一种锂电池负极极片的制造方法与流程

1.本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂电池负极极片的制造方法。


背景技术：

2.锂离子电池是一种充电式电池，它以锂离子在正负极之间的迁移来实现储存和释放电能的过程。锂离子电池通常由正极、负极、隔膜和电解液组成。正极是锂离子电池中的正极极片，通常由锂盐、活性材料和导电剂组成。正极材料常用的有氧化钴、氧化镍、氧化锰等化合物，这些物质能够与锂离子发生可逆的嵌入/脱嵌反应。负极是锂离子电池中的负极极片，通常由碳材料(如石墨)构成。在充电过程中，锂离子从正极迁移到负极，嵌入到负极材料的层状结构中。隔膜是位于正负极之间的隔离层，通常由聚合物材料制成。隔膜的作用是防止正负极短路，同时允许锂离子在正负极之间传输。
3.经检索，中国专利文件cn109148820a中公开了一种厚极片的制备方法及其高能量密度软包锂离子电池，其制备方法包括匀浆、涂布、轮压﹑模切、干燥、叠片、极耳焊接、封装、电芯干燥、注液、化成等步骤,其中电池正极双面面密度45-70mg/cm2，负极双面面密度20-35mg/cm2，并根据正极面密度需求，调整负极面密度，使得负极面容量/正极面容量大于等于1.0小于等于1.2；正极孔隙率控制在22.4％-37.5％，负极孔隙率控制在27.6％-32.2％；根据压实密度，电芯注液量为1.75-2.5g/ah；电池化成包括恒流充电-恒压充电-恒流放电等三个步骤，恒流充电倍率为0.04-0.06c，充电至截止电压u1后恒压充电至截止电流为0.01-0.02c；恒流0.04-0.06c倍率放电至截止电压u2。该发明所公开的厚极片制作方法简洁、效果好、可批量生产，能够有效提高单体锂离子电池的能量密度。
4.但是，上述锂离子电池仍存在以下缺陷：
5.加入表面活性剂、多孔活性物等物质使得成本高，且厚电极难以做到高压实，低压实下进一步提高不了能量密度，厚电极的极化大、电解液浸润困难，电化学性能差，循环性能差，因此我们需要提出一种锂电池负极极片的制造方法来解决上述存在的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种锂电池负极极片的制造方法，负极极片通过多层涂布造孔方式，形成定向的低曲折度孔隙结构，提高电解质的渗流能力和离子的迁移速率，从而达到提高厚电极动力学性能的目的，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
8.一种锂电池负极极片的制造方法，包括如下步骤：
9.步骤一、制备下层涂布负极浆料一；
10.按质量百分比计，所述下层涂布负极浆料一包括如下原料：石墨95.8％-96.8％、导电剂炭黑0.3％-0.5％、悬浮剂0.5％-0.7％、磁性物质0.3％-0.5％、paa粘结剂0.8％-1.2％、sbr粘结剂0.6％-0.8％、余量为溶剂；
11.制备上层涂布负极浆料二；
12.所述上层涂布负极浆料二包括如下原料：石墨95.8％-96.8％、导电剂炭黑0.3％-0.5％、悬浮剂0.5％-0.7％、paa粘结剂0.8％-1.2％、sbr粘结剂0.6％-0.8％、余量为溶剂；
13.步骤二、所述下层涂布负极浆料一通过双层涂布机涂覆在铜箔上；
14.步骤三、上层涂布负极浆料二涂覆在负极浆料一上，上层涂布负极浆料和下层涂布负极浆料的层面密度比为1-9:9-1；
15.步骤四、涂覆后的负极浆料先经吸附装置吸出磁性物质，再烘干，得到厚度200μm以上的定向的低曲折度孔隙结构的厚电极负极片。
