[发明专利]一种锂离子电池用二次雾化造孔方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用二次雾化造孔方法，包括以下步骤：S1：按照常温饱和浓度为标准配制好造孔剂溶液；S2：在涂布机的机尾处增加一个喷雾箱和一节快速烤箱，喷雾箱内部充满雾化造孔剂溶液；S3：将配制好的正负极浆料均匀地涂布在集流体基材上，烘干后通过喷雾箱和其烤箱，S4：将烘烤干的极片收成卷料，通过辊压机按照正常流程辊压成型；S5：将辊压好的极片，通过氮气氛烤箱，根据造孔剂分解或者沸点温度而定；本发明既能保持极片高压实提高电池能量密度，又能提高电池极片均匀性确保倍率、循环、低温等性能的方法，极片表层孔隙均匀且数量多，闭孔和缩孔的比例会极大下降，提高了极片有效的孔隙率。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体为一种锂离子电池用二次雾化造孔方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、使用寿命长和电压高等优点，不仅是在便携式电子设备上，如手机、移动电源、数码相机和笔记本等消费类市场得到快速的发展，而且在电动汽车、电动自行车及电动工具等动力类市场和储能类市场等新兴市场也得到了广泛的应用。

在这些新兴市场领域，特别是汽车动力应用上，不论是市场需求还是国家政策导向，对动力电池的能力密度都提出了更高的要求。因此各个企业和研究院校通过更换正负极材料、降低隔膜厚度、提高充电电压等等方法来提升能量密度，但是这些提高能量密度的方法有利有弊，在电池安全方面留下了极大的隐患。

对于动力电池最核心的正负极片，很多企业采用更高的压实密度来提高能力密度，比如磷酸铁锂从2011年的1.8g/cm3，提高到2017年的2.5-2.6 g/cm3，石墨从之前的1.35-1.5 g/cm3逐步提高到1.6-1.65 g/cm3，达到尽量不影响安全性能的情况下提高动力电池的能量密度的目的。但是压实密度越高，极片是多孔电极，高压实情况下会产生表面闭孔。极片在辊压时理论上是垂直下压，但是实际目前的辊压机钢棍直径普遍在600-1200mm，无法实现水平方向不受力变形。同时极片是上下施压，由于集流体在中间，两侧活性物质厚度在80-180微米，看起来很薄，但是行业采用的活性物质颗粒普遍在0.5-30微米，因此也是很多层活性物质颗粒堆叠在一起，辊压时表层的形变量很大，靠近基材层的形变量小，经过晶剖面检测，采用SEM放大，可以计算出内外层的孔隙率差异很大，辊压后平均孔隙率约30%-40%，内层孔隙率普遍都在45%-55%，外层孔隙率普遍都在20%-30%，。通过压汞法测试外层孔隙明显比未辊压时减小很多，且曲折度增加（退汞时间长、残留多），也就是说在提高辊压压实密度的时候，产生了大量的闭孔和表层孔径急剧变小，导致电池倍率下降、低温性能下降、容易析锂、电池循环寿命衰减等等不良后果。

因此，业内又产生了新的造孔工艺，通过各种形式添加造孔剂，在涂布辊压后再加热造孔，比如：CN104157827A、CN106848148A和CN103515607A等专利。CN104157827A专利采取的是在浆料里面添加液态的造孔剂，在涂布烘烤时形成更多的孔隙，但是这样就提高极片的厚度，在后续辊压过程中，产生的这些孔也会出现闭孔和缩小的现象，比正常极片缩小和闭孔的比例更大，因为极片缺少的不是整体的孔隙，而是表层的孔隙，因此这种造孔方法实际获得的闭孔更多，内外层孔隙差异更大。CN103515607A专利提到的则是通过添加固体造孔剂，配置成浆料，在极片辊压后，经过高温分解造孔剂，产生更多的孔隙，这个方法可以在一定程度上提高极片孔隙，但是也同样存在内层不需要造孔的位置，造了更多的孔隙，导致极片厚度增大，降低电池能量密度，没有达到告诉密度想要的结果。只能在一定程度上提高电池性能，对于能量密度的提升作用有限。。CN106848148A专利提出的是在涂布后极片还未干燥时就喷雾造孔剂，在进入涂布机烤箱烘烤，让造孔剂分散到极片浆料表层，烘干后在极片表层造孔较多，辊压后加热分解造孔，但是这种方案也存在一个很明显的问题，就是造孔剂虽然在表层极片里面，造孔也会导致极片厚度反弹，虽然对闭合的孔重新开孔有好处，但是对于压缩小的孔没有帮助，产生的其他会直接通过这些小孔排出去，产生的一些孔隙，还是很多需要通过缩小的孔与外界相通，对于降低表面极化有一定的效果，但是还是无法解决保持极片高压实情况下提高真正有用的孔隙率。