本發(fā)明屬于化學電源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋰離子電池負極極片的預(yù)處理方法。

背景技術(shù)：

自1991年鋰離子電池問世以來，綠色能源的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化，也潛移默化的改變著人們的生活理念。技術(shù)的進步解決了鋰離子電池技術(shù)上的一個個難題，應(yīng)用范圍也從最初的消費電子擴展到今天的汽車等行業(yè)。目前鋰離子電池體積能量密度大概在550～600wh/l，伴隨材料和工藝的進步，鋰電池能量密度仍在以每年6％左右的增幅增長。但隨著石墨負極材料越來越接近理論克容量、正極材料電壓越來越難以提高，可以預(yù)見目前的電化學體系下，大約3～5年之后，鋰電池的能量密度將到達一個無法逾越的屏障。

現(xiàn)階段提升鋰電池能量密度的主要手段有：(1)采用石墨作為負極材料，目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)克容量365mah/g以上的人造石墨樣品，易于壓實，性能良好，但這基本上屬于石墨可以做到的上限，而硅碳等新型負極材料還不成熟，存在各種難以解決的難題；(2)提高鈷酸鋰正極材料的電壓提高，4.4v鈷酸鋰正極材料已經(jīng)全面投入使用，但4.45v及以上電壓使用時則遇到很大的困難，高電壓的鈷酸鋰正極材料循環(huán)差、安全性能也難以滿足要求，三元材料克容量低，鎳酸鋰 結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，正極材料的改進已經(jīng)到達瓶頸期；(3)降低各類集流體、隔離膜厚度，雖然可以直接提升鋰電池能量密度，但對鋰電池安全產(chǎn)生不可估量的影響；(4)工藝改進，改進設(shè)備和工序，提高電芯一致性，但需要更換先進設(shè)備，投資巨大，改善效果有限。

體積能量密度和電芯容量、電芯平臺電壓、電芯體積三個因素有關(guān)，電芯容量和電芯平臺電壓在化學體系確定的情況下無法改變，因此，我們需要盡可能降低電芯出貨時的體積，即降低電芯的出貨厚度，而這取決于鋰離子電池負極從冷壓到出貨的厚度膨脹率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池負極的預(yù)處理方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中在提高鋰離子電池能量密度的所存在的石墨負極材料越來越接近理論克容量、正極材料電壓越來越難以提高，導致電池能量密度難以提高的問題，針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，對冷壓后的鋰離子電池負極進行預(yù)處理，以消除極片內(nèi)應(yīng)力，使其提前反彈，達到降低負極極片膨脹，提高電芯體積能量密度的目的。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，采用預(yù)處理劑對冷壓后的鋰離子電池負極極片在預(yù)處理設(shè)備上按照相應(yīng)的預(yù)處理方法進行處理，將處理后的負極極片放入烘箱干燥，得到預(yù)處理負極極片。

本發(fā)明的特點還在于，

其中預(yù)處理劑為去離子水、n-甲基吡咯烷酮、無水乙醇或丙酮中的一種。

其中預(yù)處理設(shè)備為浸漬設(shè)備。

其中預(yù)處理方法為浸漬法，具體處理步驟是：

步驟1、將預(yù)處理劑放入漿槽中，保持漿槽溫度20～25℃；

步驟2、將待處理極片放在浸漬設(shè)備上，浸漬驅(qū)動輥轉(zhuǎn)動帶動放卷軸、上導向輥和下導向輥轉(zhuǎn)動，極片在下導向輥的作用下浸漬在漿槽的預(yù)處理劑中，其中浸漬驅(qū)動輥的運轉(zhuǎn)速度為30～50r/min，極片和預(yù)處理劑的固液比為1：10～20；

