提高电芯极片初始容量的方法及电芯极片与流程

1.本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种提高电芯极片初始容量的方法及电芯极片。


背景技术：

2.磷酸铁锂(ferrous lithium phosphate，lfp)作为当前最重要的锂电池正极材料，在电动汽车上的应用越来越广泛，为了进一步提高lfp的能量密度，开发高压实密度的lfp材料成为大家主要的发展方向。现在lfp的粉体压实密度已经可以》2.50g/cc,甚至有厂家已经达到2.70g/cc。人们通常采用大小粒径混搭的办法来实现高压实密度。这种混搭可以是通过烧结过程中的温度梯度自然形成，也可以是制备不同粒度大小的lfp再混合，利用大小粒径在空间的密堆积来提高材料的压实密度，其典型结果如图1所示。
3.当前高压实密度的lfp虽然可以提高电池的能量密度，但因为它引入了较大的粒径，其容量和倍率都会降低很多，特别是其首周容量会偏低很多，在随后的循环中容量会有逐渐爬升。这种初始状态下的低容现象，容量爬升，如图2所示，对电池生产商电芯分容造成了很大的困扰，也对电池包的成组影响很大。
4.目前人们对改善容量爬升现象的办法一般主要有两种，第一是掺杂lfp粒径，提高其倍率性能，第二是精确控制lfp材料尺寸进行混搭。这两种方法都会存在制备方法复杂，设备要求高，成本高的缺点。为了解决上述问题，本发明提出了一种提高电芯极片初始容量的方法及电芯极片。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种提高电芯极片初始容量的方法及电芯极片，用于改善电芯极片在生产制备过程中，存在的容量爬升的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种提高电芯极片初始容量的方法，包括如下步骤：
7.采用第一压力值对电芯极片进行辊压，以使所述电芯极片达到极限压实状态；
8.对极限压实状态的所述电芯极片进行扫描，选择含有大颗粒磷酸铁锂的所述电芯极片；
9.调整所述辊压的压力，使所述辊压的压力从所述第一压力值调高为第二压力值；
10.采用所述第二压力值对含有所述大颗粒磷酸铁锂的所述电芯极片进行所述辊压，以破碎所述大颗粒磷酸铁锂，使所述电芯极片的初始容量得以提高；
11.其中，极限压实状态的所述电芯极片的压实密度介于2.65至2.70g/cc之间；所述高压实lfp中的大颗粒的粒径1～2μm之间。
12.可选的，所述第一压力值介于6.0至8.0吨之间。
13.可选的，在所述极限压实状态下，所述电芯极片的电阻介于40至200mω之间。
14.可选的，所述第二压力值介于8.0至9.0吨之间，且所述第二压力值包括8吨。
15.可选的，在所述大颗粒磷酸铁锂破碎状态下，所述电芯极片的压实密度为2.70至2.71g/cc之间，此时，所述电芯极片的电阻介于67至350mω之间。
16.可选的，所述电芯极片包括磷酸铁锂、粘结剂和导电剂，其中所述磷酸铁锂和所述导电剂通过所述粘结剂聚合在一起；
17.所述采用所述第二压力值对含有所述大颗粒磷酸铁锂的所述电芯极片进行所述辊压之后；
18.继续调高所述辊压的压力，以使所述辊压的压力从所述第二压力值变为第三压力值；
19.采用所述第三压力值对所述大颗粒磷酸铁锂破碎后的所述电芯极片进行再次所述辊压，以使小颗粒磷酸铁锂发生破碎，所述粘结剂和所述导电剂均从所述电芯极片中脱落；
20.其中所述磷酸铁锂中的小颗粒粒径小于1μm。
21.可选的，所述第三压力值大于9吨，所述第三压力值包括9吨。
22.可选的，在所述小颗粒磷酸铁锂破碎的状态下，所述电芯极片的压实密度介于2.70至2.71g/cc之间，此时，所述电芯极片的电阻超过350mω。
23.可选的，一种电芯极片，所述电芯极片采用所述的提高电芯极片初始容量的方法制备。
24.本发明提供的提高电芯极片初始容量的方法及电芯极片有益效果在于：
25.通过提高所述电芯极片辊压的压力，破碎所述电芯极片中的所述大颗粒磷酸铁锂，从而减小了锂离子之间的扩散距离，减小接触内阻，从而增加了所述电芯极片的初始容量，进而改善后续所述电芯极片生产过程中的容量爬升的现象；并且该方法简单易操作，不但能够提高所述电芯极片的初始容量和倍率性能，而且还能够使得所述电芯极片的循环性能得到提升。
附图说明
26.图1为本发明中高压实磷酸铁锂材料的激光粒度分布及其扫描电镜示意图；
27.图2为本发明中高压实磷酸铁锂材料的克容量爬升示意图；
