一種提高大電流放電容量的電池極片制備方法與流程

1.本發明涉及鋰二氧化錳電池技術領域，更具體地說是一種提高大電流放電容量的電池極片制備方法。


背景技術：

2.鋰二氧化錳電池是一種有機電解質鋰電池，采用金屬鋰為負極，適當熱處理的電解二氧化錳為正極以及由高氯酸鋰（或三氟甲基磺酸鋰）溶解于碳酸丙烯酯/乙二醇二甲醚等混合溶劑組成的電解質，其放電機理與一般電池的氧化還原機理有所不同，正極反應是一種典型的嵌入式反應。該電池的內部電極結構可以設計并制作成碳包式、卷繞式、疊層式，電池外形可以設計并制作成硬幣形、圓柱形和方形，以滿足不同尺寸和電流用電器的使用要求，與其他鋰電池相比，其材料和制造成本相對要低，且安全性很好。
3.目前，常規的cr11108（1/3n）電池正極極片的制造方法，首先是將正極活性物質（二氧化錳）、導電劑（乙炔黑）、粘結劑(聚四氟乙烯乳液60%）按照一定的比例加入適量的去離子水和異丙醇充分混合，攪拌成凝膠狀后在對輥機上與鋁拉網一起壓制而成，經過烘干脫水和多次滾壓達到規定厚度尺寸（厚度：0.48mm-0.52mm），再將正極片裁剪成規定的尺寸，經過真空干燥法處理，即成電池的正極極片待用。
4.用該方法制備的正極極片存在以下缺點：由于極片是經過反復多次滾壓，極易造成極片起皮、鋁拉網斷股、活性物質脫落等現象，成品合格率較低；再就是正極極片上沒有焊接正極引線，電池正極的引出靠電池注入電解液后電池芯體澎脹，由芯體外圈裸露出來的集流體（寬：5mm-6mm）來接觸電池殼體過電流引出正極，其可靠程度不高，電池在存續或斷續使用中負極物質在不斷的消耗，并進入到正極中，電池內部松緊程度就會變低，正極極片裸露出來的集流體與電池殼之間的接觸變差，使得電池接觸電阻變大，導致電池放電性能差，使得電池活性物質的利用率變低，電池的設計容量實際上放不出來，以致于影響電池容量的一致性。


