[發明專利]制備一體化鋰電池極板隔膜的裝置及方法

無效

• 申請號: 201310488464.7
• 申請日: 2013-10-18
• 公開（公告）號: CN103545473A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 姜濤;陳慧明;王丹;張斌;許德超;張克金
• 申請（專利權）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M10/058
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王薇

技術領域

本發明涉及一種制備一體化鋰電池極板隔膜的裝置及方法，屬于鋰離子電池領域。

背景技術

鋰離子電池是近二十幾年才發展起來二次電池，990?年日本?SONY?公司率先研制成功理離子電池。與常用的鉛酸電池、鎘鎳電池、鎳氫電池等二次電池相比，鋰離子電池具有開路電壓高、體積小、質量輕、能量密度大、無記憶效應、無污染、自放電率小、壽命長等優點，成為目前綜合性能最好的電池體系，并取得了飛速發展。隨著鋰離子電池生產量的不斷增加、成本的不斷降低及性能的不斷提高，它在諸如筆記本計算機及日益小型化的手機中的應用比例不斷增長，應用領域也不斷擴大，目前其應用已經滲透到包括移動電話、筆記本電腦、攝像機、數碼相機以及便攜式測量儀器等眾多民用及軍用領域。也是未來電動汽車、航天、衛星、飛船、潛艇、水下機器人等輕型高能動力電池的首選電源。這就使鋰離子電池的應用范圍從信息產業到能源交通，從太空到水下不斷地被拓展。

鋰離子電池主要是由正極集流體、正極材料、隔膜、負極材料、負極集流體、電解液以及外包裝組成。通常情況下將正極材料通過刮刀流延法刮涂在正極集流體上，組成正極極板；同樣的方法負極材料與負極集流體組成負極極板。鋰離子電池隔膜是一種多孔的薄膜，阻隔正負極板，防止電池內部短路，同時允許鋰離子快速通過。從而完成在電化學充放電過程中鋰離子在正負極板之間的快速傳輸。通常隔膜的制備工藝分為干法與濕法兩種，多為聚乙烯或聚丙烯薄膜。

傳統的鋰離子電池裝配過程中，是將復合隔膜貼夾在正負極板之間，工藝復雜、材料浪費較大，對設備要求較高；并且由于隔膜材料較輕，在電池中容易竄動，非常容易造成電池內部短路，形成安全隱患。

曾經有國內的一片專利（CN10119268）提供一種符合納米纖維隔膜的靜電紡絲方法，直接通過靜電紡絲方法將超細纖維聚合物隔膜紡到電池極板上，并可以達到連續生產的目的。但是專利中的方法將隔膜紡絲到極板上沒有做進一步的處理，因此隔膜與極板之間的結合力仍存在一定問題，并且靜電紡絲的隔膜較厚，密度較小，占用大量體積，影響電池的體積比能量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備一體化鋰電池極板隔膜的裝置及方法，其直接將極板表面復合隔膜后加入對輥系統，將隔膜與極板緊密的壓緊在一起，形成牢固的極板隔膜一體化生產，解決了單一的靜電紡絲技術生成隔膜與極板接觸不緊密以及厚度較厚的缺點。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種制備一體化鋰電池極板隔膜的裝置，由儲液裝置，靜電紡絲漿料，計量輸液泵，多針噴頭，高壓直流電源，帶有加熱系統的收卷滾軸，帶有加熱系統的放卷滾軸，帶加熱系統的對輥碾壓系統，電池極板，溶劑回收，溫度控制裝置，機械控制組成；其特征在于：多針噴頭通過噴頭座及輸液管與儲液裝置連接在一起；收卷裝置、放卷裝置和對滾碾壓裝置固定在殼體上；對滾碾壓裝置靠近收卷裝置一側，距離放卷裝置距離不小于1m；收卷裝置以及放卷裝置形成的平面與水平面成5~45°夾角。

具體的工作步驟是：首先配置好紡絲溶液，加入到儲液裝置中，使用高壓直流電源在多針噴頭與收卷滾軸、放卷滾軸之間形成正高壓或負高壓，并將收卷滾軸與放卷滾軸接地；計量輸液泵將靜電紡絲漿料從儲液裝置中輸送到多針噴頭，靜電紡絲漿料通過針尖在高電壓作用下噴出，形成絲狀纖維噴涂在電池極板上；在收卷滾軸與放卷滾軸的溫度下，漿料中的有機溶劑逐漸揮發，形成納米纖維隔膜；之后將涂覆有隔膜的極板輸送到對輥碾壓系統下進行滾壓，滾壓溫度為25~60℃，以增大納米纖維隔膜與極板之間的結合力，使隔膜極板牢固結合在一起，形成隔膜/極板一體化電池極板。

所述的多針噴頭是由單排多針噴頭或者集陣多針噴頭，針尖與針尖之間距離在10~100mm；針頭的孔徑在0.8~1.5mm，針的長度在20~50mm。

噴絲針頭與電極片之間的距離為10~25cm，電壓范圍在12~25kV，

溶液給料速度為，每針5~15ml/h；收卷滾軸與放卷滾軸的溫度設定在25~60℃，電極板傳送速率為50~300cm/min；對輥碾壓設備的滾壓轉速與極板傳送速度相匹配，滾軸之間間距與極板厚度之差為0.1~1.5mm；極板與水平面形成的角度5≤α≤45°

所述電池極板為鋰離子電池正極板和鋰離子電池負極板；

所述鋰離子電池正極板是在鋁基材、碳纖維布鍍鋁基材、鍍碳鋁箔、鋁網、微孔鋁箔上涂布有鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料、富鋰材料或高電壓材料；

所述鋰離子電池負極板是在銅基材、碳纖維布鍍銅基材、鍍碳銅箔、銅網、微孔銅箔上涂布有鈦酸鋰、天然石墨、人造石墨或硅碳材料。