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CN116435455A - 电池极片的制备方法、电池极片和二次电池 - Google Patents

电池极片的制备方法、电池极片和二次电池 Download PDF

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CN116435455A
CN116435455A CN202210006282.0A CN202210006282A CN116435455A CN 116435455 A CN116435455 A CN 116435455A CN 202210006282 A CN202210006282 A CN 202210006282A CN 116435455 A CN116435455 A CN 116435455A
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CN
China
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pole piece
battery
secondary battery
flame
present application
Prior art date
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Application number
CN202210006282.0A
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曾毓群
欧阳楚英
张玉玺
孙成栋
郑义
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Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Original Assignee
Contemporary Amperex Technology Co Ltd
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Publication date
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Abstract

本申请提供了电池极片的制备方法、电池极片和二次电池。本发明提供了一种电池极片的制备方法，所述方法包括以下步骤：S1：制备电极浆料；S2：将所述电极浆料涂覆于集流体的至少一个表面并烘干；S3：将烘干后的极片进行辊压处理；S4：将辊压处理后的极片表面进行火焰处理，得到所述电极极片。使用本发明的方法制备的电池极片，提高了电池极片的效率，降低了极片的膨胀，从而提高了二次电池的能量密度。

Description

电池极片的制备方法、电池极片和二次电池
技术领域
本申请涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种电池极片的制备方法、电池极片、二次电池、电池模块、电池包和用电装置。
背景技术
近年来，随着锂离子电池的应用范围越来越广泛，锂离子电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。由于锂离子电池取得了极大的发展，因此对其能量密度、循环性能和安全性能等也提出了更高的要求。
发明内容
本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，提供一种电池极片的制备方法。使用本申请的方法制备的的电池极片，具有改善的电解液浸润性，从而提高了电解液的注液渗液效率，并增强了极片的锂离子导电能力。本申请还提供了一种二次电池，本申请的二次电池具有改善的能量密度。本申请的又一目的在于，提供一种包含本申请二次电池的电池模块、电池包和用电装置。
为了达到上述目的，本申请提供了一种电池极片的制备方法，所述方法包括以下步骤：S1：制备电极浆料；S2：将所述电极浆料涂覆于集流体的至少一个表面并烘干；S3：将烘干后的极片进行辊压处理；S4：将辊压处理后的极片表面进行火焰处理，得到所述电极极片。
在本申请的任意实施方案中，所述火焰处理温度为200℃-500℃，可选为250℃-350℃。
在本申请的任意实施方案中，步骤S4中，所述极片表面与所述火焰的直接接触时间为0.02s-5s，可选为0.1s-0.5s。
在本申请的任意实施方案中，在所述步骤S4中，进行火焰处理的设备包括燃气系统和空气进气系统，所述燃气和所述空气通过喷嘴喷射到所述极片表面。
在本申请的任意实施方案中，在所述步骤S4中，将辊压处理后的极片以恒定速度通过所述喷嘴，所述火焰的喷射方向与所述极片表面垂直。
在本申请的任意实施方案中，所述极片表面到所述喷嘴的距离为50mm-500mm，可选为100mm-200mm。
在本申请的任意实施方案中，所述空气进气系统的气流量和所述燃气系统的气流量之比为(0.2-5):10，可选为(2-3):10。
