專利名稱：表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板及其制造方法
技術領域：
本發明涉及鋰離子二次電池制造領域，具體的說是一種表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板及其制造方法。
背景技術：
隨著科技的進步和社會的發展，21世紀已經進入了電子信息時代，電子信息時代對于電源提出了更高的要求，移動電源的需求快速增長。鋰離子電池作為目前世界上最為理想和技術含量最高的可充電化學電池，由于鋰離子電池具有高電壓、高容量、循環壽命長、安全性能好的優點，使其在便攜式電子設備、電動汽車、空間技術、國防工業等多方面具有廣闊的應用前景，被廣泛的應用于手機、手提電腦、攝像機、電動自行車、航天航空、軍事移動通信工具和設備以及電動汽車等領域，其需求量將越來越大。所謂鋰離子電池是指分別用兩個能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負極構成的二次電池。當電池充電時，鋰離子從正極中脫嵌，在負極中嵌入，放電時反之。二次電池(Secondary Battery)跟不能充電的一次電池不同，指的是可以充電及放電的電池，在手機、筆記本電腦、攝像機等高新電子機器領域使用廣泛。特別是鋰離子二次電池的工作電壓是3. 6V，所以比起多數用在電子裝備電源上的鎳鎘電池或鎳氫電池高3 倍，在每單位重量能量密度高的側面上，是急速伸長的趨勢，特別是作為高油價時代的下一代能量源，安裝使用在電子機動車上，鋰離子二次電池有多種形狀，代表形狀有圓筒形、矩形和鋁袋形。上述形狀中不管是哪一類形狀，二次電池都是以可以發電的極板組裝體為組件， 其極板組裝體是以互相不同的極板和兩種極板之間介入的隔離膜組成。電池極板是構成鋰離子電池的重要組成部分，它包括陽極板和陰極板，其結構是通過在金屬箔的兩面涂覆(Coating)活性物質，然后再經分切和壓延等工序構成，目前市場上陽極板和陰極板常用的金屬箔是鋁箔和銅箔，由于金屬箔的表面非常的光滑平整，所以被涂覆(Coating)在鋁箔或銅箔上的活性物質附著力小，易于脫落，從而導致充放電時涂覆(Coating)壓延的極板從箔上掉落，增加接觸電阻和造成循環特性和使用壽命的降低。為了避免涂覆材料的脫落通常的辦法是在涂覆材料中增加粘合劑的量，這樣就會起到能量密度會減少，影響鋰離子二次電池的性能。目前市場上也出現了表面經過凹凸處理了的金屬箔，金屬箔整體凹凸處理后拉伸強度會減弱；在金屬箔上涂覆活性物質時，放卷器上放卷的金屬箔會受到涂覆設備 (Coater)上一定張力的作用，從金屬箔的兩邊部位往張力垂直方向會發生開裂(Crack)。 特別是在制造鋁袋形電池(Aluminum Pouch Type)時，很多張的極板會用極耳焊接(Tab Welding)處理，但是因為箔面凹凸，會有焊接(Welding)面掉落的缺點。此外，凹凸處理區域和未凹凸處理區域明顯區分的金屬箔進行活性物質涂覆 (Coating)的極板，在壓延過程中，涂覆(Coating)部位和未涂覆(Coating)部位同時壓延時，會因為涂覆(Coating)部位和未涂覆(Coating)部位的厚度偏差，導致極板產生褶皺， 因而極板會開裂(Crack)。
發明內容
本發明的目的是要提供一種結構簡單合理，能夠增大金屬箔與涂覆(Coating)材料的接觸面積，涂覆(Coating)材料的附著力強、不易脫落，能夠減少活性物質中粘合劑含量大引起的能量密度的減少，鋰離子電池使用壽命長的表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板及其制造方法。本發明的目的是這樣實現的，該電池極板包括陽極極板或陰極極板，它是由金屬箔和涂覆在金屬箔上下表面的涂覆材料層構成，所述的金屬箔包括兩側平整光滑區A和 A'，中間不規則凹凸加工處理區B。所述的凹凸加工處理區B設置在金屬箔上下表面沿中心線H兩側的中間區域。所述的凹凸加工處理區B上的凹槽和凸起點的密度分布是沿金屬箔中心線H向兩側平整光滑區A和A'由密向疏漸變布置，距離中心線H近的區域凹槽和凸起點的密度大， 距離兩側平整光滑區A和A'區域凹槽和凸起點的密度小。所述的凹凸加工處理區B上的凹槽和凸起點的密度分布是沿金屬箔中心線H向兩側平整光滑區A和A'由密向疏分段漸變布置，距離中心線H近區域段的凹槽和凸起點的密度大，距離兩側平整光滑區A和A'近區域段凹槽和凸起點的密度小。本發明具有以下優點和積極效果
