一种锂离子二次电池正负极片的制备方法与流程

本发明涉及锂离子二次电池技术领域，更具体地说，涉及一种锂离子二次电池正负极片的制备方法。

背景技术：

锂离子二次电池因具有比容量高、工作电压高、工作温度范围宽、自放电率低、循环寿命长、无污染和重量轻等优点，因此被业界广泛应用。

当前，与铅酸电池、镍氢电池相比，锂离子电池在3 C消费品领域已占绝对优势地位。另一方面，适应节能环保要求，电动汽车具有广阔市场前景，而作为其动力源，锂离子电池具有非常大的竞争力。无论是3C产品还是电动汽车，由于其对能量的高要求使其要求电池必然要串联和并联成组使用。在这种使用前提下就要求电池必须具有良好的一致性。但是，由于目前电池制造工艺限制和原材料的差别，锂离子电池尤其是高容量电池的一致性有待改善。此外，即使电池在制造过程中的一致性能够得到保证，电池在成组使用时，往往会因为其放置的位置不同，散热环境不同等，使得电池的实际发挥的容量有所差别。这样电池在实际应用中就非常容易过充电。

新的正极材料镍钴锰，其低廉的价格以及良好的循环性能，使其成为3C产品和电动车用锂离子电池的有竞争力的材料。但是，当这类材料组成的电池在串联充电时，由于电池容量的差异，容量较低的电池就很容易过充，这样一方面会由于一个电池的问题导致整个电池组循环迅速衰减，同时也大大增加了电池的安全隐患。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是锂离子电池在串联充电时，由于电池容量的差异，容量较低的电池就很容易过充，这样一方面会由于一个电池的问题导致整个电池组循环迅速衰减，同时也大大增加了电池的安全隐患，提供一种锂离子二次电池正负极片的制备方法，用以解决现有的问题。

本发明解决上述技术问题，提供如下解决的技术方案：一种锂离子二次电池正负极片的制备方法，该方法包括如下步骤：

S11、将第一有机溶剂、第一有机混合物和超导炭黑进行搅拌混合得到第一涂料；

S12、将第一涂料涂布在正极电池集流体或负极电池集流体的正反两面上，通过烘箱烘干后，得到正极复合集流体或负极复合集流体；

S13、将第二涂料涂布在正极复合集流体的正反两面上，通过烘箱烘干后，得到具有正温度敏感特性的锂离子二次电池正极片或负极片；

其中，所述第一有机溶剂为极性溶剂；

所述第一有机聚合物为丙烯酸类树酯；

所述第一涂料在正极电池集流体或负极电池集流体的正反两面的涂布厚度为8μm～15μm；

所述第一混合比例为第一有机溶剂的60%～70%、第一有机聚合物的27%～37%或26%～36%；所述第二混合比例为超导炭黑的3%～4%。

在本发明的锂离子二次电池正负极片的制备方法中，所述步骤S11包括将第一有机溶剂和第一有机聚合物按第一混合比例进行混合后，用锂电池搅拌机按照第一转速和第一搅拌时间搅拌得到第一搅拌物；再将第二混合比例的超导炭黑加入到第一搅拌物中，并用锂电池搅拌机按照第二转速和第二搅拌时间搅拌得到第一涂料。

在本发明的锂离子二次电池正负极片的制备方法中，所述第一转速为公转转速20Hz，自转转速为20Hz；所述第一搅拌时间为3H；所述第二转速为公转转速20Hz，自转转速为20Hz； 所述第二搅拌时间为2H；其中，进行步骤S11的环境参数为温度15～35℃，湿度≤40%RH。

在本发明的锂离子二次电池正负极片的制备方法中，所述极性溶剂为氮甲基吡咯烷酮（NMP），所述丙烯酸类树酯为聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）；其中，所述第一涂料包括聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）、氮甲基吡咯烷酮（NMP）和超导炭黑，其相应配比为65：36.5：3.5。

在本发明的锂离子二次电池正负极片的制备方法中，所述第二涂料为正极活性物质或负极活性物质，所述正极活性物质包含钴酸锂或钴酸锂和猛酸锂混合物、碳纳米管浆料、聚偏氟乙烯粘结剂、以及氮甲基吡咯烷酮溶剂，其质量配比为97：20：2：45；所述负极活性物质包含石墨、炭黑导电剂、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、以及水，其质量配比为96.3: 1: 1.7: 1: 65。

