一種電極片的制作方法及電極片

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

近年來，無線電話機(jī)、汽車、數(shù)字處理機(jī)、便攜式計算機(jī)、數(shù)碼產(chǎn)品等設(shè)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(jìn)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(fā)。特別是基于鎳電極為正極的充電電池如鎳鎘電池、鎳氫電池、鎳鋅電池等由于它們具有高容量、大功率、長壽命等特點而備受青睞，是當(dāng)今二次電池重要的發(fā)展方向之一。

鎘電池、鎳氫電池、鎳鋅電池等堿性電池是由正極片、負(fù)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(fù)極片一般是通過將活性物質(zhì)涂覆于導(dǎo)電基體上制得。2010年之前的技術(shù)中電極片（正極片、負(fù)極片）的制作方法有濕法工藝和干法工藝。

濕法工藝中，活性物質(zhì)首先與粘結(jié)劑溶液制成粘稠狀漿料，將該粘稠狀漿料涂覆在導(dǎo)電基體上，后續(xù)再將導(dǎo)電基體通過高溫烘烤，輥壓制成電極片。濕法工藝中通過輔助的粘結(jié)劑溶液可使得活性物質(zhì)與導(dǎo)電基體牢固粘結(jié)。濕法工藝活性物質(zhì)以粘稠狀的形式涂覆于導(dǎo)電基體上，能保證活性物質(zhì)的均勻涂覆，且保證電極片制成后較柔軟。但濕法工藝中制備粘稠狀的漿料需要輔助大量粘結(jié)劑，導(dǎo)電基體烘干后，多余大量的粘結(jié)劑附著在導(dǎo)電基體上，導(dǎo)致制成的電池難以活化，且電池內(nèi)阻較大，大電流發(fā)揮性能差。因此，濕法工藝制備的電極片的優(yōu)點是比較柔軟、均勻，但缺點是：制備的電極片制成的電池難以活化且電池內(nèi)阻較大。

干法工藝中，粉末狀的活性物質(zhì)直接填充到導(dǎo)電基體表面，后續(xù)直接輥壓制成電極片。干法工藝中，無需涂覆粘結(jié)劑以及烘烤工藝，因此電極片內(nèi)部不含相應(yīng)的粘結(jié)劑等成分，制成的電池的內(nèi)阻小，大電流發(fā)揮性能好。但干法工藝制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(xiàn)象。因此，干法工藝制備的電極片的優(yōu)點是制備的電極片制成的電池內(nèi)阻小，但缺點是：電極片不柔軟，比較脆，導(dǎo)致制成的電池微短路現(xiàn)象嚴(yán)重，壽命短。

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

圖2是《一種電極片的制作方法及電極片》具體實施方式中電極片與2010年之前的技術(shù)中干法工藝制得的電極片的電池容量測試結(jié)果圖；

圖3是《一種電極片的制作方法及電極片》具體實施方式中電極片與2010年之前的技術(shù)中干法工藝制得的電極片的電池高倍率放電容量測試結(jié)果圖；

圖4是《一種電極片的制作方法及電極片》具體實施方式中電極片與2010年之前的技術(shù)中干法工藝制得的電極片的電池在20℃下放置28天后的容量測試結(jié)果圖。

2020年7月14日，《一種電極片的制作方法及電極片》獲得第二十一屆中國專利獎優(yōu)秀獎。 2100433B

下面結(jié)合具體實施方式并對照附圖對《一種電極片的制作方法及電極片》做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，為該具體實施方式中電極片的制作方法流程圖，包括以下步驟：