16.优选的，所述下层涂布负极浆料一在制备时，将石墨96.2％、导电剂炭黑0.5％、悬浮剂0.7％、磁性物质0.3％进行干混，然后加入paa类粘结剂1.2％、sbr粘结剂0.8％及溶剂混合搅拌均匀，达到黏度2000-4000mpa
·
s，制备成下层涂布负极浆料一。
17.优选的，所述磁性物质选择fe3p，所述吸附装置为设置在首节烘箱上的电磁吸盘，制备的厚电极负极片内的fe3p残留在50ppm以下。
18.优选的，所述导电剂炭黑是以炭源为原料，将炭源置于800℃-1200℃之间进行炭化反应，在炭化过程中，原料中的有机物质会通过热解反应分解为炭黑，将炭化后的产物冷却至室温，并进行收集，其中所述炭源设置为石墨、天然气和石油焦的其中一种。
19.优选的，所述上层涂布负极浆料二在制备时，将石墨96.2％、导电剂炭黑0.5％、悬浮剂0.7％进行干混，然后加入paa粘结剂1.2％、sbr粘结剂0.8％及溶剂混合搅拌均匀，达到黏度2000-4000mpa
·
s，制备成上层涂布负极浆料二。
20.优选的，所述paa粘结剂是将丙烯酸单体与聚合引发剂在适当的溶剂中反应，经过聚合、沉淀和纯化后获得。
21.优选的，所述悬浮剂包括去离子水、黏结剂、分散剂、粘度调节剂和ph调节剂，用于保持悬浮液的稳定性和均匀性。
22.优选的，所述sbr粘结剂在制备时，准备sbr树脂、丙酮、分散剂和粘度调节剂；将sbr树脂逐渐加入溶剂中，并进行充分搅拌，直至sbr树脂完全溶解；按照配方要求，将分散剂、粘度调节剂逐渐加入溶解后的sbr溶液中，并充分搅拌混合，使各组分均匀分散；将混合好的sbr粘结剂溶液通过滤网进行过滤，去除其中的杂质和颗粒物；同时，通过真空处理方法去除溶液中的气泡，确保粘结剂的质量。
23.优选的，所述溶剂设置为水。
24.本发明提出的一种锂电池负极极片的制造方法，与现有技术相比，具有以下优点：
25.1、本发明主要由下层涂布负极浆料一、上层涂布负极浆料二和铜箔制备的负极极片，其中下层涂布负极浆料一包括石墨、导电剂炭黑、悬浮剂、磁性物质、paa粘结剂、sbr粘结剂、余量为溶剂；上层涂布负极浆料二包括石墨、导电剂炭黑、悬浮剂、paa粘结剂、sbr粘结剂、余量为溶剂，使负极极片通过吸附磁性物质进行造孔，孔隙结构定向且低曲折度，有利于锂离子脱嵌和电解液浸润，提高电解质的渗流能力和离子的迁移速率，采用此负极极片制得的厚电极锂离子电池成本低、寿命长、倍率性能优异且能量密度高。
附图说明
26.图1为本发明的制备流程框图；
27.图2为本发明的负极极片制备流程框图；
28.图3为本发明的正极极片制备流程框图。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
30.实施例1
31.本发明提供了如图2所示的一种锂电池负极极片的制造方法，包括如下步骤：
32.步骤一、制备下层涂布负极浆料一；
33.按质量百分比计，所述下层涂布负极浆料一包括如下原料：石墨96.2％、导电剂炭黑0.5％、悬浮剂0.7％、磁性物质0.3％、paa粘结剂1.2％、sbr粘结剂0.8％、余量为溶剂；
34.所述下层涂布负极浆料一在制备时，将石墨96.2％、导电剂炭黑0.5％、悬浮剂0.7％、磁性物质0.3％进行干混，然后加入paa类粘结剂1.2％、sbr粘结剂0.8％及溶剂混合搅拌均匀，达到黏度2000-4000mpa
·
s，制备成下层涂布负极浆料一。
35.所述磁性物质选择fe3p，所述吸附装置为设置在首节烘箱上的电磁吸盘，制备的厚电极负极片内的fe3p残留在50ppm以下，fe3p在烘烤时会被电磁吸盘吸附出去。
36.制备上层涂布负极浆料二；
37.所述上层涂布负极浆料二包括如下原料：石墨96.2％、导电剂炭黑0.5％、悬浮剂0.7％、paa粘结剂1.2％、sbr粘结剂0.8％、余量为溶剂；