步驟3、浸漬后的極片通過轉(zhuǎn)向輥的作用送入烘箱烘燥后再次由轉(zhuǎn)向輥送入入烘箱烘燥，烘箱溫度為50～120℃。

步驟4、從烘箱底部送出的極片經(jīng)浸漬驅(qū)動輥和收卷軸的作用送出浸漬設(shè)備，完成浸漬。

其中預(yù)處理設(shè)備為噴涂設(shè)備。

其中預(yù)處理方法為噴涂法，具體處理步驟是：

步驟1、將預(yù)處理劑放入噴頭中，保持噴頭溫度20～25℃；

步驟2、將待處理極片放在噴涂設(shè)備上，在噴涂驅(qū)動輥的作用下，放帶軸和收帶軸轉(zhuǎn)動，使得極片向前傳送，當極片經(jīng)過噴頭時，噴頭將其中的預(yù)處理劑噴灑在極片表面，噴涂驅(qū)動輥的轉(zhuǎn)速為30～50r/min，噴頭14的噴灑量為10～20g/m²；

步驟3、噴涂過預(yù)處理劑后的極片在收帶軸的作用下進入烘箱烘燥，完成噴涂，烘燥溫度為50～120℃。

預(yù)處理設(shè)備為印刷設(shè)備。

其中預(yù)處理方法為印刷法，具體預(yù)處理步驟是：

步驟1、將預(yù)處理劑放入加料槍中，加料槍將預(yù)處理劑加入料槽 中，保持料槽的溫度20～25℃，噴槍的噴灑量為10～20g/m²；

步驟2、將待處理極片放在印刷設(shè)備上，在印刷驅(qū)動輥的作用下，加壓輥和凹版輥轉(zhuǎn)動，通過凹版輥與加壓輥的作用將凹版輥表面的預(yù)處理印刷在極片表面，其中凹版輥的轉(zhuǎn)速為30～50r/min；

步驟3、負極極片在印刷驅(qū)動輥的作用下進入烘箱烘燥，完成印刷，烘燥溫度為50～120℃。

本發(fā)明的有益效果是，

通過對冷壓后的負極采用預(yù)處理劑進行預(yù)處理，預(yù)處理劑浸入負極極片內(nèi)部，負極極片活性材料顆粒浸潤膨脹，膨脹能夠消除由于冷壓帶來的極片內(nèi)應(yīng)力，負極極片發(fā)生預(yù)膨脹，可將正常工序中的冷壓后極片的反彈膨脹和注液后的浸潤膨脹兩個階段合二為一，負極極片在此時提前預(yù)膨脹，而預(yù)膨脹之后，在注液工序中極片厚度不再增加，整體而言預(yù)膨脹后極片的膨脹率小于正常工序中這兩個階段的膨脹率之和，因此可以降低電芯負極的整體膨脹，達到降低電芯厚度和體積的目的，從而提升電芯的體積能量密度；同時，負極預(yù)膨脹增加了很多孔隙和通道，有利于電解液保有量的增加，一定程度上也可以緩解漲液問題。

預(yù)處理后的負極極片膨脹率約為6％～8％，注液工序中極片厚度不再增加，化成時極片僅再膨脹4％左右，因此冷壓后到出貨前負極整體厚度變化僅為10～12％，明顯小于正常工序總體15～18％的膨脹，由此預(yù)處理所帶來的電芯體積能量密度提升2％～3％，極大緩解了材料開發(fā)和設(shè)備工藝改進的壓力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的工藝流程圖；

圖2是本發(fā)明方法中浸漬設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明方法中噴涂設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明方法中印刷設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.放卷軸，2.上導向輥，3.下導向輥，4.漿槽，5.漿位探頭，6.操作基臺，7.烘箱，8.轉(zhuǎn)向輥，9.浸漬驅(qū)動輥，10.收卷軸，11.放帶軸，12.噴涂驅(qū)動輥，13.收帶軸，14.噴頭，15.凹版輥，16.加壓輥，17.加料槍，18.刮刀，19.料槽，20.印刷驅(qū)動輥。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。

圖1是本發(fā)明方法的工藝流程圖，如圖1所示，通過采用預(yù)處理劑對冷壓后的負極極片進行預(yù)處理，使得負極極片預(yù)膨脹，處理后的負極極片放入烘箱烘燥，得到預(yù)處理負極極片。

