一種電極片的製作方法及電極片

《一種電極片的製作方法及電極片》是深圳市量能科技有限公司於2010年12月24日申請的專利，該專利的公布號為CN102074698A，授權公布日為2011年5月25日，發明人是王衛東、王守軍、彭東方、黃真東、余登濤、李延清。

《一種電極片的製作方法及電極片》公開了一種電極片的製作方法，包括以下步驟：1）製作導電基體；2）在所述導電基體表面塗覆粘結劑溶液；3）在所述導電基體上塗覆活性物質；4）將所述導電基體輥壓成電極片；所述步驟2）中通過超音波霧化方法將所述粘結劑溶液噴射在所述導電基體表面。該發明的電極片的製作方法製成的電極片即具有濕法工藝製作的電極片均勻、柔軟的優點，也具有乾法工藝製作的電極片低內阻性能的優點。

2020年7月14日，《一種電極片的製作方法及電極片》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。

（概述圖為《一種電極片的製作方法及電極片》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種電極片的製作方法及電極片
• 申請人：深圳市量能科技有限公司
• 申請日：2010年12月24日
• 申請號：2010106045370
• 公布日：2011年5月25日
• 公布號：CN102074698A
• 發明人：王衛東、王守軍、彭東方、黃真東、余登濤、李延清
• 地址：廣東省深圳市寶安區大浪街道石凹同富邨工業區31、33棟
• Int. Cl.：H01M4/28(2006.01)I、H01M4/24(2006.01)I、H01M4/62(2006.01)I
• 代理機構：深圳新創友智慧財產權代理有限公司
• 代理人：江耀純
• 類別：發明專利

背景技術

近年來，無線電話機、汽車、數字處理機、攜帶型計算機、數碼產品等設備對二次電池的市場需求迅速增長，在這種市場需求的推動下，促進了高容量、低自放電、長壽命、大功率和高安全性能二次電池的研發。特別是基於鎳電極為正極的充電電池如鎳鎘電池、鎳氫電池、鎳鋅電池等由於它們具有高容量、大功率、長壽命等特點而備受青睞，是當今二次電池重要的發展方向之一。

鎘電池、鎳氫電池、鎳鋅電池等鹼性電池是由正極片、負極片和隔膜卷繞而成電芯裝入鋼殼中，再注入電解液裝配而成。其中，正、負極片一般是通過將活性物質塗覆於導電基體上製得。2010年之前的技術中電極片（正極片、負極片）的製作方法有濕法工藝和乾法工藝。

濕法工藝中，活性物質首先與粘結劑溶液製成粘稠狀漿料，將該粘稠狀漿料塗覆在導電基體上，後續再將導電基體通過高溫烘烤，輥壓製成電極片。濕法工藝中通過輔助的粘結劑溶液可使得活性物質與導電基體牢固粘結。濕法工藝活性物質以粘稠狀的形式塗覆於導電基體上，能保證活性物質的均勻塗覆，且保證電極片製成後較柔軟。但濕法工藝中製備粘稠狀的漿料需要輔助大量粘結劑，導電基體烘乾後，多餘大量的粘結劑附著在導電基體上，導致製成的電池難以活化，且電池內阻較大，大電流發揮性能差。因此，濕法工藝製備的電極片的優點是比較柔軟、均勻，但缺點是：製備的電極片製成的電池難以活化且電池內阻較大。

乾法工藝中，粉末狀的活性物質直接填充到導電基體表面，後續直接輥壓製成電極片。乾法工藝中，無需塗覆粘結劑以及烘烤工藝，因此電極片內部不含相應的粘結劑等成分，製成的電池的內阻小，大電流發揮性能好。但乾法工藝製作的電極片比濕法的電極片脆，在電池卷繞過程中，電極片容易形成微裂紋以及掉粉現象。因此，乾法工藝製備的電極片的優點是製備的電極片製成的電池內阻小，但缺點是：電極片不柔軟，比較脆，導致製成的電池微短路現象嚴重，壽命短。

發明內容

專利目的

《一種電極片的製作方法及電極片》的目的在於提出一種電極片的製作方法，使得製作的電極片即具有濕法工藝製作的電極片均勻、柔軟的優點，也具有乾法工藝製作的電極片低內阻性能的優點。

技術方案

《一種電極片的製作方法及電極片》的技術問題通過以下的技術方案予以解決：

一種電極片的製作方法，包括以下步驟：1）製作導電基體；2）在所述導電基體表面塗覆粘結劑溶液；3）在所述導電基體上塗覆活性物質；4）將所述導電基體輥壓成電極片；所述步驟2）中通過超音波霧化方法將所述粘結劑溶液噴射在所述導電基體表面。