在本发明的锂离子二次电池正负极片的制备方法中，所述正极电池集流体和负极电池集流体分别为正极铝箔和负极铜箔。

在本发明的锂离子二次电池正负极片的制备方法中，所述第一涂料和第二涂料采用的涂抹方式为喷雾或凹版涂布的方式。

本发明还一种用于锂离子二次电池正极片的正极活性物质的制备方法，该方法包括如下步骤：

S21、将聚偏氟乙烯粘结剂（PVDF）和氮甲基吡咯烷酮溶剂（NMP）按照相应质量比例进行混合后，用锂电池搅拌机按照第三转速和第三搅拌时间搅拌制成第一正极混合物；

S22、将相应质量比例的碳纳米管（CNT）浆料加入到第一正极混合物中混合，用锂电池搅拌机按照第四转速和第四搅拌时间搅拌制成第二正极混合物；

S23、将相应质量比例的钴酸锂或钴酸锂和猛酸锂混合物加入到第二正极混合物中混合，用锂电池搅拌机按照第五转速和第五搅拌时间搅拌制成第三正极混合物；

S24、用粘度计测试第三正极混合物的粘度，粘度范围控制为4000~6000mPa.s，若不在粘度范围则向第三正极混合物中加入氮甲基吡咯烷酮溶剂（NMP），用锂电池搅拌机进行搅拌，直至第三正极混合物的粘度在粘度范围内制成得到正极活性物质。

在本发明的用于锂离子二次电池正极片的正极活性物质的制备方法中，所述钴酸锂或钴酸锂和猛酸锂混合物、碳纳米管（CNT）浆料、聚偏氟乙烯粘结剂（PVDF）和氮甲基吡咯烷酮溶剂（NMP）配置的质量比例为97：20：2：45。

在本发明的用于锂离子二次电池正极片的正极活性物质的制备方法中，所述第三转速为公转转速为：15~40rpm，自转转速为：1000~2500rpm；所述第三搅拌时间为3H；所述第四转速为公转转速为：15~40rpm，自转转速为：1000~2500rpm；所述第四搅拌时间2H；所述第五转速为公转转速为：15~40rpm，自转转速为：1000~2500rpm；所述第五搅拌时间5H。

本发明还提供一种用于锂离子二次电池负极片的负极活性物质的制备方法，该方法包括如下步骤：

S31、将羧甲基纤维素钠（CMC）和水溶剂（H2O）分别按照质量比1.5～2%和98～98.5%进行搅拌混合得到第一负极混合物；

S32、将炭黑导电剂（SP）加入第一负极混合物中，搅拌均匀后再加入活性物质石墨（C）进行搅拌得到第二负极混合物；

S33、将丁苯橡胶（SBR）加入第二负极混合物中，搅拌均匀后加入水调节其粘度在粘度范围内得到负极活性物质。

在本发明的用于锂离子二次电池负极片的负极活性物质的制备方法中，所述石墨 : 炭黑导电剂 : 羧甲基纤维素钠:丁苯橡胶:水分别按照质量配比为96.3：1：1.7：1：65。

实施本发明的锂离子二次电池正负极片的制备方法，具有以下有益效果：减小电池过充的风险，提高电池的安全性能，同时，延长了锂离子二次电池具有较长的使用寿命。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明的锂离子二次电池正负极片的制备方法的流程示意图；

图2为本发明的用于锂离子二次电池正极片的正极活性物质的制备方法的流程示意图；

图3为本发明的用于锂离子二次电池负极片的负极活性物质的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本发明的锂离子二次电池正负极片的制备方法的流程示意图；一种锂离子二次电池正负极片的制备方法，该方法包括如下步骤：