28.图3为本发明的实施方式流程图；
29.图4为本发明中电芯极片辊压的压密窗口示意图；
30.图5为本发明中电芯极片未极限压实状态时的电镜扫描示意图；
31.图6为本发明中所述大颗粒磷酸铁锂破碎状态下的电镜扫描示意图；
32.图7为本发明中不同过辊压力情况下的容量爬升示意图。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常
意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
34.针对现有技术存在的问题，本发明的其中一实施例提供了一种提高电芯极片初始容量的方法，参阅图3所示，包括如下步骤：
35.s01：采用第一压力值对电芯极片进行辊压，以使所述电芯极片达到极限压实状态。
36.所述电芯极片在生产制备过程中，需要对进行所述辊压，以使所述电芯极片的压实密度不断变大。在该步骤中，采用所述第一压力值对所述电芯极片进行所述辊压，这样可以使得所述电芯极片能够快速达到极限压实状态。在极限压实状态下，所述电芯极片的压实密度介于2.65至2.70g/cc之间。需要说明的是，所述电芯极片的极限压实状态是所述电芯极片能够达到的最大压实密度，并且在该密度下，大颗粒磷酸铁锂没有发生破碎。
37.s02：对极限压实状态的所述电芯极片进行扫描，选择含有大颗粒磷酸铁锂的所述电芯极片。
38.具体地，采用扫描电镜对极限压实状态的所述电芯极片的截面进行扫描，选择截面状态良好，所述大颗粒磷酸铁锂未破碎的所述电芯极片。在该步骤中，所述磷酸铁锂的大颗粒粒径1～2μm之间。
39.s03：调整所述辊压的压力，使所述辊压的压力从所述第一压力值调高为第二压力值。
40.在所述第一压力值下，所述电芯极片达到最大极限，此时，所述大颗粒磷酸铁锂未破碎。将第一压力值提升到所述第二压力值。所述第二压力值的压力超过所述电芯极片所能承受的最大压力，采用所述第二压力值作用到所述电芯极片时，会使得所述电芯极片发生破碎，相应的所述电芯极片内的所述大颗粒磷酸铁锂也会发生破碎。
41.s04：采用所述第二压力值对含有所述大颗粒磷酸铁锂的所述电芯极片进行所述辊压，以破碎所述大颗粒磷酸铁锂，使所述电芯极片的初始容量得以提高。
42.由s03中可知，所述电芯极片经过在所述第二压力值进行所述辊压后，所述电芯极片发生破碎，所述电芯极片内的所述大颗粒磷酸铁锂也发生破碎。在所述大颗粒磷酸铁锂发生破碎后，锂离子的扩散距离变短，减小接触内阻，增加所述带电芯极片的容量。经过所述第二压力值制备的所述电芯极片，较之没有经过所述第二压力值制备的所述电芯极片，初始容量具有显著提高，这样在所述电芯极片进行后续的生产制备时，经过所述第二压力值制备的所述电芯极片可以有效改善容量爬升的现象。进一步地，在所述大颗粒磷酸铁锂被压碎的过程中，由于所述小颗粒磷酸铁锂耐压较高，依然保持完整。
43.本实施例中，所述第一压力值介于6.0至8.0吨之间。在所述极限压实状态下，所述电芯极片的电阻介于40至200mω之间。
44.在对所述电芯极片进行压实实验中，随着施加在所述电芯极片上的压力越大时，所述电芯极片的压实密度会越来越大，参阅图4所示。从图4中可以看出，当提供的辊压在6.0至8.0吨之间时，所述电芯极片的压实密度达到2.65至2.70g/cc之间，此时，所述电芯极片达到极限压实状态。
45.并且在所述第一压力值介于6.0至8.0吨之间时，所述大颗粒磷酸铁锂没有发生破碎，所述粘结剂和所述导电剂均从所述电芯极片中脱落，参阅图5所示。
46.更进一步地，该实施方式中，所述第一压力值选择为7吨。在所述第一压力值选择为7吨时，所述电芯极片的压实密度为2.70g/cc，此时所述电芯极片的电阻为120mω，具体参阅表一：
[0047][0048]
表一：为不同过辊压力的电芯极片电阻
[0049]
本实施例中，所述第二压力值介于8.0至9.0吨之间，且所述第二压力值包括8吨。在所述大颗粒磷酸铁锂破碎状态下，所述电芯极片的压实密度为2.70至2.71g/cc之间，此时，所述电芯极片的电阻介于67至350mω之间，见表一。
[0050]
在所述第二压力值介于8.0至9.0吨之间时，对所述电芯极片进行所述辊压，此时，所述大颗粒磷酸铁锂在辊压下发生破碎，所述小颗粒磷酸铁锂在辊压下未发生破碎，所述粘结剂和所述导电剂均从所述电芯极片中脱落，因此极片电阻提高，参阅图7所示。由图6中可以看出，所述大颗粒磷酸铁锂在被破碎后，锂离子的扩散距离变短，所述电芯极片的内阻减小，从而使得所述电芯极片的初始容量得到提升，在所述电芯极片后续的制备过程中，可以有效改善容量爬升的现象。