圖2本發(fā)明方法中采用浸漬設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，浸漬驅(qū)動輥9驅(qū)動轉(zhuǎn)向輥8轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向輥8轉(zhuǎn)動帶動放卷軸1、上導向輥2和下導向輥3轉(zhuǎn)動，極片在由放卷軸1送出，而后極片在上導向輥2、下導向輥3的作用下浸入漿槽4中，設(shè)置在操作基臺6上的漿位探頭5能夠?qū)崟r監(jiān)測漿槽4中預(yù)處理劑的量，以便在預(yù)處理劑不足時方便人們給漿槽4中加入預(yù)處理劑，浸漬后的極片在轉(zhuǎn)向輥8的作用下極片進入烘箱7烘燥，極片在經(jīng)過轉(zhuǎn)向輥8的時候再次進入烘箱7 烘燥，之后極片從烘箱底部送出，在浸漬驅(qū)動輥9的作用下，由收卷軸10卷繞，完成浸漬。

圖3是本發(fā)明方法中噴涂設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，噴涂驅(qū)動輥12轉(zhuǎn)動，從而帶動放帶軸11轉(zhuǎn)動，放帶軸11將極片輸送出來，當極片經(jīng)過噴頭14時，噴頭14將其中的預(yù)處理劑噴灑在極片表面，在收帶軸13的作用下，極片進入烘箱烘燥，完成噴涂。

圖4是本發(fā)明方法中印刷設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，印刷驅(qū)動輥20轉(zhuǎn)動，帶動加壓輥16轉(zhuǎn)動，加壓輥16與凹版輥15為一對壓力輥，因而加壓輥16轉(zhuǎn)動帶動凹版輥15轉(zhuǎn)動，凹版輥15轉(zhuǎn)動過程中首先經(jīng)過加料槍17，加料槍17將其中的預(yù)處理劑噴涂在凹版輥15的表面，而后預(yù)處理劑加入料槽19中，凹版輥15轉(zhuǎn)動過程中沾取料槽19中的預(yù)處理劑，然后經(jīng)過刮刀18將凹版輥15表面的預(yù)處理劑刮勻，在壓力輥16牽引作用下極片被壓入壓力輥16和凹版輥15之間，在壓力輥16的加壓作用下，將凹版輥15表面的預(yù)處理劑印刷到極片表面，而后在印刷驅(qū)動輥20的作用下，將印刷后的極片送入烘箱烘燥。

本發(fā)明一種鋰離子電池負極的預(yù)處理方法，采用預(yù)處理劑對冷壓后的鋰離子電池負極極片在預(yù)處理設(shè)備上進行預(yù)處理，將處理后的負極極片放入烘箱干燥，得到預(yù)處理負極極片。

其中預(yù)處理劑為去離子水、n-甲基吡咯烷酮、無水乙醇或丙酮中的一種。

其中預(yù)處理設(shè)備為浸漬設(shè)備。

其中預(yù)處理方法為浸漬法，具體處理步驟是：

步驟1、將預(yù)處理劑放入漿槽4中，保持漿槽4溫度20～25℃；

步驟2、將待處理極片放在浸漬設(shè)備上，浸漬驅(qū)動輥9轉(zhuǎn)動帶動放卷軸1、上導向輥2和下導向輥3轉(zhuǎn)動，極片在下導向輥3的作用下浸漬在漿槽4的預(yù)處理劑中，其中浸漬驅(qū)動輥9的運轉(zhuǎn)速度為30～50r/min，極片和預(yù)處理劑的固液比為1：10～20；