S11、将第一有机溶剂、第一有机混合物和超导炭黑进行搅拌混合得到第一涂料；

S12、将第一涂料涂布在正极电池集流体或负极电池集流体的正反两面上，通过烘箱烘干后，得到正极复合集流体或负极复合集流体；

S13、将第二涂料涂布在正极复合集流体的正反两面上，通过烘箱烘干后，得到具有正温度敏感特性的锂离子二次电池正极片或负极片；

其中，所述第一有机溶剂为极性溶剂；

所述第一有机聚合物为丙烯酸类树酯；

所述第一涂料在正极电池集流体或负极电池集流体的正反两面的涂布厚度为8μm～15μm；

所述第一混合比例为第一有机溶剂的60%～70%、第一有机聚合物的27%～37%或26%～36%；所述第二混合比例为超导炭黑的3%～4%。

在本发明的锂离子二次电池正负极片的制备方法中，所述步骤S11包括将第一有机溶剂和第一有机聚合物按第一混合比例进行混合后，用锂电池搅拌机按照第一转速和第一搅拌时间搅拌得到第一搅拌物；再将第二混合比例的超导炭黑加入到第一搅拌物中，并用锂电池搅拌机按照第二转速和第二搅拌时间搅拌得到第一涂料。

在本发明的锂离子二次电池正负极片的制备方法中，所述第一转速为公转转速20Hz，自转转速为20Hz；所述第一搅拌时间为3H；所述第二转速为公转转速20Hz，自转转速为20Hz； 所述第二搅拌时间为2H；其中，进行步骤S11的环境参数为温度15～35℃，湿度≤40%RH。

在本发明的锂离子二次电池正负极片的制备方法中，所述极性溶剂为氮甲基吡咯烷酮（NMP），所述丙烯酸类树酯为聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）；其中，所述第一涂料包括聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）、氮甲基吡咯烷酮（NMP）和超导炭黑，其相应配比为65：36.5：3.5。

进一步的，先将6.5Kg的氮甲基吡咯烷酮（NMP）和3.65Kg的聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA ），加入到搅拌罐中，用锂电搅拌机设置公转转速20Hz，自转转速20Hz，搅拌3个小时,再加入0.35kg的超导炭黑（SUPER P）用锂电搅拌机设置公转转速20Hz，自转转速20Hz，搅拌2个小时，制备得到PMMA基PTC材料浆料，环境参数为温度15-35℃，湿度≤40%。

进一步的，将制得的PMMA基PTC材料浆料用采用喷雾或凹版涂布的方式分别涂布在正极电池集流体或负极电池集流体的正反面上，涂布厚度10um，正极Al/PTC复合集流体和负极Cu/PTC复合集流体，用于后续电池的制作。

在本发明的锂离子二次电池正负极片的制备方法中，所述第二涂料为正极活性物质或负极活性物质，所述正极活性物质包含钴酸锂或钴酸锂和猛酸锂混合物、碳纳米管浆料、聚偏氟乙烯粘结剂、以及氮甲基吡咯烷酮溶剂，其质量配比为97：20：2：45；所述负极活性物质包含石墨、炭黑导电剂、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、以及水，其质量配比为96.3: 1: 1.7: 1: 65。

在本发明的锂离子二次电池正负极片的制备方法中，所述第一转速为公转转速20Hz，自转转速为20Hz；所述第一搅拌时间为3H；所述第二转速为公转转速20Hz，自转转速为20Hz； 所述第二搅拌时间为2H；其中，进行步骤S11的环境参数为温度15～35℃，湿度≤40%RH。

在本发明的锂离子二次电池正负极片的制备方法中，所述正极电池集流体和负极电池集流体分别为正极铝箔和负极铜箔。

在本发明的锂离子二次电池正负极片的制备方法中，所述第一涂料和第二涂料采用的涂抹方式为喷雾或凹版涂布的方式。

如图2所示，为本发明的用于锂离子二次电池正极片的正极活性物质的制备方法的流程示意图；本发明还一种用于锂离子二次电池正极片的正极活性物质的制备方法，该方法包括如下步骤：

S21、将聚偏氟乙烯粘结剂（PVDF）和氮甲基吡咯烷酮溶剂（NMP）按照相应质量比例进行混合后，用锂电池搅拌机按照第三转速和第三搅拌时间搅拌制成第一正极混合物；

S22、将相应质量比例的碳纳米管（CNT）浆料加入到第一正极混合物中混合，用锂电池搅拌机按照第四转速和第四搅拌时间搅拌制成第二正极混合物；

S23、将相应质量比例的钴酸锂或钴酸锂和猛酸锂混合物加入到第二正极混合物中混合，用锂电池搅拌机按照第五转速和第五搅拌时间搅拌制成第三正极混合物；

S24、用粘度计测试第三正极混合物的粘度，粘度范围控制为4000~6000mPa.s，若不在粘度范围则向第三正极混合物中加入氮甲基吡咯烷酮溶剂（NMP），用锂电池搅拌机进行搅拌，直至第三正极混合物的粘度在粘度范围内制成得到正极活性物质。