1）制作導(dǎo)電基體。該導(dǎo)電基體為連續(xù)型泡沫鎳。優(yōu)選地，連續(xù)型泡沫鎳表面各處的厚度、面密度和空隙率一致。

2）通過超聲波霧化粘結(jié)劑溶液，將粘結(jié)劑溶液噴射到導(dǎo)電基體表面。

其中，粘結(jié)劑溶液中粘結(jié)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%-30%。所選粘結(jié)劑溶液中的粘結(jié)劑成分包括親水性粘結(jié)劑和憎水性粘結(jié)劑。這是因為，親水性粘結(jié)劑具有良好的粘結(jié)作用，活性物質(zhì)不會從導(dǎo)電基體上脫落。且親水性粘結(jié)劑可促使電解液與活性物質(zhì)充分接觸，使導(dǎo)電基體潤濕程度增加，因而電化學(xué)反應(yīng)的有效表面積增加，可降低電極電流密度，從而減少電極內(nèi)阻和極化，使得制成的電極片內(nèi)阻小。而憎水性粘結(jié)劑耐堿性較好，可保證電極循環(huán)過程中粘結(jié)劑仍能具有粘結(jié)活性物質(zhì)的能力，保證電極循環(huán)過程中活性物質(zhì)也不脫落。且憎水性粘結(jié)劑有助于氣體的傳輸，可降低電池充電過程中的壓力。其中，親水性粘結(jié)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(jié)劑為聚四氟乙烯或丁苯橡膠。優(yōu)選地，親水性粘結(jié)劑選擇羧甲基纖維素鈉，憎水性粘結(jié)劑選擇聚四氟乙烯。電極片輥壓時憎水性粘結(jié)劑聚四氟乙烯纖維化形成一個三維網(wǎng)狀基體可容納活性物質(zhì)，同時親水性粘結(jié)劑羧甲基纖維素鈉中水分的蒸發(fā)使得導(dǎo)電基體的孔隙增大，使得制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(jié)劑羧甲基纖維素鈉具有良好的粘結(jié)作用，可使活性物質(zhì)不脫落，從而可提高電池循環(huán)壽命。

3）在導(dǎo)電基體上涂覆粉末狀活性物質(zhì)。

4）將經(jīng)過步驟3）處理后的導(dǎo)電基體輥壓成電極片。

上述方法制成的電極片中，當(dāng)粘結(jié)劑的附著量占制成的電極片重量的0.005%-3%時，制成的電極片的電池性能發(fā)揮較好。這是因為，若粘結(jié)劑附著量多余3%時，粘結(jié)劑強(qiáng)度是足夠了，但是由于導(dǎo)電性的粘合劑使用過多，電極的導(dǎo)電性降低了，同時粘結(jié)劑包圍著活性物質(zhì)使其充放電效率下降，電池活化變慢，而且增大電極內(nèi)阻和極化，導(dǎo)致容量和大電流放電能力差。若粘結(jié)劑附著量少于0.005%時，粘結(jié)強(qiáng)度會降低，且隨著充放電循環(huán)，活性物質(zhì)會從電極上脫落導(dǎo)致容量下降，循環(huán)壽命變短，甚至導(dǎo)致電池短路。根據(jù)“粘結(jié)劑的附著量占制成的電極片重量的0.005%-3%”的要求，以及粘結(jié)劑溶液中粘結(jié)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)即可確定需使用的粘結(jié)劑溶液的量。

該具體實施方式中的電極片制作方法簡單，易于操作，適宜于電池的大批量生產(chǎn)。采用該具體實施方式制造的電極片，由于粘結(jié)劑均勻地涂覆在導(dǎo)電基體表面，粘結(jié)劑粘結(jié)活性物質(zhì)，從而使得制成的電極片表面分布的活性物質(zhì)均勻，保持了濕法工藝的均勻優(yōu)點。另外，超聲波霧化噴射粘結(jié)劑溶液，液狀的粘結(jié)劑也可起到潤滑電極片的作用，使得制成的電極片也較柔軟，卷繞時不宜形成微裂紋，減少制成的電池微短路現(xiàn)象。再者，由于超聲波霧化噴射粘結(jié)劑，粘結(jié)劑在導(dǎo)電基體上的附著分量適宜，不會像傳統(tǒng)濕法工藝那樣有多余大量粘結(jié)劑附著在導(dǎo)電基體上，因此制成的電極片內(nèi)阻小，保持了干法工藝的低內(nèi)阻性能。因此，通過該具體實施方式制造的電極片即具有濕法工藝制作的電極片均勻、柔軟的優(yōu)點，也具有干法工藝制作的電極片低內(nèi)阻性能的優(yōu)點。同時，該具體實施方式粘結(jié)劑的使用量也比2010年之前的技術(shù)中濕法工藝中的粘結(jié)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，即采用上述電極片的制作方法制得。

按照該具體實施方式中制作方法制得的電極片，相對于2010年之前的技術(shù)中干法工藝制得的電極片，裝配成電池后電池的性能較好，例如電池容量較高、電池的循環(huán)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后性能仍較穩(wěn)定。如下通過實驗組和對照組的性能測試進(jìn)行比較說明。