優選的技術方案中， 所述粘結劑溶液中粘結劑在所述導電基體表面的附著量占所述電極片重量的0.005%-3%。所述粘結劑溶液中粘結劑的質量分數為0.5%-30%。所述粘結劑溶液中粘結劑成分包括親水性粘結劑和憎水性粘結劑。所述親水性粘結劑為羧甲基纖維素鈉、甲基纖維素鈉或聚乙烯醇，所述憎水性粘結劑為聚四氟乙烯或丁苯橡膠。所述導電基體為泡沫鎳。所述導電基體表面各處的厚度、面密度和空隙率一致。

《一種電極片的製作方法及電極片》的技術問題通過以下進一步的技術方案予以解決：一種電極片，所述電極片為上述的電極片的製作方法製得。

改善效果

《一種電極片的製作方法及電極片》與2010年之前的技術對比的有益效果是：該發明的電極片的製作方法，利用超音波霧化方法將粘結劑均勻噴射到導電基體表面，由於粘結劑均勻地塗覆在導電基體表面，粘結劑粘結活性物質，從而使得製成的電極片表面分布的活性物質均勻，保持了濕法工藝的均勻優點。另外，超音波霧化噴射粘結劑溶液，粘結劑微粒在0-20微米範圍內，噴射至導電基體表面後為液狀，液狀的粘結劑也可起到潤滑電極片的作用，使得製成的電極片也較柔軟，卷繞時不宜形成微裂紋，減少製成的電池微短路現象。再者，由於超音波霧化噴射粘結劑，粘結劑在導電基體上的附著分量適宜，不會像傳統濕法工藝那樣有多餘大量粘結劑附著在導電基體上，因此製成的電極片內阻小，保持了乾法工藝的低內阻性能。採用該發明的製作方法，製得的電極片具有均勻、柔軟、低內阻性能的優點，且表面光滑、無浮粉，極片卷繞時不斷裂，降低了短路率，能提高電池裝配的合格率和電池綜合性能。

附圖說明

圖1是《一種電極片的製作方法及電極片》具體實施方式中電極片的製作方法的流程圖；

圖2是《一種電極片的製作方法及電極片》具體實施方式中電極片與2010年之前的技術中乾法工藝製得的電極片的電池容量測試結果圖；

圖3是《一種電極片的製作方法及電極片》具體實施方式中電極片與2010年之前的技術中乾法工藝製得的電極片的電池高倍率放電容量測試結果圖；

圖4是《一種電極片的製作方法及電極片》具體實施方式中電極片與2010年之前的技術中乾法工藝製得的電極片的電池在20℃下放置28天后的容量測試結果圖。

技術領域

《一種電極片的製作方法及電極片》涉及電池的電極片，特別是涉及一種電極片的製作方法。

權利要求

1.一種電極片的製作方法，包括以下步驟：1）製作導電基體；2）在所述導電基體表面塗覆粘結劑溶液；3）在所述導電基體上塗覆活性物質；4）將所述導電基體輥壓成電極片；其特徵在於：所述步驟2）中通過超音波霧化方法將所述粘結劑溶液噴射在所述導電基體表面。