在本发明的用于锂离子二次电池正极片的正极活性物质的制备方法中，所述钴酸锂或钴酸锂和猛酸锂混合物、碳纳米管（CNT）浆料、聚偏氟乙烯粘结剂（PVDF）和氮甲基吡咯烷酮溶剂（NMP）配置的质量比例为97：20：2：45。

在本发明的用于锂离子二次电池正极片的正极活性物质的制备方法中，所述第三转速为公转转速为：15~40rpm，自转转速为：1000~2500rpm；所述第三搅拌时间为3H；所述第四转速为公转转速为：15~40rpm，自转转速为：1000~2500rpm；所述第四搅拌时间2H；所述第五转速为公转转速为：15~40rpm，自转转速为：1000~2500rpm；所述第五搅拌时间5H。

进一步的，具体实施制备步骤包括：S1：先加入PVDF和NMP并按照质量比为5：95组成放置锂电池搅拌机制成胶液，其中，锂电池搅拌机搅拌时间为：3小时，公转转速为：15~40rpm，自转转速为：1000~2500rpm；

S2：将管状导电剂碳纳米管按照比例添加到S1步骤继续搅拌，锂电池搅拌机搅拌时间为：2小时，公转转速为：15~40rpm，自转转速为：1000~2500rpm；

S3：往S2步骤的混合物加入活性物质钴酸锂或钴酸锂和猛酸锂混合物中继续搅拌，锂电池搅拌机搅拌时间为：5小时，公转转速为：15~40rpm，自转转速为：1000~2500rpm；

S4：用粘度计测试浆料粘度，粘度范围为4000~6000mPa.s。如若浆料粘度不在范围内，则加入氮甲基吡咯烷酮溶剂NMP继续搅拌，使之符合粘度范围。

进一步的，将制得的正极活性物质，用采用喷雾或凹版涂布的方式涂布在制得的正极Al/PTC复合集流体的正反面上，从而得到具有正温度敏感特性的锂离子二次电池正极片。

如图3为本发明的用于锂离子二次电池负极片的负极活性物质的制备方法的流程示意图。本发明还提供一种用于锂离子二次电池负极片的负极活性物质的制备方法，该方法包括如下步骤：

S31、将羧甲基纤维素钠（CMC）和水溶剂（H2O）分别按照质量比1.5～2%和98～98.5%进行搅拌混合得到第一负极混合物；

S32、将炭黑导电剂（SP）加入第一负极混合物中，搅拌均匀后再加入活性物质石墨（C）进行搅拌得到第二负极混合物；

S33、将丁苯橡胶（SBR）加入第二负极混合物中，搅拌均匀后加入水调节其粘度在粘度范围内得到负极活性物质。

在本发明的用于锂离子二次电池负极片的负极活性物质的制备方法中，所述石墨 : 炭黑导电剂 : 羧甲基纤维素钠:丁苯橡胶:水分别按照质量配比为96.3：1：1.7：1：65。

进一步的，具体实施步骤包括：先将CMC(羧甲基纤维素钠Sodium Carboxy Methyl Cellulose粘结剂)和水溶剂（H2O）按照质量比1.5：98.5-2：98进行混合，用锂电搅拌机搅拌3个小时，再加入导电剂SP，继续搅拌1个小时后，再加入活性物质石墨C（天然石墨和人造石墨的混合物），继续搅拌2.5小时；再加入SBR继续搅拌1小时，最后加入剩余5%-10%的水，调节到浆料粘度合适即可。

进一步的，将制得的负极活性物质，用采用喷雾或凹版涂布的方式涂布在制得的负极Cu/PTC复合集流体的正反面上，从而得到具有正温度敏感特性的锂离子二次电池负极片。

与现有技术相比，实施本发明的锂离子二次电池正负极片的制备方法，具有以下有益效果：减小电池过充的风险，提高电池的安全性能，同时，延长了锂离子二次电池具有较长的使用寿命。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。