一种电池铝箔的热处理方法及其得到的电池铝箔和锂离子电池与流程

1.本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种电池铝箔的热处理方法及其得到的电池铝箔和锂离子电池。


背景技术：

2.锂离子电池未来趋势将会往越来越高的能量密度发展，无论是现有体积的18650或是增加更大体积的圆柱电池，这都向更高的能量密度设计前进。在这样的趋势下，为了让用户有更高容量的电池使用，设计人员或新材料的开发人员致力于将高能量材料放入局限的钢壳中。但更高容量的电池产生的风险是钢壳内部的压力变大，导致在极耳边缘的铝铜箔因为挤压产生过大的压力，迫使铝铜箔破裂造成内阻变高，增加发生电池内部断路的机率。
3.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

4.本发明的一个目的在于提供一种电池铝箔的热处理方法，使得处理后的铝箔具有更加优异的延展性和韧性，进而降低因电池内部压力所造成的铝极耳压断铝箔的风险。
5.本发明的另一个目的在于提供一种所述的电池铝箔的热处理方法得到的电池铝箔。
6.本发明的另一个目的在于提供一种锂离子电池，主要由如上所述的电池铝箔制备得到。
7.为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
8.一种电池铝箔的热处理方法，包括以下步骤：
9.将铝箔进行升温加热处理，至铝箔的温度为340～400℃，于340～400℃的条件下进行保温处理，再进行冷却处理；
10.所述升温加热处理的时间为110～130min；
11.所述保温处理的时间为110～130min。
12.优选地，所述冷却处理冷却至温度为室温。
13.优选地，将所述铝箔进行升温加热处理，至所述铝箔的温度为355～365℃；
14.优选地，所述升温加热处理的时间为115～125min；
15.优选地，所述升温加热处理的时间为118～120min。
16.优选地，于350～370℃的条件下进行所述保温处理；
17.优选地，于355～365℃的条件下进行所述保温处理；
18.优选地，所述保温处理的时间为115～125min；
19.优选地，所述保温处理的时间为118～120min。
20.优选地所述铝箔包括1235
‑
h18；
21.优选地，所述铝箔的厚度为12～13μm。
22.优选地，所述升温加热处理为匀速升温加热处理；
23.优选地，于氮气条件下进行所述升温加热处理和所述保温处理。
24.如上所述的电池铝箔的热处理方法得到的电池铝箔。
25.一种锂离子电池，包括正极片、负极片、电解液和隔膜；
26.所述正极片包括铝箔以及设置于所述电池铝箔表面的正极材料；
27.所述铝箔经过如上所述的电池铝箔的热处理方法得到。
28.优选地，所述正极材料主要由质量比为(97～98):(0.8～1)：(1.2～2)的钴酸锂、导电碳和pvdf制备得到；
29.优选地，所述正极片的单面面密度为18.5～19mg/cm2；
30.优选地，所述正极片的压实密度为3.95～4.1g/cm3。
31.优选地，所述负极包括铜箔以及设置于所述铜箔表面的负极材料；所述负极材料主要由质量比为(93～95)：(1.5～2.5)：(3.5～5.5)的负极活性材料、导电剂和粘结剂制备得到；
32.优选地，所述负极活性材料由质量比为1:1的石墨和硅碳材料制得；
33.优选地，所述铜箔的厚度为8～9cm；
34.优选地，所述负极片的单面面密度为6.4～6.9mg/cm2；
35.优选地，所述负极片的压实密度为1.6～1.65g/cm3。
36.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
37.(1)本发明中电池铝箔的热处理方法，使处理后的铝箔具有更加优异的延展性和韧性，进而降低因电池内部压力所造成的铝极耳压断铝箔的风险。
38.(2)本发明经过热处理后的铝箔制备得到的锂离子电池可大大降低因内部压力所造成铝极耳压断铝箔的风险，电池在100圈循环后，内圈极耳处铝箔和外圈极耳处铝箔均未破裂。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