2.根據權利要求1所述的電極片的製作方法，其特徵在於：所述粘結劑溶液中粘結劑在所述導電基體表面的附著量占所述電極片重量的0.005%-3%。

3.根據權利要求1所述的電極片的製作方法，其特徵在於：所述粘結劑溶液中粘結劑的質量分數為0.5%-30%。

4.根據權利要求1所述的電極片的製作方法，其特徵在於：所述粘結劑溶液中粘結劑成分包括親水性粘結劑和憎水性粘結劑。

5.根據權利要求4所述的電極片的製作方法，其特徵在於：所述親水性粘結劑為羧甲基纖維素鈉、甲基纖維素鈉或聚乙烯醇，所述憎水性粘結劑為聚四氟乙烯或丁苯橡膠。

6.根據權利要求1所述的電極片的製作方法，其特徵在於：所述導電基體為泡沫鎳。

7.根據權利要求1所述的電極片的製作方法，其特徵在於：所述導電基體表面各處的厚度、面密度和空隙率一致。

8.一種電極片，其特徵在於：所述電極片為根據權利要求1所述的電極片的製作方法製得。

實施方式

下面結合具體實施方式並對照附圖對《一種電極片的製作方法及電極片》做進一步詳細說明。

如圖1所示，為該具體實施方式中電極片的製作方法流程圖，包括以下步驟：

1）製作導電基體。該導電基體為連續型泡沫鎳。優選地，連續型泡沫鎳表面各處的厚度、面密度和空隙率一致。

2）通過超音波霧化粘結劑溶液，將粘結劑溶液噴射到導電基體表面。

其中，粘結劑溶液中粘結劑的質量分數為0.5%-30%。所選粘結劑溶液中的粘結劑成分包括親水性粘結劑和憎水性粘結劑。這是因為，親水性粘結劑具有良好的粘結作用，活性物質不會從導電基體上脫落。且親水性粘結劑可促使電解液與活性物質充分接觸，使導電基體潤濕程度增加，因而電化學反應的有效表面積增加，可降低電極電流密度，從而減少電極內阻和極化，使得製成的電極片內阻小。而憎水性粘結劑耐鹼性較好，可保證電極循環過程中粘結劑仍能具有粘結活性物質的能力，保證電極循環過程中活性物質也不脫落。且憎水性粘結劑有助於氣體的傳輸，可降低電池充電過程中的壓力。其中，親水性粘結劑為羧甲基纖維素鈉、甲基纖維素鈉或聚乙烯醇，憎水性粘結劑為聚四氟乙烯或丁苯橡膠。優選地，親水性粘結劑選擇羧甲基纖維素鈉，憎水性粘結劑選擇聚四氟乙烯。電極片輥壓時憎水性粘結劑聚四氟乙烯纖維化形成一個三維網狀基體可容納活性物質，同時親水性粘結劑羧甲基纖維素鈉中水分的蒸發使得導電基體的孔隙增大，使得製得的電極片的真實面積較大，可降低電極的濃差極化和歐姆極化，從而提高電極片的容量和大電流放電能力。此外，親水性粘結劑羧甲基纖維素鈉具有良好的粘結作用，可使活性物質不脫落，從而可提高電池循環壽命。

3）在導電基體上塗覆粉末狀活性物質。

4）將經過步驟3）處理後的導電基體輥壓成電極片。

上述方法製成的電極片中，當粘結劑的附著量占製成的電極片重量的0.005%-3%時，製成的電極片的電池性能發揮較好。這是因為，若粘結劑附著量多餘3%時，粘結劑強度是足夠了，但是由於導電性的粘合劑使用過多，電極的導電性降低了，同時粘結劑包圍著活性物質使其充放電效率下降，電池活化變慢，而且增大電極內阻和極化，導致容量和大電流放電能力差。若粘結劑附著量少於0.005%時，粘結強度會降低，且隨著充放電循環，活性物質會從電極上脫落導致容量下降，循環壽命變短，甚至導致電池短路。根據“粘結劑的附著量占製成的電極片重量的0.005%-3%”的要求，以及粘結劑溶液中粘結劑的質量分數即可確定需使用的粘結劑溶液的量。

該具體實施方式中的電極片製作方法簡單，易於操作，適宜於電池的大批量生產。採用該具體實施方式製造的電極片，由於粘結劑均勻地塗覆在導電基體表面，粘結劑粘結活性物質，從而使得製成的電極片表面分布的活性物質均勻，保持了濕法工藝的均勻優點。另外，超音波霧化噴射粘結劑溶液，液狀的粘結劑也可起到潤滑電極片的作用，使得製成的電極片也較柔軟，卷繞時不宜形成微裂紋，減少製成的電池微短路現象。再者，由於超音波霧化噴射粘結劑，粘結劑在導電基體上的附著分量適宜，不會像傳統濕法工藝那樣有多餘大量粘結劑附著在導電基體上，因此製成的電極片內阻小，保持了乾法工藝的低內阻性能。因此，通過該具體實施方式製造的電極片即具有濕法工藝製作的電極片均勻、柔軟的優點，也具有乾法工藝製作的電極片低內阻性能的優點。同時，該具體實施方式粘結劑的使用量也比2010年之前的技術中濕法工藝中的粘結劑的使用量降低10倍以上。

該具體實施方式中還提供一種電極片，即採用上述電極片的製作方法製得。

按照該具體實施方式中製作方法製得的電極片，相對於2010年之前的技術中乾法工藝製得的電極片，裝配成電池後電池的性能較好，例如電池容量較高、電池的循環使用壽命較長、電池的放電容量較高、電池在常溫下放置一段時間後性能仍較穩定。如下通過實驗組和對照組的性能測試進行比較說明。