38.所述上层涂布负极浆料二在制备时，将石墨96.2％、导电剂炭黑0.5％、悬浮剂0.7％进行干混，然后加入paa粘结剂1.2％、sbr粘结剂0.8％及溶剂混合搅拌均匀，达到黏度2000-4000mpa
·
s，制备成上层涂布负极浆料二。
39.步骤二、所述下层涂布负极浆料一通过双层涂布机涂覆在铜箔上；
40.步骤三、上层涂布负极浆料二涂覆在负极浆料一上，上层涂布负极浆料和下层涂布负极浆料的层面密度比为5:5；
41.步骤四、涂覆后的负极浆料先经吸附装置吸出磁性物质，再烘干，得到厚度200μm以上的定向的低曲折度孔隙结构的厚电极负极片。
42.其中，所述导电剂炭黑是以炭源为原料，将炭源置于800℃-1200℃之间进行炭化反应，在炭化过程中，原料中的有机物质会通过热解反应分解为炭黑，将炭化后的产物冷却至室温，并进行收集，其中所述炭源设置为石墨、天然气和石油焦的其中一种。
43.所述paa粘结剂是将丙烯酸单体与聚合引发剂在适当的溶剂中反应，经过聚合、沉淀和纯化后获得。
44.所述悬浮剂包括去离子水、黏结剂、分散剂、粘度调节剂和ph调节剂，用于保持悬浮液的稳定性和均匀性。
45.所述sbr粘结剂在制备时，准备sbr树脂、丙酮、分散剂和粘度调节剂；将sbr树脂逐渐加入溶剂中，并进行充分搅拌，直至sbr树脂完全溶解；按照配方要求，将分散剂、粘度调节剂逐渐加入溶解后的sbr溶液中，并充分搅拌混合，使各组分均匀分散；将混合好的sbr粘
结剂溶液通过滤网进行过滤，去除其中的杂质和颗粒物；同时，通过真空处理方法去除溶液中的气泡，确保粘结剂的质量。
46.所述溶剂设置为水。
47.如图1所示，锂电池在制备时，先利用以上叙述的方式制备负极极片，再通过下述方式制备正极极片，然后将正极极片和负极极片经过辊压、激光切，然后与隔膜经卷绕、组装、烘烤、注液、化成、分容得到所需厚电极锂离子电池，采用此负极极片制得的厚电极锂离子电池成本低、寿命长、倍率性能优异且能量密度高。
48.正极极片在制备时，如图3所示，包括如下步骤：
49.s1、材料准备：准备正极活性材料、电导剂、粘结剂和溶剂，其中正极活性材料设置为锂钴酸锂或锂铁磷酸锂；
50.s2、混合：将正极活性材料、电导剂和粘结剂按照一定的配方比例混合均匀，确保各组分充分混合；
51.s3、溶解：将混合好的材料加入适量的nmp中，进行溶解；
52.s4、搅拌：在溶解过程中通过搅拌使材料均匀分散，确保溶液的质量；
53.s5、涂布或喷涂：将溶解好的正极浆料涂布或喷涂在铝箔或其他导电基底上，形成薄膜；
54.s6、干燥：将涂布好的薄膜进行干燥，使溶剂挥发，形成固态的正极片。
55.实施例2
56.相同之处不再重复赘述，与实施例1不同的是，按质量百分比计，所述下层涂布负极浆料一包括如下原料：石墨95.8％、导电剂炭黑0.4％、悬浮剂0.6％、磁性物质0.4％、paa粘结剂1％、sbr粘结剂0.7％、余量为溶剂；
57.所述上层涂布负极浆料二包括如下原料：石墨95.8％、导电剂炭黑0.4％、悬浮剂0.6％、paa粘结剂1％、sbr粘结剂0.7％、余量为溶剂。
58.步骤三、上层涂布负极浆料二涂覆在负极浆料一上，上层涂布负极浆料和下层涂布负极浆料的层面密度比为1:9。
59.实施例3
60.相同之处不再重复赘述，与实施例1不同的是，按质量百分比计，所述下层涂布负极浆料一包括如下原料：石墨96.8％、导电剂炭黑0.3％、悬浮剂0.5％、磁性物质0.3％、paa粘结剂0.8％、sbr粘结剂0.6％、余量为溶剂；
61.所述上层涂布负极浆料二包括如下原料：石墨97.8％、导电剂炭黑0.3％、悬浮剂0.5％、paa粘结剂0.8％、sbr粘结剂0.6％、余量为溶剂。
62.步骤三、上层涂布负极浆料二涂覆在负极浆料一上，上层涂布负极浆料和下层涂布负极浆料的层面密度比为9:9。