40.图1为对比例1中的电池在1c充放循环100圈后内部铝箔断裂的情况；
41.图2为对比例2中的电池在1c充放循环100圈后内部铝箔断裂的情况；
42.图3为对比例3中的电池在1c充放循环100圈后内部铝箔断裂的情况；
43.图4为实施例1中的电池在1c充放循环100圈后内部铝箔断裂的情况；
44.图5为实施例2中的电池在1c充放循环100圈后内部铝箔断裂的情况；
45.图6为正极铝箔上设置双极耳的示意图；
46.图7为实施例2中的铝箔热处理过程中温度随时间的变化图。
具体实施方式
47.下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。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。
48.根据本发明的一个方面，本发明涉及一种电池铝箔的热处理方法，包括以下步骤：
49.将铝箔进行升温加热处理，至铝箔的温度为340～400℃，于340～400℃的条件下进行保温处理，再进行冷却处理；
50.所述升温加热处理的时间为110～130min；
51.所述保温处理的时间为110～130min。
52.根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却，淬火后钢件变硬，但同时变脆。回火是为了降低物件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，通常回火会在淬火后执行，目的是为了加工对象的稳定及增加加工的容易度。退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却(在炉内降温)，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好延展与柔软度增强韧性的性能。
53.铝箔厚度薄，且一致性及稳定性要求高。因此，选择退火作为铝箔的热处理方式。本发明采用一定的退火工艺对电池铝箔进行处理，使得处理后的铝箔具有更加优异的延展性和韧性，进而降低因电池内部压力所造成的铝极耳压断铝箔的风险。
54.热处理后的铝箔放置在室温及干燥环境下小心保存。
55.在一种实施方式中，将铝箔进行升温加热处理，至铝箔的温度为340～400℃，还可以选择341℃、342℃、343℃、344℃、345℃、346℃、347℃、348℃、349℃、350℃、351℃、352℃、353℃、354℃、355℃、356℃、357℃、358℃、359℃、360℃、361℃、362℃、363℃、364℃、365℃、366℃、367℃、368℃、369℃、370℃、375℃或380℃。
56.在一种实施方式中，于340～400℃的条件下进行保温处理，还可以选择341℃、342℃、343℃、344℃、345℃、346℃、347℃、348℃、349℃、350℃、351℃、352℃、353℃、354℃、355℃、356℃、357℃、358℃、359℃、360℃、361℃、362℃、363℃、364℃、365℃、366℃、367℃、368℃、369℃、370℃、375℃或380℃。
57.在一种实施方式中，所述升温加热处理的时间为110～130min，还可以选择110min、111min、112min、113min、114min、115min、116min、117min、118min、119min、120min、121min、122min、123min、124min、125min、126min、127min、128min、129min或130min。
58.在一种实施方式中，所述保温处理的时间为110～130min，还可以选择110min、111min、112min、113min、114min、115min、116min、117min、118min、119min、120min、121min、122min、123min、124min、125min、126min、127min、128min、129min或130min。
59.优选地，所述冷却处理冷却至温度为室温。
60.本发明中的室温可以为20～30℃。
61.优选地，所述冷却处理的时间为15.5～16.5h。本发明中的冷却处理时间根据不同的室温情况可以为15.5～16.5h。
