干法辊压制备电极片的方法

摘要

本发明涉及锂离子技术领域，公开了一种干法辊压制备电极片的方法。该方法包括：1)使第一膜材与箔材同时通过相对的第一道辊之间，并通过在第一膜材与箔材的间隙加入第一粉料，进行第一辊压，在箔材的一侧面上形成第一粉料压片层；2)使第一膜材、第二膜材与上述形成有第一粉料压片层的箔材同时通过相对的第二道辊之间，并通过在第二膜材与箔材的另一侧面的间隙加入第二粉料，进行第二辊压，在箔材的另一侧面上形成第二粉料压片层；3)使第一膜材和第二膜材分别与箔材的侧面分离，得到电极片。该方法能够实现双面同时辊压贴合制片，简化了工艺流程，缩减工艺设备，可连续制得厚度均匀的电极片。

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子技术领域，具体涉及一种干法辊压制备电极片的方法。

背景技术

在使用传统能源作为动力供给的汽车工业环境下，环境污染问题引起了 人们对环境保护和资源利用的重视。

锂离子设备技术是电动汽车发展的关键技术，。干法涂布技术是目前最 先进的锂离子电池制造技术之一，其中，干法辊压制片工艺是该工序的关键， 干法辊压制片是该工艺的发展方向。

现有的干法辊压设备工艺复杂，粉料入第一道辊压后，辊隙、压力、温 度的作用下，制成出来的片由于张力无法控制，非连续走带卷绕很容造成断 带掉粒、粘辊、均匀性差等一系列工艺问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的在干法辊压过程中的断带、掉 粒、粘辊等问题，提供一种干法辊压制备电极片的方法。本发明提供的制片 方法，能够实现双面同时辊压贴合制片，简化了工艺流程，缩减了工艺设备， 可连续制得厚度均匀的电极片。

为了实现上述目的，本发明提供了一种干法辊压制备电极片的方法，该 方法包括以下步骤：

1)使第一膜材与箔材同时通过相对的第一道辊之间，并通过在第一膜 材与箔材的间隙加入第一粉料，进行第一辊压，在箔材的一侧面上形成第一 粉料压片层；

2)使第一膜材、第二膜材与上述形成有第一粉料压片层的箔材同时通 过相对的第二道辊之间，并通过在第二膜材与箔材的另一侧面的间隙加入第 二粉料，进行第二辊压，在箔材的另一侧面上形成第二粉料压片层；