實驗組電池：採用該具體實施方式的製作方法製成電極片，由該電極片組裝的電池。具體地，將規格為寬*厚=103毫米*1.7毫米連續型泡沫鎳依次經過列印極耳位，超音波霧化噴射粘結劑溶液，粘結劑溶液中粘結劑成分包括聚四氟乙烯和羧甲基纖維素鈉，粘結劑成分的質量分數為10%，總的粘結劑的附著量為製成的鎳電極片重量的0.5%，塗覆活性物質，輥壓壓片，分切極片，稱重分檔後點焊極耳製得鎳電極片（104毫米*45毫米*0.70毫米，10.0克）作為正極片。將該正極片與隔膜、AB5型合金負極片（132毫米*45毫米*0.28毫米）卷繞，注入2.5克由2摩爾/升的 NaOH溶液+7摩爾/升的 KOH溶液+0.6摩爾/升 LiOH溶液組成的電解液，點焊封口，製成鎳氫電池。封口後的電池常溫擱置後，經過化成及分容製成電池。該製成的電池為實驗組。其中，電池化成為0.1C電流充電16小時，0.5C電流放電84分鐘，0.3C電流充電5小時，0.5C電流放電至1.0伏。電池分容方法為0.2C電流放電至1.0伏，0.5C電流充電138分鐘，0.5C電流放電至1.0伏。

對照組電池：採用2010年之前的技術中乾法工藝製成電極片，由該電極片組裝的電池。具體地，將規格為寬*厚=103毫米*1.7毫米連續型泡沫鎳依次經過列印極耳位，塗覆活性物質，輥壓壓片，分切極片，稱重分檔後點焊極耳製得鎳電極片（104毫米*45毫米*0.70毫米，10.0克）作為正極片。將該正極片經過與上述實驗組製得的正極片一樣的後續工序製成電池。該製成的電池為對照組。

測試上述實驗組電池和對照組電池的電池容量（測試條件為：0.2C電流下充放電至放電終止電壓Ve=1.0伏，環境溫度為20℃），得到測試曲線如圖2所示。圖2中，A1線表示實驗組電池的容量測試曲線；B1線表示對照組電池的容量測試曲線。從圖中可知，當同位於終止電壓1.0伏時，A1線對應的橫坐標放電容量大於B1線對應的橫坐標放電容量，因此可得到實驗組電池的放電容量高於對照組電池的放電容量。

測試上述實驗組電池和對照組電池的高倍率放電容量（測試條件為：3C電流下放電至放電終止電壓Ve=1.0伏，環境溫度為20℃），得到測試曲線如圖3所示。圖3中，A3線表示實驗組電池的高倍率放電容量測試曲線；B3線表示對照組電池的高倍率放電容量測試曲線。從圖中可知，在高電流3C電流下，A3線對應的橫坐標放電容量始終高於B3線對應的放電容量，因此可得到實驗組電池的3C放電容量高於對照組電池的3C放電容量。

測試上述實驗組電池和對照組電池在20℃下放置28天后的放電情形（測試條件為：0.2C電流下充放電至放電終止電壓Ve=1.0伏，環境溫度為20℃），得到測試曲線如圖4所示。圖4中，A4線表示實驗組電池在20℃下放置28天后放電測試曲線；B3線表示對照組電池在20℃下放置28天后放電測試曲線。從圖中可知，20℃下放置28天后，相同放電條件下，A4線對應的橫坐標放電容量仍然始終高於B4線對應的放電容量，因此可得到實驗組電池在28天后的放電容量仍然高於對照組電池在28天后的放電容量。

測試上述實驗組電池和對照組電池先經過0.2C充電電流充電5小時後，在20℃下放置28天后的低壓情況，得到測試結果如表1所示。表1中，測試10000支對照組電池的電壓，有5支對照組電池出現低壓情況（1.20伏以下），而測試10000支實驗組電池的電壓，均無電池出現低壓情況，可見實驗組的低壓比例低於對照組的。

表1

測試上述實驗組電池和對照組電池的循環壽命，測試條件為：環境溫度為20±5℃，電池以0.2C電流放至1.0伏後，以1）0.1C電流充電16小時，再以0.2C電流放電2.5小時（第一個循環）；2）0.25C電流充電190分鐘，0.25C電流放電140分鐘（第2-48個循環）；3）0.25C電流充電190分鐘，以0.25C電流放電至1.0伏（第49個循環）；4）0.1C電流充電16小時，擱置1小時，0.2C電流放電至1.0伏（第50個循環）。重複步驟1）—4）。電池在完成50次循環後，允許開路擱置足夠的時間，以便正好隔兩周開始第51個循環。在上述循環過程中如果任一過程中的放電電壓低於1.0伏，則表示電池的循環壽命終止，放電可以停止。經過測試得到的結果如表2所示，表2中，實驗組電池的循環壽命為541周，對照組電池的循環壽命為427周，即可知實驗組電池的循環壽命性能好於對照組電池的循環壽命性能。

表2

從上述圖2-4以及表1-2的測試結果分析，可知該具體實施方式中製作方法製得的電極片，相對於2010年之前的技術中乾法工藝製得的電極片，裝配成電池後電池的性能較好。

榮譽表彰

2020年7月14日，《一種電極片的製作方法及電極片》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。