CN104577004A - 一种固定隔膜的聚合物锂离子电池及其制作方法 - Google Patents

一种固定隔膜的聚合物锂离子电池及其制作方法 Download PDF

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Abstract

一种固定隔膜的聚合物锂离子电池及其制作方法，其制作方法为采用热封的方式，将隔膜与包覆电芯的铝塑膜封印在一起，从而起到固定电芯的作用。这种方法制作的聚合物锂离子电池优点是固定电芯，使隔膜和正负极片之间贴合更加紧密，提高电池的循环性能；针刺，短路、热冲击等安全性能试验中，电池不易因内部温度升高而导致隔膜收缩，引起热失控，有效提高了电池的安全性能。

Description

一种固定隔膜的聚合物锂离子电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池的制作方法，尤其涉及一种一种固定隔膜的聚合物锂离子电池的制作方法。
背景技术
聚合物锂离子电池是近些年才发展起来的一种新型锂离子电池，其具有综合制造成本低，循环寿命长，适合大倍率放电，可设计成任意单体容量、尺寸等优点，应用前景非常广阔。
但在拥有众多优点的同时，也具有一些不可回避的缺点，例如，聚合物锂离子电池对制作条件要求非常严格，环境控制稍有疏忽就可能造成电池循环过程中出现胀气现象，导致容量急剧跳水；由于聚合物锂离子电池采用铝塑膜软包装，无法像钢壳或圆柱电池那样使用CID保护，因此一旦电池因使用不当，或短路、过充、热冲击等异常情况出现，电池内部温度过高时很容易引起正负极片之间的隔膜收缩，进而正负极片直接接触，造成热失控。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过热封的方式将隔膜边缘和包覆在电芯外面的铝塑膜的边缘粘合在一起，使正负极片之间贴合更加紧密，有效提高电池循环寿命的一种固定隔膜的聚合物锂离子电池及其制作法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种固定隔膜的聚合物锂离子电池，包括隔膜，其特征是：隔膜以Z字型叠片，隔膜两侧夹有正极极片和负极极片，隔膜长度和宽度相对于极片长度和宽度有隔膜富余区域，隔膜富余区域围取5-15mm，隔膜富余区域上设置有隔膜固定点，隔膜富余区域上粘合有铝塑膜，隔膜富余区域外侧设置有铝塑膜封装区域，右侧设置有气袋。
一种固定隔膜的聚合物锂离子电池的制作方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1：将整卷隔膜以Z字形叠片，隔膜两侧夹有正极极片和负极极片，隔膜长度和宽度相对于极片长度和宽度有隔膜富余区域，隔膜富余区域围取5-15mm；
步骤2：铝塑膜冲壳，顶边和侧边保留宽度选取10-20mm；
步骤3：电芯入壳后通过热压方式将隔膜富余区域和铝塑膜粘合在一起，调节热压温度、热压压力和热压时间，热压温度选取范围160-240℃，热压面压选取范围0.5-5.0MPa，热压时间选取范围2-8s；隔膜固定点分布在电池的四条边上，隔膜固定点宽度小于隔膜相对于极片长度或宽度的富余量，隔膜固定点长宽范围优选（3-15）mm *（5-30）mm；
步骤4：隔膜固定后，用热封的方式对铝塑膜封装区域进行封装，气袋侧边不封装，以便于电芯注液，封装时确保不封到隔膜相对于极片的富余区域；
步骤5：注液化成后的电池，对气袋侧边真空封装时同样要确保不封到隔膜富余区域。
本发明利用热封的方式将聚合物锂离子电池隔离膜与铝塑膜封印在一起，从而起到固定电芯的作用。这种方法制作的聚合物锂离子电池优点是固定电芯，使隔膜和正负极片之间贴合更加紧密，提高电池的循环性能；针刺，短路、热冲击等安全性能试验中。
与圆柱形锂离子电池相比较，采用叠片方式制作的聚合物软包装锂离子电池结构较为松散，若电池生产条件控制不够稳定，则聚合物电池循环过程中出现少量产气或轻微析锂将会使正负极片与隔膜之间贴合不够紧密，引起电池性能急剧恶化，出现容量跳水现象。另外，当聚合物电池进行短路、过充、热冲击等破坏性试验时，由于电池内部温度较高，容易导致隔膜收缩，使正负极片相接触，引起着火或爆炸现象。
本发明通过热封的方式将隔膜边缘和包覆在电芯外面的铝塑膜的边缘粘合在一起，使正负极片之间贴合更加紧密，有效提高电池循环寿命。另外，当电池因不当使用或破坏性试验而导致电池内部温度升高时，本发明聚合物电池隔膜不易收缩，避免热失控现象的发生，大大提高了电池的安全性能。
附图说明
图1为固定隔膜聚合物电池注液封装后平面剖视示意图。
图2为固定隔膜聚合物电池电芯内部截面图。
图3为固定隔膜聚合物电池真空封装后平面剖视图。