3)使第一膜材和第二膜材分别与箔材的侧面分离，得到电极片。

优选地，步骤1)中，在进行所述第一辊压后，第一膜材通过导辊与箔 材分离。

优选地，步骤1)中，所述第一膜材的宽度小于所述箔材的宽度，更优 选第一膜材宽度为箔材宽度的15％-90％。

优选地，所述第一道辊的宽度大于等于第一膜材的宽度，更优选第一道 辊的宽度为第一膜材宽度的120％-160％。

优选地，所述箔材为铜箔、铝箔、镍箔、不锈钢箔或锌箔。

优选地，所述箔材的厚度为3-20μm。

优选地，步骤1)中，所述第一粉料的粒径为0.5-20μm。

优选地，所述第一粉料的固化温度为40-100℃。

优选地，所述第一粉料为活性物质、粘结剂和导电剂的混合物。

优选地，对所述第一粉料预热至40-100℃后进行投加。

优选地，对所述第一粉料进行预混后投加。

优选地，步骤1)中，所述第一辊压的工作压力为30-75T/cm

优选地，所述第一辊压的工作温度为90-180℃。

优选地，所述箔材的送入速度为1-50m/min。

优选地，所述第一膜材的送入速度为1-50m/min。

优选地，步骤2)中，所述第二膜材的宽度小于箔材的宽度，更优选第 二膜材宽度为箔材宽度的15％-90％。

优选地，所述第二道辊的宽度大于等于第二膜材的宽度，更优选第二道 辊的宽度为第二膜材宽度的120％-160％。

优选地，步骤2)中，所述第二粉料的粒径为0.5-20μm。

优选地，所述第二粉料的固化温度为40-100℃。

优选地，所述第二粉料为活性物质、粘结剂和导电剂的混合物。

优选地，对所述第二粉料预热至40-100℃后进行投加。

优选地，对所述第二粉料进行预混后进行投加。

优选地，步骤2)中，所述第二辊压的工作压力为30-75T/cm

优选地，所述第二辊压的工作温度为90-180℃。

优选地，所述第二膜材的送入速度为1-50m/min。

优选地，所述第一膜材与第二膜材相同。

优选地，膜材为耐热膜材，耐热温度高于180℃。

优选地，所述膜材为PET、PI或PE膜。

优选地，所述第一辊压的重复次数为1次或多次。

优选地，所述第二辊压的重复次数为1次或多次。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明提供的方法，避免粉料粘辊导致的厚度不均匀及断片、褶 皱现象的发生，能够获得连续、厚度均匀的电极片；

(2)本发明提供的方法，能够实现双面同时辊压贴合制片，通过一次 性辊压制片方式，简化了工序流程，缩减了工艺设备。

附图说明

图1为本发明提供的干法辊压制备电极片的方法的流程示意图；

图2为本发明提供的干法辊压制备电极片的方法的分步示意图；

图3为本发明提供的干法辊压制备电极片的方法的分步示意图。

附图标记说明

11、第一膜材 12、第二膜材

2、箔材 21、箔材的一侧面

22、箔材的另一侧面

31、垂直辊1 32、垂直辊2

41、水平辊1 42、水平辊2

51、第一投料仓1 52、第二投料仓2

6、导辊 7、电极片

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是， 此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这 些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各 个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点 值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视 为在本文中具体公开。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、 右”通常是指附图中的上、下、左、右，“内、外”是指对应结构的内部和 外部。

图1为本发明提供的干法辊压制备电极片的方法的流程示意图；图2和 图3为本发明提供的干法辊压制备电极片的方法的分步示意图。下面结合附 图对本发明的制备方法进行进一步的详细说明，其中所有附图中相同的数字 表示相同的特征。

本发明提供了一种干法辊压制备电极片的方法，该方法包括以下步骤：

1)使第一膜材11与箔材2同时通过相对的第一道辊31，32之间，并 通过在第一膜材11与箔材2的间隙加入第一粉料，进行第一辊压，在箔材2 的一侧面21上形成第一粉料压片层；

2)使第一膜材11、第二膜材12与上述形成有第一粉料压片层的箔材2 同时通过相对的第二道辊41，42之间，并通过在第二膜材12与箔材2的另 一侧面22的间隙加入第二粉料，进行第二辊压，在箔材2的另一侧面22上 形成第二粉料压片层；

3)使第一膜材11和第二膜材12分别与箔材2的侧面21，22分离，得 到电极片。

本发明的发明人研究发现，在干法辊压中，通过在待压制粉料与压辊的 接触面之间增设膜材，直至制片完成，通过增设膜材进行隔离辊压，避免了 轧制过程中粉料与辊面直接接触造成的粘辊和厚度不均匀性的问题，进一步 地，发明人还发现通过膜材进行隔离辊压，避免了制成出来的片由于张力原 因，导致的断带、掉粒等问题。

步骤1)使第一膜材11与箔材2同时通过相对的第一道辊31，32之间， 并通过在第一膜材11与箔材2的间隙加入第一粉料，进行第一辊压，在箔 材2的一侧面21上形成第一粉料压片层。

在本发明的一个优选实施方式中，第一膜材11与箔材2同时通过相对 的第一道辊31，32之间，并通过第一投料仓51向第一膜材11与箔材2之 间加入第一粉料，进行辊压后，在箔材2的一侧面21上形成第一压片层， 第一膜材不与箔材2分离。在该情况下，在步骤2)形成第二粉料压片层的 过程中，一侧面有第一膜材11、另一侧面形成有第一压片层的箔材2与第二 膜材12同时通过相对的第二道辊41，42之间，并通过第二膜材12与箔材2 的另一侧面22之间加入第二粉料，进行第二辊压后，在箔材2的另一侧面22上形成第二粉料压片层。