實驗組電池：采用該具體實施方式的制作方法制成電極片，由該電極片組裝的電池。具體地，將規(guī)格為寬*厚=103毫米*1.7毫米連續(xù)型泡沫鎳依次經(jīng)過打印極耳位，超聲波霧化噴射粘結(jié)劑溶液，粘結(jié)劑溶液中粘結(jié)劑成分包括聚四氟乙烯和羧甲基纖維素鈉，粘結(jié)劑成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，總的粘結(jié)劑的附著量為制成的鎳電極片重量的0.5%，涂覆活性物質(zhì)，輥壓壓片，分切極片，稱重分檔后點焊極耳制得鎳電極片（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(fù)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，制成鎳氫電池。封口后的電池常溫擱置后，經(jīng)過化成及分容制成電池。該制成的電池為實驗組。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：采用2010年之前的技術(shù)中干法工藝制成電極片，由該電極片組裝的電池。具體地，將規(guī)格為寬*厚=103毫米*1.7毫米連續(xù)型泡沫鎳依次經(jīng)過打印極耳位，涂覆活性物質(zhì)，輥壓壓片，分切極片，稱重分檔后點焊極耳制得鎳電極片（104毫米*45毫米*0.70毫米，10.0克）作為正極片。將該正極片經(jīng)過與上述實驗組制得的正極片一樣的后續(xù)工序制成電池。該制成的電池為對照組。

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(huán)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(dāng)同位于終止電壓1.0伏時，A1線對應(yīng)的橫坐標(biāo)放電容量大于B1線對應(yīng)的橫坐標(biāo)放電容量，因此可得到實驗組電池的放電容量高于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(huán)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(yīng)的橫坐標(biāo)放電容量始終高于B3線對應(yīng)的放電容量，因此可得到實驗組電池的3C放電容量高于對照組電池的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(huán)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(yīng)的橫坐標(biāo)放電容量仍然始終高于B4線對應(yīng)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于對照組電池在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(jīng)過0.2C充電電流充電5小時后，在20℃下放置28天后的低壓情況，得到測試結(jié)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(xiàn)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(xiàn)低壓情況，可見實驗組的低壓比例低于對照組的。

測試上述實驗組電池和對照組電池的循環(huán)壽命，測試條件為：環(huán)境溫度為20±5℃，電池以0.2C電流放至1.0伏后，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(huán)）；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(huán)）；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(huán)）；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(huán)）。重復(fù)步驟1）—4）。電池在完成50次循環(huán)后，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(huán)。在上述循環(huán)過程中如果任一過程中的放電電壓低于1.0伏，則表示電池的循環(huán)壽命終止，放電可以停止。經(jīng)過測試得到的結(jié)果如表2所示，表2中，實驗組電池的循環(huán)壽命為541周，對照組電池的循環(huán)壽命為427周，即可知實驗組電池的循環(huán)壽命性能好于對照組電池的循環(huán)壽命性能。

從上述圖2-4以及表1-2的測試結(jié)果分析，可知該具體實施方式中制作方法制得的電極片，相對于2010年之前的技術(shù)中干法工藝制得的電極片，裝配成電池后電池的性能較好。

一種電極片的制作方法及電極片專利目的

《一種電極片的制作方法及電極片》的目的在于提出一種電極片的制作方法，使得制作的電極片即具有濕法工藝制作的電極片均勻、柔軟的優(yōu)點，也具有干法工藝制作的電極片低內(nèi)阻性能的優(yōu)點。

一種電極片的制作方法及電極片技術(shù)方案

《一種電極片的制作方法及電極片》的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決：

一種電極片的制作方法，包括以下步驟：1）制作導(dǎo)電基體；2）在所述導(dǎo)電基體表面涂覆粘結(jié)劑溶液；3）在所述導(dǎo)電基體上涂覆活性物質(zhì)；4）將所述導(dǎo)電基體輥壓成電極片；所述步驟2）中通過超聲波霧化方法將所述粘結(jié)劑溶液噴射在所述導(dǎo)電基體表面。

優(yōu)選的技術(shù)方案中， 所述粘結(jié)劑溶液中粘結(jié)劑在所述導(dǎo)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(jié)劑溶液中粘結(jié)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%-30%。所述粘結(jié)劑溶液中粘結(jié)劑成分包括親水性粘結(jié)劑和憎水性粘結(jié)劑。所述親水性粘結(jié)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(jié)劑為聚四氟乙烯或丁苯橡膠。所述導(dǎo)電基體為泡沫鎳。所述導(dǎo)電基體表面各處的厚度、面密度和空隙率一致。