附图中：1、隔膜富余区域；2、铝塑膜封装区域；3、隔膜固定点；4、正极极片；5、负极极片；6、隔膜；7、气袋。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
本发明如图1、图2、图3所示，
一种固定隔膜的聚合物锂离子电池，包括隔膜6，隔膜6以Z字型叠片，隔膜6两侧夹有正极极片4和负极极片5，隔膜6长度和宽度相对于极片长度和宽度有隔膜富余区域1，隔膜富余区域1围取5-15mm，隔膜富余区域1上设置有隔膜固定点3，隔膜富余区域1上粘合有铝塑膜，隔膜富余区域1外侧设置有铝塑膜封装区域2，右侧设置有气袋7。
一种固定隔膜的聚合物锂离子电池的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：将整卷隔膜6以Z字形叠片，隔膜6两侧夹有正极极片4和负极极片5，隔膜6长度和宽度相对于极片长度和宽度有隔膜富余区域1，隔膜富余区域1围取5-15mm；
步骤2：铝塑膜冲壳，顶边和侧边保留宽度选取10-20mm；
步骤3：电芯入壳后通过热压方式将隔膜富余区域1和铝塑膜粘合在一起，调节热压温度、热压压力和热压时间，热压温度选取范围160-240℃，热压面压选取范围0.5-5.0MPa，热压时间选取范围2-8s；隔膜固定点3分布在电池的四条边上，隔膜固定点3宽度小于隔膜相对于极片长度或宽度的富余量，隔膜固定点3长宽范围优选（3-15）mm *（5-30）mm；
步骤4：隔膜6固定后，用热封的方式对铝塑膜封装区域2进行封装，气袋7侧边不封装，以便于电芯注液，封装时确保不封到隔膜6相对于极片的富余区域1；
步骤5：注液化成后的电池，对气袋侧边真空封装时同样要确保不封到隔膜富余区域1。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和保护范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。
实施例：
1．聚合物锂离子电池采用叠片工艺制作，叠片方式可以是整卷隔膜Z字形叠片，也可以先将隔膜裁成单片后逐层堆叠，或其他方式叠片，但不论哪种叠片方式，都要求隔膜长度和宽度相对于极片长度和宽度有一定富余区域1，富余量范围可取3-20mm，根据电芯厚度优选5-15mm。
2. 铝塑膜冲壳时，顶边和侧边保留宽度要考虑到隔膜固定区域1宽度和铝塑膜封装区域2宽度，取值范围6-30mm，根据电芯大小优选10-20mm。
3. 电芯入壳后，通过热压方式将隔膜富余区域1和铝塑膜粘合在一起，根据隔膜和铝塑膜种类不同，适当调节热压温度、热压压力和热压时间，通常热压温度选取范围160-240℃，热压面压选取范围0.5-5.0MPa，热压时间选取范围2-8s。隔膜固定点3可以分布在电池的四条边上，也可以仅分布在电池的某一条边或两条边上，隔膜固定点3长宽范围可根据电池大小和厚度适当取值，优选（3-15）mm *（5-30）mm。
4. 隔膜固定后，用热封的方式对铝塑膜封装区域2进行封装（仅留气袋侧边不封装，以便于电芯注液），封装时确保不封到隔膜相对于极片的富余区域1。
5. 注液化成后的电池，对气袋侧边真空封装时同样要确保不封到隔膜相对于极片的富余区域1。
以10Ah镍钴锰三元聚合物锂离子电池为例，采用Z字形叠片工艺，隔膜选用厚度为25μm的PE材质膜，隔膜长度和宽度相对于极片长度和宽度富余量取10mm。隔膜与铝塑膜粘合时的热压温度取220℃，热压面压取2MPa，热压时间取4s，在其他工艺条件相同的情况下，分别制作三种固定隔膜的聚合物锂离子电池作为实施例，一种普通非固定隔膜聚合物锂离子电池作为比较例。对实施例和比较例的电池做针刺、短路、热冲击实验和循环性能测试，结果示于表1中。
实施例1
仅在聚合物电池底边，用三个面积为5*20mm的隔膜固定点将隔膜和铝塑膜粘结在一起，其他三条边无隔膜固定点。
实施例2
在聚合物电池底边和顶边，分别用三个面积为5*20mm的隔膜固定点将隔膜和铝塑膜粘结在一起，其他两条侧边无隔膜固定点。
实施例3
聚合物电池底边、顶边和两条侧边分别用三个面积为5*20mm的隔膜固定点将隔膜和铝塑膜粘结在一起。
比较例
聚合物电池四条边均无隔膜固定点。
安全性能测试结果列于下表：
表1
由测试结果可以看出，固定隔膜边数越多安全性能相对越好。对比实施例1和比较例可以看出，仅将底边隔膜和铝塑膜固定，过充、针刺、热冲击实验的结果没有太大改善，而将底边和顶边这两条边的隔膜和铝塑膜同时固定，安全性能测试结果改善较为明显。若按实施例3，将电池四条边的隔膜同时与铝塑膜固定在一起，则三项安全性能测试结果表明电池均无漏液现象出现，电池安全性能得到很大提高。