在本申请的任意实施方案中，所述燃气系统的燃气选自氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、乙烯、丙烯、丁烯、乙炔中的一种或几种。
本申请的第二方面提供了一种用于二次电池的极片，其根据本申请所述的方法制备，所述极片可以为正极极片和/或负极极片。
本申请的第三方面提供了一种二次电池，其包括根据本申请所述的方法制备的极片或所述的极片。
本申请的第四方面提供了一种电池模块，包括所述的二次电池。
本申请的第五方面提供了一种电池包，包括所述二次电池或所述的电池模块。
本申请的第六方面提供了一种用电装置，包括所述的二次电池、所述的电池模块、所述的电池包中的至少一种。
本申请的发明人发现，通过采用火焰对极片表面进行处理，改善极片的电解液浸润性，提高注液渗液效率，增强极片的锂离子导电能力。从而能提高电池的倍率性能。本申请的方法处理电池极片还能通过火焰瞬间的高温释放极片辊压后材料之间的内部应力，降低了极片的膨胀，进一步提高了电池的能量密度。
附图说明
图1是本申请一实施方式的二次电池的示意图。
图2是图1所示的本申请一实施方式的二次电池的分解图。
图3是本申请一实施方式的电池模块的示意图。
图4是本申请一实施方式的电池包的示意图。
图5是图4所示的本申请一实施方式的电池包的分解图。
图6是本申请一实施方式的二次电池用作电源的用电装置的示意图。
附图标记说明：
1电池包；2上箱体；3下箱体；4电池模块；5二次电池；51壳体；52电极组件；53顶盖组件
具体实施方式
以下，适当地参照附图详细说明具体公开了本申请的电池极片的制备方法、使用本申请的电池极片的二次电池、电池模块、电池包和电学装置的实施方式。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如，有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，便于本领域技术人员的理解。此外，附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本申请而提供的，并不旨在限定权利要求书所记载的主题。
本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。
如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤(a)和(b)，表示所述方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b)，也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如，所述提到所述方法还可包括步骤(c)，表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤(a)、(b)和(c)，也可包括步骤(a)、(c)和(b)，也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。
如果没有特别的说明，本申请所提到的“包括”和“包含”表示开放式，也可以是封闭式。例如，所述“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分，也可以仅包括或包含列出的组分。
如果没有特别的说明，在本申请中，术语“或”是包括性的。举例来说，短语“A或B”表示“A，B，或A和B两者”。更具体地，以下任一条件均满足条件“A或B”：A为真(或存在)并且B为假(或不存在)；A为假(或不存在)而B为真(或存在)；或A和B都为真(或存在)。
通常情况下，二次电池包括正极极片、负极极片、电解质和隔离膜。在电池充放电过程中，活性离子在正极极片和负极极片之间往返嵌入和脱出。电解质在正极极片和负极极片之间起到传导离子的作用。隔离膜设置在正极极片和负极极片之间，主要起到防止正负极短路的作用，同时可以使离子通过。
其中，正极极片包含正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面的正极膜层，所述正极膜层包括正极活性材料。负极极片包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上的负极膜层，所述负极膜层包括负极活性材料。
开发出更高能量密度的二次电池，意味着在较小的空间内填充更多的电极活性材料，因此电池极片的压实密度越来越高，极片的孔隙率越来越低。由于电极浆料并不是一个稳定体系，电极浆料在涂敷到集流体铜箔或铝箔表面之后，密度大的固体活性材料发生缓慢的沉降，密度小的粘结剂上浮，造成电极片表面的粘结剂含量高于远离表面的部分，电极片经过后续的烘烤和辊压后会形成一层粘结剂平整的高分子薄膜，高分子薄膜阻碍电解液的浸润和电解液中锂离子的扩散，造成电池加注电解液困难，电池倍率性能差等一系列问题。
为了解决上述问题，发明人经过一系列研究，提供了一种极片的制备方法，该方法可以用于电池的正极极片处理和/或负极极片处理，包括以下步骤：