技術實現要素：

5.為了解決現有技術中由于電池正極極片沒有焊接正極引線，靠接觸過電流，導致電池放電性能差，活性物質利用率低，電池容量一致性差的問題，本發明提供一種提高大電流放電容量的電池極片制備方法，可以改善電池大電流放電特性及電池容量的一致性，提高成品合格率及活性物質的利用率，降低電池的內阻。
6.為了實現上述目的，本發明提供一種提高大電流放電容量的電池極片制備方法，包括涂布工藝，具體步驟如下：步驟一、將活性材料、導電劑混合攪拌0.5h-1h，然后再添加粘結劑混合攪拌1.5h-2h。
7.步驟二、將步驟一的混合物球磨分散均勻成漿體后，涂覆在集流體上，鼓風干燥后經過對輥軋機壓制成型。
8.步驟三、在集流體的一端焊上正極引線，然后再將正極引線焊接在電池殼體的底
部，使之與電池殼體成為一體。
9.優選的，所述集流體為鋁箔且厚度為0.02mm。
10.優選的，所述正極引線為直徑為0.08mm-0.1mm的不銹鋼。
11.優選的，所述活性材料為mno2。
12.優選的，導電劑為乙炔黑，乙炔黑是由碳化鈣法或石腦油（粗汽油）熱解時副產氣分解精制得到的純度99%以上的乙炔，經連續熱解后得到的炭黑，阻率極低，具有優良的導電性、導熱性和抗靜電效果。
13.優選的，所述粘結劑為60%聚四氟乙烯乳液和pvdf混合制成，pvdf為聚偏二氟乙烯，是一種高度非反應性熱塑性含氟聚合物。
14.優選的，在電池正極極片的材料中，活性材料添加量為80%-98%，導電劑添加量為0.5%-10%，粘結劑添加量為1.5%-10%。
15.優選的，在步驟二中，制得的漿體固體含量在40%-45%，控制漿料溫度在50℃以下，環境濕度≤50%。
16.優選的，在步驟二中，單面涂布厚度為0.25mm-0.27mm，進行雙面涂布后總厚度為0.52mm-0.56mm，面密度為65mg/cm
2-75mg/cm2。
17.優選的，在步驟二中，鼓風干燥于鼓風干燥箱中進行，干燥溫度為100℃-130℃，干燥時間為4h-24h。
18.本發明制作的電池正極極片，可以使電極材料與集流體間的接觸較為緊密，電極極片厚度降低，減少了接觸電阻和濃差極化，提高電極活性材料的利用率，使電極比容量增大。
19.本發明制作的電池正極極片，具有高倍率輸出性能上，在電性能上最大輸出功率提高一倍以上，電極活性物質在大電流放電情況下利用率提高。
20.本發明制作的電池正極極片，厚度均勻，保證做出的二氧化錳電池容量均一，且電池正極極片物理內阻相對較小，提高電池的大電流工作特性。
21.本發明制作的電池正極極片，技術成熟、易操作、成本低。
22.本發明制作的電池正極極片，在相同負載下降低單位面積的電流強度，即降低了正極極片上的化學反應速度，也使反應更充分，因此，極片上的活性物質利用率得到提高。
23.本發明還包括一種提高大電流放電容量的電池極片制備方法制備的電池正極極片，電池正極極片結構包括正極引線、集流體和活性物質，活性物質由活性材料、導電劑、粘結劑混合形成，所述活性物質涂覆在集流體上，所述正極引線一端焊接在集流體一端，并且正極引線另一端焊接在電池殼體的底部與電池殼體成為一體。
24.使用本發明制作的電池正極極片制備的電池內阻減小，電池放電性能也得到改善，提高了電池容量的一致性。
25.本發明的技術效果和優點：通常，用傳統涂布工藝方法制作的正極極片裝配成cr11108（1/3n）電池，在大電流下放電平臺較低，100ma電流下放電平臺在2.0-2.15v；而利用本發明制備的正極極片制作的電池，大電流放電平臺相對較高，100ma電流下其放電平臺在2.30-2.45v。
26.在100ma/25℃下，用傳統涂布工藝方法制作的正極極片裝配成cr11108（1/3n）電池，其活性物質二氧化錳利用率約55％，而本發明制作的正極極片其活性物質二氧化錳利
用率可達85％。
附圖說明
27.圖1為本發明制備的電池正極極片結構圖。
28.圖2為傳統涂布工藝制作的電池正極極片結構圖。
29.圖3為表1的平均放電時間對比曲線圖。
30.附圖標記為：1正極引線、2集流體、3活性物質。
具體實施方式
31.下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
32.一、原生產的cr11108（1/3n）電池正極極片上沒有焊接正極引線，正極極片是由集流體2（鋁拉網）和活性物質3（mno2+乙炔黑）組成（如圖2），電池正極的引出是靠電池注入電解液后電池芯體澎脹，由芯體外圈裸露出來的集流體來接觸電池殼體過電流，其可靠程度不高，因此電池的容量一致性差。同時該方法制作的正極極片生產的電池只適用于小電流放電，大電池放電性能較差。
33.本發明的技術方案：本發明的電池正極極片結構包括正極引線1、集流體2和活性物質3（如圖1），活性物質3由活性材料、導電劑、粘結劑混合形成，所述活性物質3涂覆在集流體2上，在正極極片裸露集流體的一端焊上正極引線，然后再將正極引線焊接在電池殼體的底部，使之與電池殼體成為一體，這樣就使電池的內阻減小，電池放電性能也得到改善，提高了電池容量的一致性。