63.综上，由下层涂布负极浆料一、上层涂布负极浆料二和铜箔制备的负极极片，其中下层涂布负极浆料一包括石墨、导电剂炭黑、悬浮剂、磁性物质、paa粘结剂、sbr粘结剂、余量为溶剂；上层涂布负极浆料二包括石墨、导电剂炭黑、悬浮剂、paa粘结剂、sbr粘结剂、余量为溶剂，使负极极片通过吸附磁性物质进行造孔，孔隙结构定向且低曲折度，有利于锂离子脱嵌和电解液浸润，提高电解质的渗流能力和离子的迁移速率，采用此负极极片制得的厚电极锂离子电池成本低、寿命长、倍率性能优异且能量密度高。
64.比较例1
65.相同之处不再重复赘述，与实施例1不同的是，按质量百分比计，所述下层涂布负极浆料一包括如下原料：石墨96.2％、导电剂炭黑0.5％、悬浮剂0.7％、paa粘结剂1.2％、sbr粘结剂0.8％、余量为溶剂；
66.所述上层涂布负极浆料二包括如下原料：石墨96.2％、导电剂炭黑0.5％、悬浮剂0.7％、paa粘结剂1.2％、sbr粘结剂0.8％、余量为溶剂
67.比较例2
68.相同之处不再重复赘述，与实施例2不同的是，按质量百分比计，所述下层涂布负极浆料一包括如下原料：石墨97.1％、导电剂炭黑0.4％、悬浮剂0.6％、paa粘结剂1％、sbr粘结剂0.7％、余量为溶剂；
69.所述上层涂布负极浆料二包括如下原料：石墨97.1％、导电剂炭黑0.4％、悬浮剂0.6％、paa粘结剂1％、sbr粘结剂0.7％、余量为溶剂。
70.比较例3
71.相同之处不再重复赘述，与实施例3不同的是，按质量百分比计，所述下层涂布负极浆料一包括如下原料：石墨97.6％、导电剂炭黑0.3％、悬浮剂0.5％、paa粘结剂0.8％、sbr粘结剂0.6％、余量为溶剂；
72.所述上层涂布负极浆料二包括如下原料：石墨97.6％、导电剂炭黑0.3％、悬浮剂0.5％、paa粘结剂0.8％、sbr粘结剂0.6％、余量为溶剂。
73.对实施例及对比例制备的电池进行不同倍率充放电和循环，测试结果如
74.表1
[0075][0076]
*a电池表面温升；b相对于1c放电能量；c在25℃，以1c充放电进行循环。
[0077]
通过上述表格中数据得出：
[0078]
1、实施例1、实施例2和实施例3相对对比例1、对比例2和对比例3的3c放电温升值明显降低，说明采用本实施例1、实施例2和实施例3制备的锂离子电池有效保护设备内部的电子元件和电池，且较低的温升值有助于延长设备的使用寿命，并减少因过热引起的故障和损坏，提高了锂离子电池的使用寿命。
[0079]
2、实施例1、实施例2和实施例3相对对比例1、对比例2和对比例3的3c放电容量保
持率明显得到提高，说明采用本实施例1、实施例2和实施例3制备的电池在使用一段时间后能够保持较高的电量，延长了电池的使用寿命。
[0080]
3、实施例1、实施例2和实施例3相对对比例1、对比例2和对比例3的500次循环容量保持率明显得到提高，说明采用本实施例1、实施例2和实施例3制备的电池在经过多次循环后能够保持较高的容量，表明电池的寿命较长，提高电池的稳定性。
[0081]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种锂电池负极极片的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、制备下层涂布负极浆料一；按质量百分比计，所述下层涂布负极浆料一包括如下原料：石墨95.8％-96.8％、导电剂炭黑0.3％-0.5％、悬浮剂0.5％-0.7％、磁性物质0.3％-0.5％、paa粘结剂0.8％-1.2％、sbr粘结剂0.6％-0.8％、余量为溶剂；制备上层涂布负极浆料二；所述上层涂布负极浆料二包括如下原料：石墨95.8％-96.8％、导电剂炭黑0.3％-0.5％、悬浮剂0.5％-0.7％、paa粘结剂0.8％-1.2％、sbr粘结剂0.6％-0.8％、余量为溶剂；步骤二、所述下层涂布负极浆料一通过双层涂布机涂覆在铜箔上；步骤三、上层涂布负极浆料二涂覆在负极浆料一上，上层涂布负极浆料和下层涂布负极浆料的层面密度比为1-9:9-1；步骤四、涂覆后的负极浆料先经吸附装置吸出磁性物质，再烘干，得到厚度200μm以上的定向的低曲折度孔隙结构的厚电极负极片。