62.优选地，将所述铝箔进行升温加热处理，至所述铝箔的温度为355～365℃。
63.优选地，所述升温加热处理的时间为115～125min。
64.优选地，所述升温加热处理的时间为118～120min。
65.优选地，于350～370℃的条件下进行所述保温处理。
66.优选地，于355～365℃的条件下进行所述保温处理。
67.优选地，所述保温处理的时间为115～125min。
68.优选地，所述保温处理的时间为118～120min。
69.优选地，所述铝箔包括1235
‑
h18。
70.优选地，所述铝箔的厚度为12～13μm。
71.在一种实施方式中，所述铝箔的厚度为12.1μm、12.2μm、12.3μm、12.4μm、12.5μm、12.6μm、12.7μm、12.8μm或12.9μm。
72.优选地，所述升温加热处理为匀速升温加热处理。
73.优选地，于氮气条件下进行所述升温加热处理和所述保温处理。
74.根据本发明的另一个方面，本发明涉及如上所述的电池铝箔的热处理方法得到的电池铝箔。
75.本发明经过热处理后得到的铝箔具有优异的延展性和韧度。
76.根据本发明的另一个方面，本发明涉及一种锂离子电池，包括正极片、负极片、电解液和隔膜；
77.所述正极片包括铝箔以及设置于所述电池铝箔表面的正极材料；
78.所述铝箔经过如上所述的电池铝箔的热处理方法得到。
79.所述电解液为低温型电解液。电解液用量为4.85～5g。
80.本发明中的隔膜的厚度为12～14μm。隔膜为pp膜(聚丙烯膜)的单面设置有陶瓷层。
81.优选地，所述正极材料主要由质量比为(97～98):(0.8～1)：(1.2～2)的钴酸锂、导电碳和pvdf(聚偏氟乙烯)制备得到。
82.正极片的制备：将钴酸锂、导电碳、pvdf与n
‑
甲基吡咯烷酮混合搅拌均匀，制得正极浆料，涂覆于铝箔上，干燥后得到正极片。
83.优选地，所述正极片的单面面密度为18.5～19mg/cm2。
84.优选地，所述正极片的压实密度为3.95～4.1g/cm3。
85.优选地，所述负极包括铜箔以及设置于所述铜箔表面的负极材料；所述负极材料主要由质量比为(93～95)：(1.5～2.5)：(3.5～5.5)的负极活性材料、导电剂和粘结剂制备得到。
86.所述导电剂包括炭黑导电剂和/或碳纳米管。
87.所述粘结剂包括丁苯橡胶和/或聚偏氟乙烯。
88.优选地，所述负极活性材料由质量比为1:1的石墨和硅碳材料制得。
89.石墨为360mah/g；硅碳材料为560mah/g。
90.本发明的负极活性材料选用石墨和硅，以增加膨胀压力。
91.优选地，所述铜箔的厚度为8～9cm。
92.负极片的制备：将负极活性材料、导电剂、粘结剂和n
‑
甲基吡咯烷酮混合搅拌均匀，得到负极浆料，涂覆于负极铜箔上，得到负极片。
93.优选地，所述负极片的单面面密度为6.4～6.9mg/cm2。
94.优选地，所述负极片的压实密度为1.6～1.65g/cm3。
95.化成工艺:0.2c充电至4.2v cccv、0.02c终止。循环:1c充放电。
96.所述锂离子电池为18650圆柱型锂离子电池。容量为2.8ah。
97.本发明经过热处理后得到的铝箔用于制备电池，可承受电池内部更高的压力，大大降低因内部压力所造成铝极耳压断铝箔的风险。
98.本发明的电池正极设计为双极耳(包括内圈铝极耳和外圈铝极耳)，如图6所示，以增加铝箔局部压力。
99.下面将结合具体的实施例和对比例对本发明作进一步的解释说明。
100.本发明实施例和对比例中铝箔的厚度均为12μm。此厚度易产生破裂。
101.实施例1
102.一种电池铝箔的热处理方法，包括以下步骤：
103.在氮气环境下，将铝箔进行升温加热处理，2h由25℃升至340℃，在340℃条件下保温2h，停止加热，在烘箱内自然冷却至25℃；
104.所述铝箔为1235
‑
h18。
105.实施例2
106.一种电池铝箔的热处理方法，包括以下步骤：
107.在氮气环境下，将铝箔进行升温加热处理，2h由25℃升至360℃，在360℃条件下保温2h，停止加热，在烘箱内自然冷却至25℃；
108.所述铝箔为1235
‑
h18。
109.铝箔热处理过程中温度随时间的变化图如图7所示。
110.实施例3