S1：制备电极浆料；
S2：将所述电极浆料涂覆于集流体的至少一个表面并烘干；
S3：将烘干后的极片进行辊压处理；
S4：将辊压处理后的极片表面进行火焰处理，得到所述电极极片。
在本发明的制备方法中，发明人发现，通过将辊压之后的极片的表面进行火焰处理，可以清除电极表面过量粘结剂形成的高分子薄膜，形成通向极片内部的微孔，改善极片的电解液浸润性，提高注液渗液效率，增强极片的锂离子导电能力，提高电池的倍率性能，同时火焰瞬间的高温还可以释放极片辊压后材料之间的内部应力，降低了极片的膨胀，提高了电池的能量密度。
在本申请的任意实施方案中，可以理解的是，S1到S3是本领域的常规步骤。
具体而言，其中在S1中，所述电极浆料包含电极活性物质、导电剂、粘结剂、分散剂和溶剂中的一种或多种。
在本申请的任意实施方案中，所述电极活性物质选自石墨、纳米硅、氧化亚硅、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍酸锂、钴酸锂、镍钴铝锂、锰酸锂中的一种或几种。
在本申请的任意实施方案中，所述导电剂选自乙炔黑、超导炭黑、科琴黑、碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种。
在本申请的任意实施方案中，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚丙烯酸锂、聚酰亚胺、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠、聚苯乙烯丁二烯共聚物中的一种或多种。
在本申请的任意实施方案中，所述溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、水、乙醇中的一种或几种。
在本申请的任意实施方案中，所述分散剂选自聚丙烯酸钠、聚丁二烯丙烯腈、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、辛基苯酚聚氧乙烯或磺酸盐氟分散剂中的一种或者几种。
在本申请的任意实施方案中，所述电极活性物质、导电剂、粘结剂、分散剂之间质量百分含量为：90％～99％：0.5％～5％：0.5％-5％：0～1％。
在本申请的任意实施方案的S2中，所述集流体为铜箔或铝箔。
在本申请的任意实施方案的S3中，所述辊压处理为冷压处理；
优选地，冷压处理后极片的厚度为10-500微米。可选地，冷压处理后极片的厚度可以为15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm、290μm、300μm、350μm、400μm、450μm或其中任意数值的厚度。本申请的实施例证明，本申请的任意数值的极片厚度不会影响到S4的火焰处理的效果。因此，本领域技术人员可以根据期望的结果，合理地选择极片的厚度。
在本申请的任意实施方案中，所述火焰处理温度为200℃-500℃，或期间的任意数值的温度，例如，所述火焰处理的温度可以为210℃、220℃、230℃、240℃或者，所述火焰处理的温度可以为400℃、410℃、420℃、430℃、440℃、450℃、460℃、470℃、480℃、490℃等。可选地，所述火焰处理的温度为250℃-350℃或期间任意数值的温度，例如，所述火焰处理的温度可以为250℃、251℃、252℃、253℃、254℃、255℃、256℃、257℃、258℃、259℃、260℃、261℃、262℃、263℃、264℃、265℃、266℃、267℃、268℃、269℃、270℃、271℃、272℃、273℃、274℃、275℃、276℃、277℃、278℃、279℃、280℃、281℃、282℃、283℃、284℃、285℃、286℃、287℃、288℃、289℃、290℃、291℃、292℃、293℃、294℃、295℃、296℃、297℃、298℃、299℃、300℃、301℃、302℃、303℃、304℃、305℃、306℃、307℃、308℃、309℃、310℃、311℃、312℃、313℃、314℃、315℃、316℃、317℃、318℃、319℃、320℃、321℃、322℃、323℃、324℃、325℃、326℃、327℃、328℃、329℃、330℃、331℃、332℃、333℃、334℃、335℃、336℃、337℃、338℃、339℃、340℃、341℃、342℃、343℃、344℃、345℃、346℃、347℃、348℃或349℃。
根据本发明所述的方法，其中所述火焰处理对极片的影响与温度具有极大地相关性。当火焰温度太高时，会导致极片温度过高，粘结剂失效，极片膨胀变大，倍率充电能力变差。当火焰温度过低时，极片内部应力没有充分释放，火焰处理对于抑制极片膨胀、改善吸液、提升倍率充电效果不明显。
在本申请的任意实施方案中，步骤S4中，所述极片表面与所述火焰的直接接触时间为0.02s-5s或期间的任意数值的时间，例如，所述火焰处理的直接接触时间可以为0.03s、0.04s、0.05s、0.06s、0.07s、0.08s、0.09s、0.1s，或者，所述火焰处理的直接接触时间可以为1s、2s、3s、4s、5s。可选地，所述火焰处理的直接接触时间为0.1s-0.5s或期间的任意数值的时间。例如，所述火焰处理的直接接触时间可以为0.1s、0.2s、0.3s、0.4s或0.5s。