作为本发明的另一个优选的实施方式，如图2所示，第一膜材11与箔 材2同时通过相对的第一道辊31，32之间，并通过第一投料仓51向第一膜 材11与箔材2之间加入第一粉料，进行辊压后，第一膜材通过导辊6与箔 材2分离，在箔材2的一侧面形成第一压片层。

在本发明的方法中，优选情况下，第一膜材的宽度小于箔材的宽度，更 优选第一膜材宽度为箔材宽度的15％-90％，进一步优选第一膜材宽度为箔材 宽度的30％-90％，更进一步优选第一膜材宽度为箔材宽度的45％-90％。通 过在压辊与箔材中间设置膜材，避免在轧制过程中粉末与压辊的接触，从而 减少粉料与辊面直接接触造成的粘辊和厚度不均匀性的问题，进一步确保制 得压片的连续性及稳定性。

在本发明的方法中，优选情况下，第一道辊的宽度大于等于第一膜材的 宽度，更优选第一道辊的宽度为第一膜材宽度的120％-160％，进一步优选第 一道辊的宽度为第一膜材宽度的130％-160％，更进一步优选第一道辊的宽度 为第一膜材宽度的140％-160％。通过将压辊的宽度设置为宽于膜材的宽度， 进一步确保在轧制过程中，压辊不与粉末接触，从而确保制得压片的连续性 及稳定性。

在本发明的方法中，优选地，膜材为耐热膜材，耐热温度高于180℃， 更优选为180-210℃。

在本发明的方法中，优选情况下，第一膜材为PET、PI或PE膜。在发 明的具体实施方式中，第一膜材为PET膜。

对于上述箔材，本领域技术人员可以根据需要进行具体的选择。在本发 明的方法中，箔材为铜箔、铝箔、镍箔、不锈钢箔或锌箔。

对于上述箔材的厚度，例如可以为3-20μm，在本发明的方法中，优选 地，箔材的厚度为5-14μm。在本发明的具体方式中，采用厚度为14μm的铝 箔。

在本发明的方法中，优选情况下，第一粉料的粒径为0.5-20μm，更优选 为7-13μm。通过控制粉料粒径，避免轧制过程中，颗粒过大对于箔材或膜 材的损伤，确保制得的压片的厚度均匀。

本发明中，粉料为电池混合粉料，包括活性物质、粘结剂和导电剂。在 本发明的方法中，优选地，第一粉料为活性物质、粘结剂和导电剂的混合物。 其中，活性物质可以为过渡金属氧化物型正极材料、聚阴离子型正极材料或 聚合物正极材料；导电剂可以选自乙炔黑、碳纤维、碳纳米管、科琴黑、导 电石墨、石墨烯和活性炭中一种或多种；粘结剂可以选自羧甲基纤维素钠、 丁苯橡胶、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、海藻酸钠、壳聚糖、聚乙烯醇、聚丙烯酸丁酯和聚环氧乙烷中的一种或多种。

对于上述活性物质、粘接剂以及导电剂的重量比为(70-90)：(5-10)： (3-10)。在本发明的具体实施方式中，第一粉料为高镍三元正极材料、羧 甲基纤维素钠与科琴黑的重量比为85：7：8的混合物。

在发明的方法中，第一粉料的固化温度可以为40-100℃，优选为40-60℃。

在发明的方法中，优选情况下，对第一粉料预热至40-100℃，更优选为 40-60℃后进行投加。通过对粉料进行预热，进一步确保在轧制过程中，粉 料固化形成压片层。

在本发明的方法中，优选情况下，该方法还包括：对第一粉料进行预混 后投加。在本发明的具体实施方式中，将第一粉料搅拌至纤维化(棉花团蓬 松状)后进行加料。

在本发明的方法中，优选情况下，第一辊压的工作压力为30-75T/cm

在本发明的方法中，优选情况下，箔材的送入速度为1-50m/min，更优 选为1-10m/min，进一步优选为1-5m/min。

在本发明的方法中，优选情况下，第一膜材11的送入速度为1-50m/min， 更优选为1-5m/min，进一步优选为1-3m/min。

上述第一膜材的送入速度可以与箔材的送入速度相同也可以不同，出于 对膜材成本上的考量，优选，膜材的送入速度小于箔材的送入速度。在本发 明的具体实施方式中，箔材的送入速度为5m/min，第一膜材的送入速度为 3m/min。