111.一种18650圆柱形电池，包括正极片、负极片、电解液和隔膜；容量为2.8ah；
112.所述正极片包括铝箔以及设置于所述电池铝箔表面的正极材料；所述铝箔为实施例热处理后得到的电池铝箔；所述正极材料主要由钴酸锂、导电碳、pvdf、n
‑
甲基吡咯烷酮形成的正极浆料制备得到，钴酸锂、导电碳、pvdf的质量比为97.9:1:1.1；所述正极片的单面面密度为18.8mg/cm2；所述正极片的压实密度为4g/cm3；正极设置为双极耳，包括外圈极耳和内圈极耳；
113.所述负极包括铜箔以及设置于所述铜箔表面的负极材料；所述负极材料主要由负极活性材料、导电剂、粘结剂和n
‑
甲基吡咯烷酮的形成的负极浆料制备得到，负极活性材料、导电剂、粘结剂质量比为94.5:2:3.5；所述负极活性材料由质量比为1:1的石墨和硅碳材料制得；所述铜箔的厚度为8.5cm；所述负极片的单面面密度为6.65mg/cm2；所述负极片的压实密度为1.62g/cm3；
114.隔膜的厚度为13μm，隔膜为单面设置有陶瓷层的pp隔膜；
115.18650圆柱形电池制备方法包括以下步骤：将实施例1中经过热处理后的电池铝箔
涂布正极浆料，干燥，得到正极片，正极片设置双极耳；将铜箔涂布负极浆料，干燥，得到负极片；将正极片、负极片分别进行滚压后，与隔膜以及电池壳体进行组装，再加入电解液得到18650圆柱形电池。
116.实施例4
117.一种18650圆柱形电池，除采用实施例2中经过热处理后的电池铝箔，其他条件同实施例3。
118.对比例1
119.一种18650圆柱形电池，除电池铝箔未经过热处理，其他条件同实施例3。
120.对比例2
121.一种电池铝箔的热处理方法，将铝箔进行升温加热处理，2h由25℃升至300℃，在300℃条件下保温2h，停止加热，在烘箱内自然冷却至25℃。
122.采用本对比例中热处理后得到的铝箔，按照实施例3的方法制备18650电池。
123.对比例3
124.将铝箔进行升温加热处理，2h由25℃升至320℃，在320℃条件下保温2h，停止加热，在烘箱内自然冷却至25℃。
125.采用本对比例中热处理后得到的铝箔，按照实施例3的方法制备18650电池。
126.实验例
127.将对比例1～3、实施例3、实施例4的电池在1c充放循环100圈后拆解电池，观察铝箔断裂的情况，如图1～图5所示。
128.图1为对比例1中的电池在1c充放循环100圈后拆解电池后铝箔断裂的情况。在图1中，(a1)表示内圈极耳处铝箔断裂情况，(a2)表示外圈极耳处铝箔断裂情况。由图1可知，未经过热处理的铝箔直接用于制备18650电池，100圈循环后，内圈极耳处铝箔以及外圈极耳处铝箔均破裂。
129.图2为对比例2中的电池在1c充放循环100圈后拆解电池后铝箔断裂的情况。图2中，(b1)表示内圈极耳处铝箔断裂情况，(b2)表示外圈极耳处铝箔断裂情况。由图2可知，对比例2中得到电池在100圈循环后，内圈极耳处铝箔以及外圈极耳处铝箔均破裂。
130.图3为对比例3中的电池在1c充放循环100圈后拆解电池后铝箔断裂的情况。图3中，(c1)表示内圈极耳处铝箔断裂情况，(c2)表示外圈极耳处铝箔断裂情况。由图3可知，对比例3中得到电池在100圈循环后，内圈极耳处铝箔破裂，外圈极耳处铝箔未破裂。
131.图4为本发明实施例3中的电池在1c充放循环100圈后拆解电池后铝箔断裂的情况。图4中，(d1)表示内圈极耳处铝箔断裂情况，(d2)表示外圈极耳处铝箔断裂情况。由图4可知，实施例3中的电池在100圈循环后，内圈极耳处铝箔和外圈极耳处铝箔均未破裂。
132.图5为本发明实施例4中的电池在1c充放循环100圈后拆解电池后铝箔断裂的情况。图5中，(e1)表示内圈极耳处铝箔断裂情况，(e2)表示外圈极耳处铝箔断裂情况。由图5可知，实施例4中的电池在100圈循环后，内圈极耳处铝箔和外圈极耳处铝箔均未破裂。
133.由以上可知，采用本发明的热处理条件对铝箔进行处理，可更好的增加铝箔的韧性(柔软度)，使得较薄的铝箔在大的压力下也不会被极耳压断。
134.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其
依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。