根据本发明所述的方法，其中所述火焰处理对极片的影响与极片与火焰的直接接触时间具有极大地相关性，当极片与火焰直接接触的时间过长时，会导致极片温度过高，粘结剂失效，极片膨胀变大，倍率充电能力变差。当极片与火焰接触的时间太短时，极片表面温度过低，极片内部应力没有充分释放，火焰处理对于抑制极片膨胀、改善吸液、提升倍率充电效果不明显。
在本申请的任意实施方案中，在所述步骤S4中，进行火焰处理的设备包括燃气系统和空气进气系统，所述燃气和所述空气通过喷嘴喷射到所述极片表面。
在本申请的任意实施方案中，在所述步骤S4中，将辊压处理后的极片以恒定速度通过所述喷嘴，所述火焰的喷射方向与所述极片表面垂直。
在本申请的任意实施方案中，所述极片表面到所述喷嘴的距离为50mm-500mm，可选为100mm-200mm。
可以理解的是，为了得到相应的火焰处理温度和极片与火焰直接接触的时间，所述极片通过所述喷嘴的速度以及所述极片表面与所述喷嘴的距离都是本领域技术人员可以根据实际需求选择的。
在本申请的任意实施方案中，所述空气进气系统的气流量和所述燃气系统的气流量之比为(0.2-5):10，可选为(2-3):10。
在本申请的任意实施方案中，所述燃气系统的燃气选自氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、乙烯、丙烯、丁烯、乙炔中的一种或几种。
可以理解的是，为了得到相应的火焰处理温度和极片与火焰直接接触的时间，本领域技术人员可以根据实际需求选择所述空气进气系统的气流量和所述燃气系统的气流量之比。
在本发明的任意实施方案中，所述方法还包括S5：将火焰处理后的极片冲切成期望的形状。
另外，以下适当参照附图对本申请的二次电池、电池模块、电池包和用电装置进行说明。
本申请的一个实施方式中，提供一种二次电池。
[正极极片]
正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面的正极膜层，所述正极膜层包括正极活性材料。
作为示例，正极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，正极膜层设置在正极集流体相对的两个表面的其中任意一者或两者上。
在一些实施方式中，所述正极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可采用铝箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基层至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料(铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子材料基材(如聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)等的基材)上而形成。
在一些实施方式中，正极活性材料可采用本领域公知的用于电池的正极活性材料。作为示例，正极活性材料可包括以下材料中的至少一种：橄榄石结构的含锂磷酸盐、锂过渡金属氧化物及其各自的改性化合物。但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作电池正极活性材料的传统材料。这些正极活性材料可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。其中，锂过渡金属氧化物的示例可包括但不限于锂钴氧化物(如LiCoO2)、锂镍氧化物(如LiNiO2)、锂锰氧化物(如LiMnO2、LiMn2O4)、锂镍钴氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物(如LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(也可以简称为NCM333)、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(也可以简称为NCM523)、LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2(也可以简称为NCM211)、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(也可以简称为NCM622)、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(也可以简称为NCM811)、锂镍钴铝氧化物(如LiNi0.85Co0.15Al0.05O2)及其改性化合物等中的至少一种。橄榄石结构的含锂磷酸盐的示例可包括但不限于磷酸铁锂(如LiFePO4(也可以简称为LFP))、磷酸铁锂与碳的复合材料、磷酸锰锂(如LiMnPO4)、磷酸锰锂与碳的复合材料、磷酸锰铁锂、磷酸锰铁锂与碳的复合材料中的至少一种。