在上述第一辊压过程中，可以根据需要进行重复轧制，在本发明的方法 中，第一辊压的重复次数为1次或多次，优选为1-2次。

下面，结合图3，针对上述步骤2，进行具体说明。

步骤2)使第一膜材11、第二膜材12与上述形成有第一粉料压片层的 箔材2同时通过相对的第二道辊41，42之间，并通过在第二膜材12与箔材 2的另一侧面22的间隙加入第二粉料，进行第二辊压，在箔材2的另一侧面 22上形成第二粉料压片层。

图3为干法辊压制备电极片的方法的分步示意图。第一膜材11、第二膜 材12与形成有第一粉料压片层的箔2同时通过相对的第二道辊41，42之间， 并通过第二膜材12与箔材2的另一侧面22之间加入第二粉料，进行第二辊 压后，第二膜材与箔材2分离，在箔材2的另一侧面22上形成第二粉料压 片层。

在本发明的方法中，优选情况下，第二膜材的宽度小于箔材的宽度，更 优选第二膜材宽度为箔材宽度的15％-90％，进一步优选第二膜材宽度为箔材 宽度的30％-90％，更进一步优选第二膜材宽度为箔材宽度的45％-90％。通 过在压辊与箔材之间设置第二膜材，避免在轧制过程中粉末与压辊的接触， 从而减少粉料与辊面直接接触造成的粘辊和厚度不均匀性的问题，进一步确 保制得压片的连续性及稳定性。

在本发明的方法中，优选情况下，第二道辊的宽度大于等于第二膜材的 宽度，更优选第二道辊的宽度为第二膜材宽度的120％-160％，进一步优选第 二道辊的宽度为第二膜材宽度的130％-160％，更进一步优选第二道辊的宽度 为第二膜材宽度的140％-160％。通过将压辊的宽度设置为宽于膜材的宽度， 进一步确保在轧制过程中，压辊不与粉末接触，从而确保制得压片的连续性 及稳定性。

在本发明的方法中，优选地，膜材为耐热膜材，耐热温度优选高于180℃， 更优选为180-210℃。

在本发明的方法中，优选情况下，膜材为PET、PI或PE膜。在发明的 具体实施方式中，第二膜材与第一膜材同为PET膜。

在本发明的方法中，优选情况下，第二粉料的粒径为0.5-20μm，更优选 为7-13μm。通过控制粉料粒径，避免轧制过程中，颗粒过大对于箔材或膜 材的损伤，确保制得的压片的厚度均匀。

本发明中，粉料为电池混合粉料，包括活性物质、粘结剂和导电剂。在 本发明的方法中，优选地，第二粉料为活性物质、粘结剂和导电剂的混合物。 其中，活性物质可以为过渡金属氧化物型正极材料、聚阴离子型正极材料或 聚合物正极材料；导电剂可以选自乙炔黑、碳纤维、碳纳米管、科琴黑、导 电石墨、石墨烯和活性炭中一种或多种；粘结剂可以选自羧甲基纤维素钠、 丁苯橡胶、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、海藻酸钠、壳聚糖、聚乙烯醇、聚丙烯酸丁酯和聚环氧乙烷中的一种或多种。

对于上述活性物质、粘接剂以及导电剂的重量比为(70-90)：(5-10)： (3-10)。在本发明的具体实施方式中，第二粉料与第一粉料相同。

在发明的方法中，第二粉料的固化温度可以为40-100℃，优选为40-60℃。

在发明的方法中，优选情况下，对第二粉料预热至40-100℃后进行投加。 通过对粉料进行预热，进一步确保在轧制过程中，粉料固化形成压片层。

在本发明的方法中，优选情况下，该方法还包括：对第二粉料进行预混 后进行投加。在本发明的具体实施方式中，通过将第二粉料搅拌至纤维化后 进行加料。

在本发明的方法中，优选情况下，第二辊压的工作压力为30-75T/cm

在本发明的方法中，优选情况下，第二膜材12的送入速度为1-50m/min， 更优选为1-5m/min，进一步优选为1-3m/min。

上述第二膜材的送入速度可以与箔材的送入速度相同也可以不同，出于 对膜材成本上的考量，优选，膜材的送入速度小于箔材的送入速度。在本发 明的具体实施方式中，箔材的送入速度为5m/min，第二膜材的送入速度为 3m/min。