步驟3、浸漬后的極片通過轉(zhuǎn)向輥8的作用送入烘箱7烘燥后再次由轉(zhuǎn)向輥8送入烘箱7烘燥，烘箱7溫度為50～120℃。

步驟4、從烘箱底部送出的極片經(jīng)浸漬驅(qū)動輥9和收卷軸10的作用送出浸漬設(shè)備，完成浸漬。

其中預(yù)處理設(shè)備為噴涂設(shè)備。

其中預(yù)處理方法為噴涂法，具體處理步驟是：

步驟1、將預(yù)處理劑放入噴頭14中，保持噴頭溫度20～25℃；

步驟2、將待處理極片放在噴涂設(shè)備上，在噴涂驅(qū)動輥12的作用下，放帶軸11和收帶軸13轉(zhuǎn)動，使得極片向前傳送，當極片經(jīng)過噴頭14時，噴頭14將其中的預(yù)處理劑噴灑在極片表面，噴涂驅(qū)動輥12的轉(zhuǎn)速為30～50r/min，噴頭14的噴灑量為10～20g/m²；

步驟3、噴涂過預(yù)處理劑后的極片在收帶軸11的作用下進入烘箱烘燥，完成噴涂工藝，烘燥溫度為50～120℃。

其中預(yù)處理設(shè)備為印刷設(shè)備。

其中預(yù)處理方法為印刷法，具體處理步驟是：

步驟1、將預(yù)處理劑放入加料槍17中，加料槍17將預(yù)處理劑加 入料槽19中，保持料槽19的溫度20～25℃；

步驟2、將待處理極片放在印刷設(shè)備上，在印刷驅(qū)動輥20的作用下，加壓輥16和凹版輥15轉(zhuǎn)動，加壓輥16帶動極片傳送，凹版輥15在轉(zhuǎn)動過程中經(jīng)過加料槍17的時候，加料槍17將其中的預(yù)處理劑噴涂在凹版輥15的表面，而后凹版輥15在轉(zhuǎn)動過程中沾取料槽19中的預(yù)處理劑，凹版輥15轉(zhuǎn)動過程中經(jīng)過刮刀18作用而變均勻，當極片進入加壓輥16與凹版輥15之間時，通過加壓輥16與凹版輥15之間的壓力，將凹版輥15表面的預(yù)處理劑印刷在極片表面，其中凹版輥15的轉(zhuǎn)速為30～50r/min，加料槍17的噴灑量為10～20g/m²；

步驟3、負極極片在印刷驅(qū)動輥20的作用下進入烘箱烘燥，完成印刷工藝，烘燥溫度為50～120℃。

采用本發(fā)明方法，使用預(yù)處理劑對鋰離子電池負極進行預(yù)處理，預(yù)處理劑浸入負極極片內(nèi)部，負極極片活性材料顆粒膨脹，膨脹能夠消除由于冷壓所帶來的負極極片內(nèi)應(yīng)力，在此時負極極片提前預(yù)膨脹，在注液工序中極片厚度不再增加，將傳統(tǒng)工序中冷壓后極片的反彈膨脹和注液后的浸潤膨脹兩個階段合二為一，因此可以降低電芯負極的整體膨脹，降低了傳統(tǒng)電池生產(chǎn)工序的膨脹率，提高了電池能量密度。本發(fā)明操作簡單，自動化程度高，適合鋰電池大規(guī)模、連續(xù)化、自動化生產(chǎn)。

實施例1

采用預(yù)處理劑對冷壓后的負極極片進行預(yù)處理，并將處理后的負極極片放入烘箱烘燥，得到預(yù)處理負極極片，其中預(yù)處理劑為去離子 水，預(yù)處理方法為浸漬法，采用浸漬設(shè)備處理，具體的處理過稱為：

步驟1、將去離子水倒入漿槽4中，保持漿槽溫度20℃；

步驟2、將待處理負極極片放在浸漬設(shè)備上，浸漬驅(qū)動輥9帶動放卷軸1、上導向輥2和下導向輥3轉(zhuǎn)動，極片在下導向輥3的作用下浸漬在漿槽4的去離子水中，設(shè)置在操作基臺6上的漿位探頭5能夠?qū)崟r監(jiān)測漿槽4中去離子水的量，以便在去離子水不足時方便人們給漿槽4中加入去離子水，其中浸漬驅(qū)動輥轉(zhuǎn)動速度為30r/min，去離子水和冷壓后的負極固液比1：10；

