂为炭黑，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠；
70.s4、烘箱烘干后得到负极片；
71.s5、正极片进过正极压辊得到厚度为50μm的正极片，负极片进过负极压辊得到厚度为65μm的负极片；
72.s6、正极片、负极片、泡棉隔离膜由牵引辊牵引到双极电极复合辊处成型为正极片-泡棉-负极片三层结构，泡棉宽度200mm并与正极、负极涂布区域对齐；
73.s7、未涂布铝箔和铝箔使用激光焊接，得到本发明产品双极电极。
74.经检测，本发明制得的双极电极能增加单体电池安全性，避免集流体破裂导致正负极短路；操作简单、可行，通过牵引避免正负极辊压后卷曲；双极电极导电性好、性能好，通过箔材焊接提高电子电导率；隔离层选用可压缩材料，可以吸收电池膨胀。
75.实施例2
76.在相对湿度＜30％，每立方米微尘数量＜10000的除湿除尘房间中，
77.s1、将正极活性物质、导电剂、粘结剂按照重量比95.5:3:1.5均匀分散在n-甲基吡咯烷酮(简称：nmp)中混合均匀得到正极浆料，将正极浆料单面涂布在13μm厚度铝箔上，浆料宽度190mm，边缘各留有8mm的铝箔；所述正极活性物质为磷酸铁锂，所述导电剂为碳纳米管，所述粘结剂为丁苯橡胶；
78.s2、烘箱烘干后得到正极片；
79.s3、将负极活性物质、导电剂、粘结剂按照重量比96:1:3均匀分散在去离子水中得到负极浆料，将负极浆料单面涂布在10μm厚度铜箔上，料宽度195mm，边缘各留有8mm的铜箔；所述负极极活性物质为硅碳，所述导电剂为碳纳米管，所述粘结剂为丁苯橡胶；
80.s4、烘箱烘干后得到负极片；
81.s5、正极片进过正极压辊得到厚度为45μm的正极片，负极片进过负极压辊得到厚度为60μm的负极片；
82.s6、正极片、负极片、泡棉隔离膜由牵引辊牵引到双极电极复合辊处成型为正极片-泡棉-负极片三层结构，泡棉宽度190mm并与正极、负极涂布区域对齐；
83.s7、未涂布铝箔和铝箔使用激光焊接，得到本发明产品双极电极。
84.经检测，本发明制得的双极电极能增加单体电池安全性，避免集流体破裂导致正负极短路；操作简单、可行，通过牵引避免正负极辊压后卷曲；双极电极导电性好、性能好，通过箔材焊接提高电子电导率；隔离层选用可压缩材料，可以吸收电池膨胀。
85.实施例3
86.在相对湿度＜30％，每立方米微尘数量＜10000的除湿除尘房间中，
87.s1、将正极活性物质、导电剂、粘结剂按照重量比95.5:3:1.5均匀分散在n-甲基吡咯烷酮(简称：nmp)中混合均匀得到正极浆料，将正极浆料单面涂布在17μm厚度铝箔上，浆料宽度210mm，边缘各留有12mm的铝箔；所述正极活性物质为锰酸锂，所述导电剂为石墨烯，所述粘结剂为丙烯腈多元共聚物；
88.s2、烘箱烘干后得到正极片；
89.s3、将负极活性物质、导电剂、粘结剂按照重量比96:1:3均匀分散在去离子水中得到负极浆料，将负极浆料单面涂布在14μm厚度铜箔上，料宽度215mm，边缘各留有12mm的铜
箔；所述负极活性物质为氧化硅，所述导电剂为石墨烯，所述粘结剂为丙烯腈多元共聚物；
90.s4、烘箱烘干后得到负极片；
91.s5、正极片进过正极压辊得到厚度为55μm的正极片，负极片进过负极压辊得到厚度为70μm的负极片；
92.s6、正极片、负极片、泡棉隔离膜由牵引辊牵引到双极电极复合辊处成型为正极片-泡棉-负极片三层结构，泡棉宽度210mm并与正极、负极涂布区域对齐；
93.s7、未涂布铝箔和铝箔使用激光焊接，得到本发明产品双极电极。
94.经检测，经检测，本发明制得的双极电极能增加单体电池安全性，避免集流体破裂导致正负极短路；操作简单、可行，通过牵引避免正负极辊压后卷曲；双极电极导电性好、性能好，通过箔材焊接提高电子电导率；隔离层选用可压缩材料，可以吸收电池膨胀。
95.上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在说明书中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
96.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
97.另外，为简化说明和讨论，在阐述了具体细节以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本说明书一个或多个实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
98.尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。
99.本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。