在上述第二辊压过程中，可以根据需要进行重复轧制，在本发明的方法 中，第二辊压的重复次数为1次或多次，优选为1-2次。

在上述步骤1)在箔材的一侧面上形成第一粉料压片层，步骤2)在箔 材的另一侧面上形成第二粉料压片层后，膜材与箔材分离，得到电极片。

在本发明的一优选实施方式中，第一膜材11与箔材2同时通过相对的 第一道辊31，32之间，并通过第一投料仓51向第一膜材11与箔材2之间 加入第一粉料，进行辊压后，在箔材2的一侧面21上形成第一压片层，第 一膜材不与箔材2分离。在形成第二粉料压片层的过程中，一侧面有第一膜 材11、另一侧面形成有第一压片层的箔材2与第二膜材12同时通过相对的 第二道辊41，42之间，并通过第二膜材12与箔材2的另一侧面22之间加 入第二粉料，进行第二辊压后，在箔材2的另一侧面22上形成第二粉料压 片层，此时，第一膜材11和第二膜材12分别与箔材的侧面分离，得到电极 片。

在本发明的另一优选的实施方式中，第一膜材11与箔材2同时通过相 对的第一道辊31，32之间，并通过第一投料仓51向第一膜材11与箔材2 之间加入第一粉料，进行辊压后，在箔材2的一侧面21上形成第一压片层， 第一膜材通过导辊6与箔材2分离。在形成第二粉料压片层的过程中，使第 一膜材11、另一侧面形成有第一压片层的箔材2与第二膜材12同时通过相 对的第二道辊41，42之间，并通过第二膜材12与箔材2的另一侧面22之 间加入第二粉料，进行第二辊压后，在箔材2的另一侧面22上形成第二粉 料压片层，此时，第一膜材11和第二膜材12分别与箔材的侧面分离，得到 电极片。

实施例1

结合图1，本实施例用于说明本发明的干法辊压制备电极片的方法。

本实施例1中使用的第一粉料与第二粉料相同，为高镍三元正极材料、 羧甲基纤维素钠与科琴黑的混合物(高镍三元正极材料、羧甲基纤维素钠与 科琴黑的重量比为85：7：8)，平均粒径为10μm，预混至纤维化后加入到 投料仓中；第一膜材与第二膜材同为PET膜，箔材选用厚度为14μm的铝箔。

具体制备方法为：

(1)第一膜材11(3m/min)与箔材(5m/min)放卷，同时垂直通过相 对的第一道辊(具体为垂直辊31，32)之间，通过第一投料仓51以400g/min 投料速度向第一膜材与箔材的间隙加入第一粉料，在50T/cm

其中，箔材2的宽度为300mm，第一膜材11的宽度为220mm，垂直辊 的宽度为350mm。

(2)第二膜材12(3m/min)与上述单层电极片(5m/min)继续放卷， 同时垂直通过相对的第二道辊(具体为水平辊41，42)之间，通过第二投料 仓52以400g/min投料速度向第二膜材与箔材的另一侧面的间隙加入第二粉 料，在50T/cm

(3)第一膜材11和第二膜材12以及电极片分别收卷。

上述制得的电极片，具有一定的硬度和柔软性，制备过程中，无断带现 象的发生，可实现连续制备。

对比例1

按照与实施例1相同的条件进行，不同之处在于：在辊压过程中，仅送 入箔材，而不送入第一膜材和第二膜材，即，辊压过程中，压辊直接与粉料 接触进行轧制，制得双层电极片。

在上述制备过程中，出现断带、掉粒现象，且可观察到粉料粘接到压辊 表面，影响电极片的连续生产。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限 于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明 的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征， 在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的 重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其 不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。