Claims (2)

1.一种固定隔膜的聚合物锂离子电池，包括隔膜（6），其特征是：隔膜（6）以Z字型叠片，隔膜（6）两侧夹有正极极片（4）和负极极片（5），隔膜（6）长度和宽度相对于极片长度和宽度有隔膜富余区域（1），隔膜富余区域（1）围取5-15mm，隔膜富余区域（1）上设置有隔膜固定点（3），隔膜富余区域（1）上粘合有铝塑膜，隔膜富余区域（1）外侧设置有铝塑膜封装区域（2），右侧设置有气袋（7）。
2.一种固定隔膜的聚合物锂离子电池的制作方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1：将整卷隔膜（6）以Z字形叠片，隔膜（6）两侧夹有正极极片（4）和负极极片（5），隔膜（6）长度和宽度相对于极片长度和宽度有隔膜富余区域（1），隔膜富余区域（1）围取5-15mm；
步骤2：铝塑膜冲壳，顶边和侧边保留宽度选取10-20mm；
步骤3：电芯入壳后通过热压方式将隔膜富余区域（1）和铝塑膜粘合在一起，调节热压温度、热压压力和热压时间，热压温度选取范围160-240℃，热压面压选取范围0.5-5.0MPa，热压时间选取范围2-8s；隔膜固定点（3）分布在电池的四条边上，隔膜固定点（3）宽度小于隔膜相对于极片长度或宽度的富余量，隔膜固定点（3）长宽范围优选（3-15）mm *（5-30）mm；
步骤4：隔膜（6）固定后，用热封的方式对铝塑膜封装区域（2）进行封装，气袋（7）侧边不封装，以便于电芯注液，封装时确保不封到隔膜（6）相对于极片的富余区域（1）；
步骤5：注液化成后的电池，对气袋侧边真空封装时同样要确保不封到隔膜富余区域（1）。
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Address after: High tech Zone 277800 Shandong city of Zaozhuang province Thailand five Road Industrial Park, Fuyuan Electronics Group.

Applicant after: Shandong Seiko Electronic Technology Co.,Ltd.

Address before: High tech Zone 277800 Shandong city of Zaozhuang province Thailand five Road Industrial Park, Fuyuan Electronics Group.

Applicant before: SHANDONG SHENGONGHAITE ELECTRONIC TECHNOLOGY LTD.

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP03 Change of name, title or address
CP03 Change of name, title or address

Address after: 277800 No. x6699, Guangming Road, high tech Zone, Zaozhuang City, Shandong Province (north of the junction of Guangming Road and Huaxin Road)

Patentee after: Shandong Jinggong Electronic Technology Co.,Ltd.

Address before: 277800 Shandong Zaozhuang high tech Zone Thailand Industrial Park Fuyuan five road hight Electronics Group

Patentee before: Shandong Seiko Electronic Technology Co.,Ltd.