在一些实施方式中，正极膜层还可选地包括粘结剂。作为示例，所述粘结剂可以包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、偏氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物及含氟丙烯酸酯树脂中的至少一种。
在一些实施方式中，正极膜层还可选地包括导电剂。作为示例，所述导电剂可以包括超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。
在一些实施方式中，可以通过以下方式制备正极极片：将上述用于制备正极极片的组分，例如正极活性材料、导电剂、粘结剂和任意其他的组分分散于溶剂(例如N-甲基吡咯烷酮)中，形成正极浆料；将正极浆料涂覆在正极集流体上，经烘干、冷压等工序后，即可得到正极极片。
[负极极片]
负极极片包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上的负极膜层，所述负极膜层包括负极活性材料。
作为示例，负极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，负极膜层设置在负极集流体相对的两个表面中的任意一者或两者上。
在一些实施方式中，所述负极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可以采用铜箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基材至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料(铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子材料基材(如聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)等的基材)上而形成。
在一些实施方式中，负极活性材料可采用本领域公知的用于电池的负极活性材料。作为示例，负极活性材料可包括以下材料中的至少一种：人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、硅基材料、锡基材料和钛酸锂等。所述硅基材料可选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物以及硅合金中的至少一种。所述锡基材料可选自单质锡、锡氧化合物以及锡合金中的至少一种。但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作电池负极活性材料的传统材料。这些负极活性材料可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括粘结剂。所述粘结剂可选自丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸钠(PAAS)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)及羧甲基壳聚糖(CMCS)中的至少一种。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括导电剂。导电剂可选自超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括其他助剂，例如增稠剂(如羧甲基纤维素钠(CMC-Na))等。
在一些实施方式中，可以通过以下方式制备负极极片：将上述用于制备负极极片的组分，例如负极活性材料、导电剂、粘结剂和任意其他组分分散于溶剂(例如去离子水)中，形成负极浆料；将负极浆料涂覆在负极集流体上，经烘干、冷压等工序后，即可得到负极极片。
[电解质]
电解质在正极极片和负极极片之间起到传导离子的作用。本申请对电解质的种类没有具体的限制，可根据需求进行选择。例如，电解质可以是液态的、凝胶态的或全固态的。
在一些实施方式中，所述电解质采用电解液。所述电解液包括电解质盐和溶剂。
在一些实施方式中，电解质盐可选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂及四氟草酸磷酸锂中的至少一种。
在一些实施方式中，溶剂可选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸亚丁酯、氟代碳酸亚乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、1,4-丁内酯、环丁砜、二甲砜、甲乙砜及二乙砜中的至少一种。
在一些实施方式中，所述电解液还可选地包括添加剂。例如添加剂可以包括负极成膜添加剂、正极成膜添加剂，还可以包括能够改善电池某些性能的添加剂，例如改善电池过充性能的添加剂、改善电池高温或低温性能的添加剂等。
[隔离膜]