34.二、原生產cr11108（1/3n）電池正極極片是用傳統的涂布工藝方法制作，就是將活性物質、導電劑和粘接劑按照一定的比例加入適量的去離子水和異丙醇充分混合，攪拌成凝膠狀后在對輥機上與鋁拉網一起壓制而成，經過烘干脫水和多次滾壓達到規定厚度尺寸。由于極片是經過反復多次滾壓，極易造成極片起皮、鋁拉網斷股、活性物質起皮脫落等現象，成品合格率較低；同時用該方法制作出的正極極片比較厚，厚度尺寸只能控制在0.48-0.52mm，在將極片壓薄集流體易斷股；電池容量散差略大些，大電流放電相對也差一些。
35.本發明的技術方案：本發明中采用的涂布工藝是在鋰離子電池極片涂布工藝的基礎上加以吸收和改進，具體步驟如下：步驟一、將活性材料、導電劑混合攪拌0.5h-1h，然后再添加粘結劑混合攪拌1.5h-2h。
36.在電池正極極片的材料中，活性材料添加量為80%-98%，導電劑添加量為0.5%-10%，粘結劑添加量為1.5%-10%。
37.步驟二、將步驟一的混合物球磨分散均勻成漿體，漿體固體含量在40%-45%，控制漿料溫度在50℃以下，環境濕度≤50%，將漿體涂覆在集流體2上，單面涂布厚度為0.25mm-0.27mm，進行雙面涂布后總厚度為0.52mm-0.56mm，面密度為65mg/cm
2-75mg/cm2鼓風干燥后經過對輥軋機壓制成型，鼓風干燥于鼓風干燥箱中進行，干燥溫度為100℃-130℃，干燥時
間為4h-24h。
38.所述集流體2為鋁箔且厚度為0.02mm，所述正極引線1為直徑為0.08mm-0.1mm的不銹鋼，所述活性材料為mno2，導電劑為乙炔黑，所述粘結劑為60%聚四氟乙烯乳液（聚四氟乙烯固體含量在60%(wt)）和pvdf混合制成。
39.步驟三、在集流體2的一端焊上正極引線1，然后再將正極引線1焊接在電池殼體的底部，使之與電池殼體成為一體。
40.與傳統涂布工藝方法制作的正極極片相比，采用新涂布工藝制作的二氧化錳電池正極極片，可以使電極材料與集流體間的接觸較為緊密，電極極片厚度降低（極片厚度尺寸可控制在0.40-0.46mm），減少了接觸電阻和濃差極化，從而提高了電極活性材料的利用率，使電極比容量增大。
41.采用新涂布工藝制作的二氧化錳正極極片在高倍率輸出性能上有了顯著的提高，輸出電流密度提高達85%。電極在電性能上最大輸出功率提高一倍以上，電極活性物質在大電流放電情況下利用率提高約30%。新涂布工藝制作的二氧化錳電池正極極片厚度均勻，這樣可以保證做出的二氧化錳電池容量均一。并且新涂布工藝制作電池正極技術也較成熟、易操作、成本低。
42.由于二氧化錳電導率極低，厚極片垂直方向有較大阻值，導致二氧化錳活性物質利用率較低；而新涂布極片厚度較均勻，比傳統涂布工藝生產的極片要薄，垂直方向的電阻就相對較小，同時等量的活性物質新涂布工藝制作的極片有較大的表面積，因此，采用新涂布工藝極片制作的電池其物理內阻相對較小，可以提高電池的大電流工作特性。
43.在相同負載下，薄正極極片可以降低單位面積的電流強度，即降低了正極極片上的化學反應速度，也使反應更充分。因此，極片上的活性物質二氧化錳的利用率得到提高。
實施例
44.主材采用電解二氧化錳粉（mno2）作為活性材料，顆粒度325目，純度≥91％。
45.集流體2選用厚度為0.02mm的鋁箔。
46.正極引線1選用直徑為0.08mm-0.1mm的不銹鋼。
47.導電劑選用乙炔黑。
48.粘結劑選用60%聚四氟乙烯乳液+pvdf。
49.首先，活性材料添加量為90%，導電劑添加量為5%，粘結劑添加量為5%，將活性材料、導電劑混合攪拌0.5h-1h，然后再添加粘結劑混合攪拌1.5h-2h，使漿料變成均勻膠體，膠體固體含量在40%-45%，控制漿料溫度在50℃以下，環境濕度≤50%。
50.其次，將集流體裝上涂布機，調節前后閘板高度，設置各箱區溫度、涂布速度、張力控制等參數，將配制攪拌好的膠體加入料槽中，平衡各調節參數，確保涂布的極片厚度偏差在
±
5微米以內。單面涂布厚度為0.25mm-0.27mm，進行雙面涂布后總厚度為0.52mm-0.56mm，面密度為65mg/cm
2-75mg/cm2。
51.最后，涂布好的極片經過干燥（干燥于鼓風干燥箱中進行，干燥溫度為100℃-130℃，干燥時間為4h-24h）、滾壓、切片、剪切，成形為110mm
×
7.0mm
×
0.40-0.46mm的陰極，重量0.70-0.75g。經焊接極耳、真空干燥等工序后，在露點為-55℃的干燥環境下，配以120mm
×
6.5mm
×
0.17mm鋰帶和0.025mm厚、9mm寬的聚丙烯隔膜進行卷繞，然后裝入電池內、外殼、
正極引線1焊接、壓緊、注液、焊負極蓋，最后機械密封組裝成電池。電解液采用1.0mol/l liclo4的pc+dme+dol（2：1：2），注液量在0.32-0.36g，最后對篩選合格的電池進行包裝。
52.表1、cr11108型電池工藝改進前后放電時間對比（min）。
53.由表1和圖3數據可知，由本發明制備的正極極片制作的電池放電性能得到改善，提高了電池容量的一致性。
54.最后：以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。