《一種電極片的制作方法及電極片》的技術(shù)問題通過以下進(jìn)一步的技術(shù)方案予以解決：一種電極片，所述電極片為上述的電極片的制作方法制得。

一種電極片的制作方法及電極片改善效果

《一種電極片的制作方法及電極片》與2010年之前的技術(shù)對比的有益效果是：該發(fā)明的電極片的制作方法，利用超聲波霧化方法將粘結(jié)劑均勻噴射到導(dǎo)電基體表面，由于粘結(jié)劑均勻地涂覆在導(dǎo)電基體表面，粘結(jié)劑粘結(jié)活性物質(zhì)，從而使得制成的電極片表面分布的活性物質(zhì)均勻，保持了濕法工藝的均勻優(yōu)點。另外，超聲波霧化噴射粘結(jié)劑溶液，粘結(jié)劑微粒在0-20微米范圍內(nèi)，噴射至導(dǎo)電基體表面后為液狀，液狀的粘結(jié)劑也可起到潤滑電極片的作用，使得制成的電極片也較柔軟，卷繞時不宜形成微裂紋，減少制成的電池微短路現(xiàn)象。再者，由于超聲波霧化噴射粘結(jié)劑，粘結(jié)劑在導(dǎo)電基體上的附著分量適宜，不會像傳統(tǒng)濕法工藝那樣有多余大量粘結(jié)劑附著在導(dǎo)電基體上，因此制成的電極片內(nèi)阻小，保持了干法工藝的低內(nèi)阻性能。采用該發(fā)明的制作方法，制得的電極片具有均勻、柔軟、低內(nèi)阻性能的優(yōu)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。

1.一種電極片的制作方法，包括以下步驟：1）制作導(dǎo)電基體；2）在所述導(dǎo)電基體表面涂覆粘結(jié)劑溶液；3）在所述導(dǎo)電基體上涂覆活性物質(zhì)；4）將所述導(dǎo)電基體輥壓成電極片；其特征在于：所述步驟2）中通過超聲波霧化方法將所述粘結(jié)劑溶液噴射在所述導(dǎo)電基體表面。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極片的制作方法，其特征在于：所述粘結(jié)劑溶液中粘結(jié)劑在所述導(dǎo)電基體表面的附著量占所述電極片重量的0.005%-3%。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極片的制作方法，其特征在于：所述粘結(jié)劑溶液中粘結(jié)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%-30%。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極片的制作方法，其特征在于：所述粘結(jié)劑溶液中粘結(jié)劑成分包括親水性粘結(jié)劑和憎水性粘結(jié)劑。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電極片的制作方法，其特征在于：所述親水性粘結(jié)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(jié)劑為聚四氟乙烯或丁苯橡膠。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極片的制作方法，其特征在于：所述導(dǎo)電基體為泡沫鎳。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極片的制作方法，其特征在于：所述導(dǎo)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，其特征在于：所述電極片為根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極片的制作方法制得。

電極片按照不同的標(biāo)準(zhǔn)可以分為不同的電極片，例如：自粘電極片，如果按照材質(zhì)可分為1.PET自粘電極片2硅膠自粘電極片，3硅膠自粘電極片4，其他紐扣自粘電極片；硅膠電極片則可以按照用途分為吸水電極片，發(fā)熱電極片，導(dǎo)電電極片等等。除了電極片之后，與之相關(guān)的還有電極線及其相關(guān)的理療產(chǎn)品。2100433B

由集流體和活性物質(zhì)、黏結(jié)劑、導(dǎo)電劑等構(gòu)成的電池的電極。注：電極片的集流體可以采用金屬箔、網(wǎng)等形式。

電極片按照不同的標(biāo)準(zhǔn)可以分為不同的電極片，例如：自粘電極片，如果按照材質(zhì)可分為1.PET自粘電極片2硅膠自粘電極片，3硅膠自粘電極片4，其他紐扣自粘電極片；硅膠電極片則可以按照用途分為吸水電極片，發(fā)熱電極片，導(dǎo)電電極片等等。除了電極片之后，與之相關(guān)的還有電極線及其相關(guān)的理療產(chǎn)品。

的按照不同的標(biāo)準(zhǔn)可以分為不同的電極片，例如：自粘電極片，如果按照材質(zhì)可分為1.PET自粘電極片2硅膠自粘電極片，3硅膠自粘電極片4，其他紐扣自粘電極片；硅膠電極片則可以按照用途分為吸水電極片，發(fā)熱電極片，導(dǎo)電電極片等等。除了電極片之后，與之相關(guān)的還有電極線極其相關(guān)的理療產(chǎn)品。