步驟3、將從漿槽4中出來后的極片在轉(zhuǎn)向輥8的作用下進入烘箱7中烘燥，從烘箱7中出來的極片在轉(zhuǎn)向輥8的作用下再次進入烘箱7烘燥，烘箱的溫度為50℃，烘燥時間為1h；

步驟4、烘燥后的極片從烘箱7底部送出，在浸漬驅(qū)動輥9和收卷軸10的作用下卷繞，完成浸漬過程，得到預(yù)處理負極極片。

實施例2

采用預(yù)處理劑對冷壓后的負極極片進行預(yù)處理，并將處理后的負極極片放入烘箱烘燥，得到預(yù)處理負極極片，其中預(yù)處理劑為無水乙醇，預(yù)處理方法為噴涂法，預(yù)處理設(shè)備為噴涂設(shè)備，具體處理過程為：

步驟1、將無水乙醇放入噴頭14中，噴頭溫度為20℃，噴頭的噴灑量為10g/m²；

步驟2、將待處理極片放在噴涂設(shè)備上，在噴涂驅(qū)動輥12的作 用下，放帶軸11和收帶軸13轉(zhuǎn)動，使得極片向前傳送，當極片經(jīng)過噴頭14時，噴頭14將其中的預(yù)處理劑噴灑在極片表面，其中噴涂驅(qū)動輥的轉(zhuǎn)速為40r/min；

步驟3、噴涂過預(yù)處理劑后的極片在收帶軸11的作用下進入烘箱烘燥，完成噴涂過程，得到預(yù)處理負極極片，其中烘箱溫度為90℃，烘燥時間為1.5h。

實施例3

采用預(yù)處理劑對冷壓后的極片進行預(yù)處理，并將處理后的負極極片放入烘箱烘燥，得到預(yù)處理負極極片，其中預(yù)處理劑為丙酮，預(yù)處理方法為印刷法，預(yù)處理設(shè)備為印刷設(shè)備，具體處理過程為：

步驟1、將丙酮放入加料槍17中，加料槍17將丙酮加入料槽19中，其中加料槍的噴灑量為20g/m²，保持料槽的溫度25℃；

步驟2、將待處理極片放在印刷設(shè)備上，在印刷驅(qū)動輥20的作用下，加壓輥16和凹版輥15轉(zhuǎn)動，加壓輥16帶動極片傳送，凹版輥15在轉(zhuǎn)動過程中經(jīng)過加料槍17的時候，加料槍17將其中的丙酮噴涂在凹版輥15的表面，而后凹版輥15在轉(zhuǎn)動過程中沾取料槽19中的丙酮，凹版輥15轉(zhuǎn)動過程中經(jīng)過刮刀18作用而變均勻，當極片進入加壓輥16與凹版輥15之間時，通過加壓輥16與凹版輥15之間的壓力，將凹版輥15表面的丙酮印刷在極片表面，其中印刷驅(qū)動輥的轉(zhuǎn)速為50r/min；

步驟3、負極極片在印刷驅(qū)動輥20的作用下進入烘箱烘燥，完成印刷過程，得到預(yù)處理負極極片，其中烘箱的干燥溫度為120℃， 烘燥時間為2h。

將上述三種實施例所得到的預(yù)處理負極極片和傳統(tǒng)工序中冷壓后的極片分別進行裁片，裁片成長度為1000mm，寬度為150mm的負極片，將裁片后的預(yù)處理負極極片卷繞，并將電解液注入卷繞后的負極極片中，靜置2h，其中對比例為傳統(tǒng)工序中冷壓后的極片處理效果，對比預(yù)處理的負極極片和未經(jīng)預(yù)處理的負極極片的膨脹率，結(jié)果如表1所示。

表1預(yù)處理后的負極極片與未預(yù)處理的負極極片性能對比

從表1可得，經(jīng)過預(yù)處理后的鋰離子電池負極極片的膨脹率都比傳統(tǒng)工序中未經(jīng)預(yù)處理所得鋰離子電池負極極片的膨脹率低，并且預(yù)處理后的鋰離子電池負極的能量密度均有所增大。