[0051]
更进一步地，所述第二压力值选择8吨，在该压力下，所述大颗粒磷酸铁锂被破碎，由表一可知，此时，所述电芯极片的压实密度为2.71g/cc，此时所述电芯极片的电阻为68mω。
[0052]
本实施例中，所述电芯极片包括磷酸铁锂、粘结剂和导电剂，其中所述磷酸铁锂和所述导电剂通过所述粘结剂聚合在一起。所述采用所述第二压力值对含有所述大颗粒磷酸铁锂的所述电芯极片进行所述辊压之后。继续调高所述辊压的压力，以使所述辊压的压力从所述第二压力值变为第三压力值。采用所述第三压力值对所述大颗粒磷酸铁锂破碎后的所述电芯极片进行再次所述辊压，以使所述小颗粒磷酸铁锂发生破碎，所述粘结剂和所述导电剂从所述电芯极片中脱落。其中所述磷酸铁锂中的小颗粒粒径小于1μm。
[0053]
为了更好的验证在对所述电芯极片施加所述第二压力值时，所述电芯极片的初始容量值达到最佳。本实施方式中还提供了所述电芯极片在所述第三压力值下进行辊压的实验。
[0054]
具体地，所述第三压力值大于9吨，所述第三压力值包括9吨。在所述小颗粒磷酸铁锂破碎的状态下，所述电芯极片的压实密度介于2.70至2.71g/cc之间，此时，所述电芯极片的电阻超过350mω。
[0055]
在所述第三压力值下，所述大颗粒磷酸铁锂和所述小颗粒磷酸铁锂在辊压状态下均发生破碎，所述粘结剂和所述导电剂从所述电芯极片中脱落。
[0056]
进一步地，所述第三压力值选择9吨，在该压力下，所述大颗粒磷酸铁锂和所述小颗粒磷酸铁锂在辊压状态下均发生破碎，所述粘结剂和所述导电剂从所述电芯极片中脱
落。由表一可以看出，此时，所述电芯极片的压实密度为2.71g/cc，此时所述电芯极片的电阻为350mω。
[0057]
综上，在所述第一压力值为时，所述大颗粒磷酸铁锂和所述小颗粒磷酸铁锂在辊压下均未发生破碎，所述粘结剂和所述导电剂均从所述电芯极片中脱落；在所述第二压力值为时，所述大颗粒磷酸铁锂在辊压下发生破碎，所述小颗粒磷酸铁锂在辊压下未发生破碎，所述粘结剂和所述导电剂均从所述电芯极片中脱落；在所述第三压力值为时，所述大颗粒磷酸铁锂和所述小颗粒磷酸铁锂在辊压下均未发生破碎，所述粘结剂和所述导电剂均从所述电芯极片中脱落。对比上述三种不同压力值状态下所述电芯极片的电阻可知，在所述第二压力值的电阻值最小，也就是说在所述第二压力值下，所述电芯极片的容量最大。在所述第二压力值下通过提高所述电芯极片的初始容量可以有效改善后续的容量爬升现象，参阅图7所示。
[0058]
本发明提供了另一种实施方式，具体提供了一种电芯极片，所述电芯极片采用所述的提高电芯极片初始容量的方法制备。
[0059]
本发明还提供了对比实施方式，在该对比实施方式中，其他工序与所述提高电芯极片初始容量的方法均相同，不同在于选用7吨的所述辊压制备所述电芯极片。以下将采用所述提高电芯极片初始容量的方法制备的电芯极片称为所述电芯极片a；对比实施方式中生产制备的电芯极片称为所述电芯极片b。
[0060]
对上述两种实施方式获得的所述电芯极片进行电性能测试，参阅图7所示，所述电芯极片a的2c容量保持率为92.2％，所述电芯极片b的容量保持率88.3％；所述电芯极片a的电芯初始容量明显高于对比例1的，经过6周循环可达到最高，容量爬升率在2.4％，循环1000周容量保持率在94.8％，而所述电芯极片b的电芯循环30周后才达到5.08ah,容量爬升率在5.4％，循环1000周容量保持率在90.2％，具体参阅表二：
[0061][0062]
表二:为电芯极片电性能测试结果
[0063]
以上结果表明通过所述提高电芯极片初始容量的方法制备的电芯极片不仅提高初始容量和倍率性能，而且循环性能也得到了提升，具体是由于磷酸铁锂颗粒微开裂增加比表面积和缩短了扩散路径，脱嵌锂更加容易，这种从所述电芯极片端进行改善磷酸铁锂电芯容量爬升问题，有效提高电芯良品率降低制造成本。
[0064]
本发明中通过提高所述电芯极片辊压的压力，破碎所述电芯极片中的所述大颗粒磷酸铁锂，从而减小了锂离子之间的扩散距离，减小接触内阻，从而增加了所述电芯极片的初始容量，进而改善后续所述电芯极片生产过程中的容量爬升的现象；并且该方法简单易操作，不但能够提高所述电芯极片的初始容量和倍率性能，而且还能够使得所述电芯极片的循环性能得到提升。
[0065]
虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。