在一些实施方式中，二次电池中还包括隔离膜。本申请对隔离膜的种类没有特别的限制，可以选用任意公知的具有良好的化学稳定性和机械稳定性的多孔结构隔离膜。
在一些实施方式中，隔离膜的材质可选自玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯中的至少一种。隔离膜可以是单层薄膜，也可以是多层复合薄膜，没有特别限制。在隔离膜为多层复合薄膜时，各层的材料可以相同或不同，没有特别限制。
在一些实施方式中，正极极片、负极极片和隔离膜可通过卷绕工艺或叠片工艺制成电极组件。
在一些实施方式中，二次电池可包括外包装。该外包装可用于封装上述电极组件及电解质。
在一些实施方式中，二次电池的外包装可以是硬壳，例如硬塑料壳、铝壳、钢壳等。二次电池的外包装也可以是软包，例如袋式软包。软包的材质可以是塑料，作为塑料，可列举出聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯以及聚丁二酸丁二醇酯等。
本申请对二次电池的形状没有特别的限制，其可以是圆柱形、方形或其他任意的形状。例如，图1是作为一个示例的方形结构的二次电池5。
在一些实施方式中，参照图2，外包装可包括壳体51和盖板53。其中，壳体51可包括底板和连接于底板上的侧板，底板和侧板围合形成容纳腔。壳体51具有与容纳腔连通的开口，盖板53能够盖设于所述开口，以封闭所述容纳腔。正极极片、负极极片和隔离膜可经卷绕工艺或叠片工艺形成电极组件52。电极组件52封装于所述容纳腔内。电解液浸润于电极组件52中。二次电池5所含电极组件52的数量可以为一个或多个，本领域技术人员可根据具体实际需求进行选择。
在一些实施方式中，二次电池可以组装成电池模块，电池模块所含二次电池的数量可以为一个或多个，具体数量本领域技术人员可根据电池模块的应用和容量进行选择。
图3是作为一个示例的电池模块4。参照图3，在电池模块4中，多个二次电池5可以是沿电池模块4的长度方向依次排列设置。当然，也可以按照其他任意的方式进行排布。进一步可以通过紧固件将该多个二次电池5进行固定。
可选地，电池模块4还可以包括具有容纳空间的外壳，多个二次电池5容纳于该容纳空间。
在一些实施方式中，上述电池模块还可以组装成电池包，电池包所含电池模块的数量可以为一个或多个，具体数量本领域技术人员可根据电池包的应用和容量进行选择。
图4和图5是作为一个示例的电池包1。参照图4和图5，在电池包1中可以包括电池箱和设置于电池箱中的多个电池模块4。电池箱包括上箱体2和下箱体3，上箱体2能够盖设于下箱体3，并形成用于容纳电池模块4的封闭空间。多个电池模块4可以按照任意的方式排布于电池箱中。
另外，本申请还提供一种用电装置，所述用电装置包括本申请提供的二次电池、电池模块、或电池包中的至少一种。所述二次电池、电池模块、或电池包可以用作所述用电装置的电源，也可以用作所述用电装置的能量存储单元。所述用电装置可以包括移动设备(例如手机、笔记本电脑等)、电动车辆(例如纯电动车、混合动力电动车、插电式混合动力电动车、电动自行车、电动踏板车、电动高尔夫球车、电动卡车等)、电气列车、船舶及卫星、储能系统等，但不限于此。
作为所述用电装置，可以根据其使用需求来选择二次电池、电池模块或电池包。
图6是作为一个示例的用电装置。该用电装置为纯电动车、混合动力电动车、或插电式混合动力电动车等。为了满足该用电装置对二次电池的高功率和高能量密度的需求，可以采用电池包或电池模块。
作为另一个示例的装置可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等。该装置通常要求轻薄化，可以采用二次电池作为电源。
实施例
以下，说明本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
负极极片的制备
(1)将石墨、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、导电炭黑按照95.6％：1.2％：1.8％：1.4％加入到搅拌机中，然后加去离子水酮使得浆料的固含量达到52％，搅拌均匀制成电极浆料；
(2)将制成的电极浆料均匀的涂敷在6μm铜箔表面，涂层单面面密度为91g/m2，涂层双面面密度为182g/m2并烘干成极片；
(3)将烘干后的电极片冷压成120μm的极片；
(4)将冷压后的极片用火焰进行处理。调整空气系统流量和乙烷燃气系统流量的比例为0.2:10，混合气体气流速度为2L/min，将待处理极片以5m/min速度通过燃烧系统的火焰；使得所述火焰处理的温度为190℃，极片与火焰直接接触的时间为0.3s；
(5)将火焰处理后的极片冲切成固定形状，得到锂离子电池负极极片。
正极极片的制备
(1)将磷酸铁锂、导电炭黑、PVDF、聚乙烯吡咯烷酮按照96.9％：1％：2％：0.1％加入到搅拌机中，然后加入氮甲基吡咯烷酮使得浆料的固含量达到65％，搅拌均匀制成电极浆料；
(2)将制成的电极浆料均匀的涂敷在12μm铝箔表面，涂层单面面密度为175g/m2，涂层双面面密度为350g/m2并烘干成极片；
(3)将烘干后的电极片冷压成158μm的极片；