2.根据权利要求1所述的一种锂电池负极极片的制造方法，其特征在于：所述下层涂布负极浆料一在制备时，将石墨96.2％、导电剂炭黑0.5％、悬浮剂0.7％、磁性物质0.3％进行干混，然后加入paa类粘结剂1.2％、sbr粘结剂0.8％及溶剂混合搅拌均匀，达到黏度2000-4000mpa
·
s，制备成下层涂布负极浆料一。3.根据权利要求2所述的一种锂电池负极极片的制造方法，其特征在于：所述磁性物质选择fe3p，所述吸附装置为设置在首节烘箱上的电磁吸盘，制备的厚电极负极片内的fe3p残留在50ppm以下。4.根据权利要求3所述的一种锂电池负极极片的制造方法，其特征在于：所述导电剂炭黑是以炭源为原料，将炭源置于800℃-1200℃之间进行炭化反应，在炭化过程中，原料中的有机物质会通过热解反应分解为炭黑，将炭化后的产物冷却至室温，并进行收集，其中所述炭源设置为石墨、天然气和石油焦的其中一种。5.根据权利要求4所述的一种锂电池负极极片的制造方法，其特征在于：所述上层涂布负极浆料二在制备时，将石墨96.2％、导电剂炭黑0.5％、悬浮剂0.7％进行干混，然后加入paa粘结剂1.2％、sbr粘结剂0.8％及溶剂混合搅拌均匀，达到黏度2000-4000mpa
·
s，制备成上层涂布负极浆料二。6.根据权利要求5所述的一种锂电池负极极片的制造方法，其特征在于：所述paa粘结剂是将丙烯酸单体与聚合引发剂在适当的溶剂中反应，经过聚合、沉淀和纯化后获得。7.根据权利要求6所述的一种锂电池负极极片的制造方法，其特征在于：所述悬浮剂包括去离子水、黏结剂、分散剂、粘度调节剂和ph调节剂，用于保持悬浮液的稳定性和均匀性。8.根据权利要求7所述的一种锂电池负极极片的制造方法，其特征在于：所述sbr粘结剂在制备时，准备sbr树脂、丙酮、分散剂和粘度调节剂；将sbr树脂逐渐加入溶剂中，并进行充分搅拌，直至sbr树脂完全溶解；按照配方要求，将分散剂、粘度调节剂逐渐加入溶解后的sbr溶液中，并充分搅拌混合，使各组分均匀分散；将混合好的sbr粘结剂溶液通过滤网进行过滤，去除其中的杂质和颗粒物；同时，通过真空处理方法去除溶液中的气泡，确保粘结剂的质量。9.根据权利要求8所述的一种锂电池负极极片的制造方法，其特征在于：所述溶剂设置
为水。

技术总结
本发明公开了一种锂电池负极极片的制造方法，主要由下层涂布负极浆料一、上层涂布负极浆料二和铜箔制备的负极极片，其中下层涂布负极浆料一包括石墨、导电剂炭黑、悬浮剂、磁性物质、PAA粘结剂、SBR粘结剂、余量为溶剂；上层涂布负极浆料二包括石墨、导电剂炭黑、悬浮剂、PAA粘结剂、SBR粘结剂、余量为溶剂，使负极极片通过吸附磁性物质进行造孔，孔隙结构定向且低曲折度，有利于锂离子脱嵌和电解液浸润，提高电解质的渗流能力和离子的迁移速率，采用此负极极片制得的厚电极锂离子电池成本低、寿命长、倍率性能优异且能量密度高。倍率性能优异且能量密度高。倍率性能优异且能量密度高。


技术研发人员：汪正兵 林伸 孙玉龙 彭小河 周焘 占俊雄 陈富源 白科 徐小明 查秀芳 谢爱亮
受保护的技术使用者：江西安驰新能源科技有限公司
技术研发日：2023.08.17
技术公布日：2023/10/11