1、本發明由于將鋰離子二次電池陽極板和陰極板常用的金屬箔(鋁箔和銅箔)的涂覆 (Coating)區域加工成帶有不規則凹槽和凸起點的區域，擴大了金屬箔與涂覆(Coating) 材料的接觸面積，增大了涂覆(Coating)材料的附著力強、避免了加工過程中的脫落現象發生。2、本發明由于采用上述結構，增加涂覆(Coating)材料的接觸面積，增大了涂覆材料的附著力，所以能夠減少活性物質中粘合劑的含量，由其引起能量密度的增加，因使用此極板，提高了鋰離子電池的使用壽命。3、本發明由于將金屬箔表面經過凹凸處理的區域設置在中間部位，避免了金屬箔整體凹凸處理后拉伸強度會減弱的現象的發生，同時在加工時放卷器上放卷的金屬箔受到涂覆(Coating)設備(Coater) —定張力的作用下，也不會在金屬箔的兩邊部位發生開裂 (Crack)04、本發明由于將金屬箔表面經過凹凸處理的區域上的凹槽和凸起點的密度分布采用由內向外由密向疏漸變布置的方式，所以避免了凹凸處理區域和未經凹凸處理區域在壓延過程中、涂覆(Coating)部位和未涂覆(Coating)部位同時壓延時，由于涂覆 (Coating)部位和未涂覆(Coating)部位的厚度偏差導致的極板產生褶皺和極板開裂 (Crack)想象。
圖1是本發明整體結構示意圖。圖2是本發明圖1中A-A剖面圖。
圖3是本發明圖2中C處局部放大結構示意圖。圖4是本發明金屬箔上凹凸加工處理區上的凹槽和凸起點的密度連續漸變分布設置結構示意圖。圖5是本發明金屬箔上凹凸加工處理區上的凹槽和凸起點的密度分段漸變分布設置結構示意圖。圖6是本發明與現有技術對比電池功率特性優化曲線圖。圖7是本發明與現有技術對比電池充放電周期容量變化率示意圖。圖8是本發明與現有技術對比電池電阻的周期變化率意圖。
具體實施例方式由附圖1、2、3所示該電池極板包括金屬箔1、涂覆(Coating)在金屬箔1上下表面的涂覆材料層2 (活性物質漿料層)，所述的金屬箔1包括兩側平整光滑區A和A'，中間不規則凹凸加工處理區B。所述的凹凸加工處理區B設置在金屬箔1上下表面沿圖1中的中心線H兩側的中間區域。由附圖4所示所述的凹凸加工處理區B上的凹槽和凸起點的密度分布是沿金屬箔1中心線H向兩側平整光滑區A和A'由密向疏連續漸變布置，距離中心線H近的區域凹槽和凸起點的密度大，距離兩側平整光滑區A和A'區域凹槽和凸起點的密度小。由附圖5所示所述的凹凸加工處理區B上的凹槽和凸起點的密度分布是沿金屬箔1中心線H向兩側平整光滑區A和A'由密向疏分段漸變布置，距離中心線H近區域段的凹槽和凸起點的密度大，距離兩側平整光滑區A和A'近區域段凹槽和凸起點的密度小。所述的金屬箔1是指鋁箔和銅箔，陽極可以使用鋁的純度在99%以上的鋁箔，陰極可以使用銅箔。所述的平整光滑區A和A'的寬度至少20mm以上，其寬度是考慮到整體金屬箔的寬度和厚度及作用金屬箔上的張力而決定。本發明表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板的制造方法包括以下步驟 ①、漿料(活性物質)制備
a、陽極板的涂覆(Coating)漿料原料如下。把陽極粘合劑PVDF分散及溶解到溶劑 NMP中，因而制造濕膠(Binder Solution)。然后把活性物質鈷酸鋰(Lithium cobalt oxide), 酸 (Lithium Manganese Oxide), 古HI孟(Lithium nickel Manganese cobalt oxide),磷酸鐵鋰(Lithium iron phosphate)氧化物等鋰離子氧化物和陽極導電子(Conductive Powder)碳(Carbonblack)或碳納米管(Carbon Nanotubes)混合到濕膠(Binder Solution)中，因而制造漿料。b、陰極板的涂覆(Coating)漿料原料如下。把陰極粘合劑PVDF分散及溶解到溶劑NMP中，因而制造濕膠(Binder Solution) 0然后把陰極活性物質碳(Carbon)或石墨 (Graphite)混合到濕膠(Binder Solution)中，因而制造漿料。在這里可以添加陰極導電子(Conductive Powder)碳(Carbonblack)或碳納米管(Carbon Nanotubes)。然后可以代替溶劑NMP使用蒸餾水(Distilled water)。②、漿料(Slurry)的涂覆(Coating)將收卷的金屬箔用相同的張力放卷供應到涂覆(Coating)設備上，將步驟①中制備的涂覆(Coating)活性物質漿料通過涂覆頭(Coating Head)涂覆(Coating)在金屬箔上面， 為了除去漿料上的溶劑及水分進行干燥處理，檢測漿料的厚度及密度，然后收卷；金屬箔的另一面的涂覆(Coating)過程和上述步驟相同。③、對涂覆了活性物質層的極板進行分切(Slitting)
分切過程是將涂覆后的極板切割，以保證壓延收卷的寬度，通過用相同寬度的刀收卷的過程。在制作圓筒形電池的時候，壓延過程后也可以完成分切(Slitting)。④、極板壓延(Pressing)