(4)将极片冲切成固定形状，得到锂离子电池正极极片。
电解液的制备
将碳酸亚乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)按照按体积比1:1:1进行混合得到有机溶剂，接着将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于上述有机溶剂中，配制成浓度为1mol/L的电解液。
隔离膜的制备
使用聚乙烯膜作为隔离膜。
二次电池的制备
将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正极极片和负极极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到电极组件；将电极组件置于外包装中，干燥后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，得到二次电池。电池设计容量30Ah。
实施例2～13
与实施例1不同的是，所述负极极片的火焰处理温度、与火焰直接接触的时间。详见表1
实施例14
与实施例9相同，不同的是，所述负极极片涂层单面面密度为235g/m2，涂层双面面密度为470g/m2，冷压厚度是300μm。
对比例1
与实施例1不同的是，所述负极极片的制备方法如下：
负极极片的制备
(1)将石墨、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、导电炭黑按照95.6％：1.2％：1.8％：1.4％加入到搅拌机中，然后加去离子水酮使得浆料的固含量达到52％，搅拌均匀制成电极浆料；
(2)将制成的电极浆料均匀的涂敷在6μm铜箔表面，涂层单面面密度为91g/m2，涂层双面面密度为182g/m2并烘干成极片；
(3)将烘干后的电极片冷压成120μm的极片；
(4)将极片冲切成固定形状，得到锂离子电池负极极片。
实施例15
负极极片的制备
同对比例1
正极极片的制备
(1)将磷酸铁锂、导电炭黑、PVDF、聚乙烯吡咯烷酮按照96.9％：1％：2％：0.1％加入到搅拌机中，然后加入氮甲基吡咯烷酮使得浆料的固含量达到65％，搅拌均匀制成电极浆料；
(2)将制成的电极浆料均匀的涂敷在12μm铝箔表面，涂层单面面密度为175g/m2，涂层双面面密度为350g/m2并烘干成极片；
(3)将烘干后的电极片冷压成158μm的极片；
(4)将冷压后的极片用火焰进行处理。调整空气系统流量和乙烷燃气系统流量的比例为0.2:10，混合气体气流速度为2L/min，将待处理极片以5m/min速度通过燃烧系统的火焰；使得所述火焰处理的温度为190℃，极片与火焰直接接触的时间为0.3s；
(5)将火焰处理后的极片冲切成固定形状，得到锂离子电池极片。
电解液的制备
将碳酸亚乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)按照按体积比1:1:1进行混合得到有机溶剂，接着将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于上述有机溶剂中，配制成浓度为1mol/L的电解液。
隔离膜的制备
使用聚乙烯膜作为隔离膜。
二次电池的制备
将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正极极片和负极极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到电极组件；将电极组件置于外包装中，干燥后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，得到二次电池。电池设计容量30Ah。
实施例16～27
与实施例15不同的是，所述正极极片的火焰处理温度、与火焰直接接触的时间。详见表2
实施例28
与实施例23相同，不同的是，所述正极极片涂层单面面密度为341g/m2，涂层双面面密度为682g/m2，冷压厚度是300μm。详见表2
实施例29-31
实施例29同实施例9，不同之处在于其正极制备方法同实施例23。实施例30同实施例1，不同之处在于其正极制备方法同实施例15。实施例31同实施例5，不同之处在于其正极制备方法同实施例19。详见表3。
性能测试
将上述实施例1～31和对比例1得到的二次电池进行性能测试。测试结果如下表1所示。
极片膨胀测试
将上述实施例1～31和对比例1提供的锂离子电池室温下以10A的电流恒流充电至3.65V，然后3.65V恒压充电至电流降低至1.5A，停止充电，将充满电的电池在水、氧气含量低于1ppm的手套箱中解剖，用千分尺测量正极极片和负极极片的厚度；
用下面公式计算极片的满电膨胀率：
极片膨胀率＝(满电厚度-冷压厚度)/冷压厚度
吸液时间测试
将130g电解液加入到上述实施例1～31和对比例1提供的待注液锂离子电池的注液杯中，然后抽真空到-85KPa，保持10S，开始计时，待注液杯中电解液完全渗入电池内部，结束计时，改时间为吸液时间。
2C充电横流比
将实施例1-4和对比例1提供的锂离子电池室温下以60A的电流恒流充电至3.65V，充电容量记作C1，然后3.65V恒压充电至电流降低至1.5A，静止10min；然后以10A电流横流放电到2.5V，放电容量记作C2
用下面公式计算3C充电横流比：
2C充电横流比＝C1/C2。
上述性能测试的结果分别见表1-表3
表1
Figure BDA0003455571420000171
Figure BDA0003455571420000181
表2
Figure BDA0003455571420000182
表3
Figure BDA0003455571420000191
从表中实施例1-28与对比例1之间的对比可以看出，正极极片和负极极片经过火焰处理后，电池的吸液时间可以明显降低。
当极片与火焰接触的时间太长(实施例4和18)或者火焰温度太高(实施例2、6、16和20)时，会导致极片温度过高，粘结剂失效，极片膨胀变大，倍率充电能力变差。其中，过高的温度对极片的性能影响尤其明显。
但当极片与火焰接触的时间适宜并且火焰温度适宜(实施例9和23)时，能较好的改善极片膨胀，提高吸液速度，降低吸液时间，改善电池的倍率充电能力。
当极片与火焰接触的时间太短(实施例3和17)或者火焰温度过低(实施例1和15)时，极片表面温度过低，极片内部应力没有充分释放，火焰处理对于抑制极片膨胀、改善吸液、提升倍率充电效果不明显。
从表1中实施例1-13和实施例15-27之间的对比可以看出，在相同的火焰处理条件，经过火焰处理的负极极片对于改善电池极片膨胀、电池吸液速度和倍率充电能力较为明显；火焰处理对正极极片膨胀的改善作用不大，但仍然可以明显改善电池的吸液速度，提升电池的倍率性能。
实施例14和实施例28表明，火焰处理对极片性能的改进与其厚度无关。实施例29-31表明，同时处理二次电池的正极和负极，可以更显著地提升电池的倍率性能。
以上对比可见，无论是正极极片的火焰处理还是负极极片的火焰处理，均可以改善电池的吸液速度，提高注液效率，改善电池的倍率充电能力，对负极极片进行火焰处理对于改善电极膨胀更显著。
需要说明的是，本申请不限定于上述实施方式。上述实施方式仅为示例，在本申请的技术方案范围内具有与技术思想实质相同的构成、发挥相同作用效果的实施方式均包含在本申请的技术范围内。此外，在不脱离本申请主旨的范围内，对实施方式施加本领域技术人员能够想到的各种变形、将实施方式中的一部分构成要素加以组合而构筑的其它方式也包含在本申请的范围内。

Claims (13)

1.一种电池极片的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：制备电极浆料；
S2：将所述电极浆料涂覆于集流体的至少一个表面并烘干；
S3：将烘干后的极片进行辊压处理；
S4：将辊压处理后的极片表面进行火焰处理，得到所述电极极片。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述火焰处理温度为200℃-500℃，可选为250℃-350℃。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述极片表面与所述火焰的直接接触时间为0.02s-5s，可选为0.1s-0.5s。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S4中，进行火焰处理的设备包括燃气系统和空气进气系统，所述燃气和所述空气通过喷嘴喷射到所述极片表面。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S4中，将辊压处理后的极片以恒定速度通过所述喷嘴，所述火焰的喷射方向与所述极片表面垂直。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述极片表面到所述喷嘴的距离为50mm-500mm，可选为100mm-200mm。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述空气进气系统的气流量和所述燃气系统的气流量之比为(0.2-5):10，可选为(2-3):10。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述燃气系统的燃气选自氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、乙烯、丙烯、丁烯、乙炔中的一种或几种。
9.一种用于二次电池的极片，其根据权利要求1至8中任一项所述的方法制备，所述极片可以为正极极片和/或负极极片。
10.一种二次电池，包括根据权利要求1至9中任一项所述的方法制备的极片或如权利要求10所述的极片。
11.一种电池模块，包括根据权利要求12所述的二次电池。
12.一种电池包，包括根据权利要求10所述的二次电池或根据权利要求11所述的电池模块。
13.一种用电装置，包括根据权利要求10所述的二次电池、根据权利要求11所述的电池模块、根据权利要求12所述的电池包中的至少一种。
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