為了提高涂覆(Coating)結束的極板上活性物質容量密度，提高金屬箔和活性物質之間的膠粘性的效果，極板通過大約加熱到120°C溫度的二個輪(Roll)之間，把極板壓延 (Pressing)到理想的厚度，利用非織造布對壓延極板的表面除去異物質，然后極板收卷。在壓延過(Pressing)程中，涂覆(Coating)區域和未涂覆(Coating)區域同時進行壓延(Pressing)的話，涂覆(Coating)部位和未涂覆(Coating)部位會因厚度偏差，極板會發生褶皺，如圖4，5所示，在未凹凸處理區域開始往中心區域提高凹凸處理的密度，因而減少極板受到的壓力，可以防止極板的開裂和褶皺。⑤、極板沖壓(Punching)
把壓延完的極板進行沖壓(Punching)，這個過程在制作鋁袋形(Aluminum Pouch Type)極板時會形成，這個過程是指把壓延的極板讓它和電池尺寸(Size)相符，用沖壓刀 (Knife)或模具進行一張張取片。⑥、極板進行干燥(Vacuum Dry)
對沖壓完的每張極板進行干燥(Vacuum Dry)，該過程是指在真空干燥箱內，干燥一定時間，除去水分的過程，從而極板制造工程到此結束。采用本發明結構的極板制造的電池和使用金屬箔沒有經過凸凹處理的極板電池， 放電功率會優化50%以上(如附圖6所示)。此外，在Cycle特性上，每Cycle容量(Capacity)變化率(如附圖7所示)比起使用沒有凹凸處理的一般金屬箔的電池，可以看到優越了很多。還有，每Cycle接觸電阻(Resistance)變化率(如附圖8所示)比起使用沒有凹凸處理的一般金屬箔上涂覆(Coating)的活性物質極板的電池，可以看到使用有凹凸金屬箔涂覆(Coating)的活性物質極板的電池有更多的改善。特別是，像陽極極板的情況，鋁的純度在99%以上的箔上電化、化學化來遏制表面的氧化膜，因而減少接觸電阻。
權利要求
1.一種表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板，該電池極板包括陽極極板或陰極極板，它是由金屬箔(1)和涂覆在金屬箔(1)上下表面的涂覆材料層(2)構成，其特征在于所述的金屬箔1包括兩側平整光滑區A和A'，中間不規則凹凸加工處理區B。
2.根據權利要求1所述的一種表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板，其特征在于 所述的凹凸加工處理區B設置在金屬箔(1)上下表面沿中心線H兩側的中間區域。
3.根據權利要求1所述的一種表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板，其特征在于 所述的凹凸加工處理區B上的凹槽和凸起點的密度分布是沿金屬箔(1)中心線H向兩側平整光滑區A和A'由密向疏連續漸變布置，距離中心線H近的區域凹槽和凸起點的密度大， 距離兩側平整光滑區A和A'區域凹槽和凸起點的密度小。
4.根據權利要求1所述的一種表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板，其特征在于 所述的凹凸加工處理區B上的凹槽和凸起點的密度分布是沿金屬箔(1)中心線H向兩側平整光滑區A和A'由密向疏分段漸變布置，距離中心線H近區域段的凹槽和凸起點的密度大，距離兩側平整光滑區A和A'近區域段凹槽和凸起點的密度小。
5.根據權利要求1所述的一種表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板，其特征在于 所述的不規則凹凸加工處理區B是通過沖壓處理或腐蝕處理實現的。
6.根據權利要求1所述的一種表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板，其特征在于 所述的金屬箔(1)是指鋁箔和銅箔。
7.根據權利要求1所述的一種表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板，其特征在于 所述的陽極極板是采用純度在99%以上的鋁箔作為金屬箔、并通過電化學的方式對中間的不規則凹凸加工處理區B進行凹凸處理。
8.根據權利要求1所述的一種表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板，其特征在于 所述的涂覆材料層(2)是指在金屬箔中間的不規則凹凸加工處理區B上形成的涂覆層。
全文摘要
本發明涉及一種表面凹凸處理金屬箔鋰離子電池用極板及其制造方法，該電池極板包括陽極極板或陰極極板，它是由金屬箔和涂覆在金屬箔上下表面的涂覆材料層構成，所述的金屬箔包括兩側平整光滑區A和A′，中間不規則凹凸加工處理區B；所述的凹凸加工處理區B設置在金屬箔上下表面沿中心線H兩側的中間區域；本發明結構簡單合理，使用壽命長，能夠增大金屬箔與涂覆材料的接觸面積，涂覆材料的附著力強、不易脫落，能夠減少活性物質中粘合劑含量大引起的能量密度的減少。
文檔編號H01M4/70GK102299341SQ201110130138
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月19日 優先權日2011年5月19日
發明者全永泰, 宋哲鎬, 林成峰 申請人:長春派司毗電子有限公司