CN104900909A - 无机隔离层锂离子电池及生产方法和生产装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是通过在电池极片涂覆耐高温、绝缘的无机化合物材料实现的。无机涂覆层取代隔膜实现使正负极电子绝缘、吸收电解液后使正负极离子导通。无机涂覆层在200摄氏度的高温下不会发生电子绝缘故障，可以保证锂离子电池在200摄氏度的高温下不会出现内部短路，大大提高锂离子电池的安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池，特别涉及到一种无隔膜的锂离子电池。
背景技术
锂离子电池通常由正极、负极、隔膜、电解液、外壳等组成，其中隔膜的作用主要是使正负极电子绝缘、吸收电解液后使正负极离子导通。隔膜通常是由高分子多空材料构成，高分子材料通常不耐高温，在超过一定温度一般会出现融化，如常用的隔膜材料PP、PE在温度超过140摄氏度会出现融化。锂离子电池如内部出现微短路，局部高温融化隔膜，引起锂离子电池内部短路，严重影响锂离子电池的安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种无隔膜的锂离子电池，提高锂离子电池的高温安全性能。
本发明是通过在电池极片涂覆耐高温、绝缘的无机化合物材料实现的。无机涂覆层取代隔膜实现使正负极电子绝缘、吸收电解液后使正负极离子导通。无机涂覆层在200摄氏度的高温下不会发生电子绝缘故障，可以保证锂离子电池在200摄氏度的高温下不会出现内部短路，大大提高锂离子电池的安全性能。
锂离子电池极片无机涂覆层的涂覆浆料由无机化合物粉粒、粘合剂、溶剂组成。无机化合物粉粒为三氧化二铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化镁、钛酸钡、硅酸铝等无机化合物的一种或多种混合物，微粉大小为1纳米到50微米，微粉形状可以是球形、块状、纤维状等。粘合剂与溶剂匹配，可以是水系如CMC、SBR等，也可以是有机系如PVDF+NMP、PVDF+DMF等。涂覆层的粘合剂与无机粉粒的比例为1：2到1：999。锂离子电池极片无机涂覆层的涂覆方式可以是喷涂、刷涂、辊涂等方式。涂覆干燥可以是热风干燥、红外加热干燥、微波加热干燥或混合干燥等。涂覆层可以压实也可以不压实，压实方式可以滚压也可以平压。
锂离子电池极片涂覆无机涂覆层可以是正极极片双面涂覆负极极片不涂覆、负极极片双面涂覆正极极片不涂覆、正负极极片各涂覆一面、正负极极片都双面涂覆或一个双面涂覆一个单面涂覆。
无隔膜的无机隔离层锂离子电池可以是圆柱形电池也可以是方形电池或异形电池，可以是卷绕电池也可以是叠片电池，可以是硬壳电池也可以是软包装电池。
无隔膜的无机隔离层锂离子电池的电池体系可以是磷酸铁锂/碳、三元/碳也可以是磷酸铁锂/钛酸锂、三元/钛酸锂或者是其他体系。
无隔膜锂离子电池的生产主要可以分为四个工艺流程：极片制作、装配、注液、化成。所述的极片制作分为正极极片制作与负极极片制作，正极极片制作的主要流程为：铝箔放卷、正极浆料涂覆、极片干燥、极片压实、无机绝缘浆料涂覆、极片干燥、极片成型。负极极片制作的主要流程为：铜箔放卷、负极浆料涂覆、极片干燥、极片压实、无机绝缘浆料涂覆、极片干燥、极片成型。所述的装配有二种装配方式，一是圆柱形电池的卷绕式装配工艺，一是方形电池的叠片式装配工艺。卷绕工艺是正负极极片叠放直接卷绕，正负极之间不需放隔膜。叠片工艺是正负极极片交替叠放，正负极之间没有隔膜。注液、化成与常规锂离子电池工艺相同。
具有无机涂覆层极片的生产装置主要由放卷装置、浆料涂覆装置、干燥装置、压实装置及极片成型装置组成。放卷装置主要负责将集流体金属箔带展开，放卷装置具有纠偏装置及张力控制装置。浆料涂覆装置负责将待涂覆的浆料均匀涂覆到金属箔带表面。干燥装置负责将涂覆的浆料干燥，干燥方式可以是热风干燥、红外加热干燥、微波加热干燥或混合干燥等。压实装置负责将极片压实，压实方式可以滚压也可以平压。极片成型装置负责将极片切割成型。无机涂覆极片生产线的装置按下列方式排布：放卷装置、活性物质浆料涂覆装置、干燥装置、压实装置、无机绝缘浆料涂覆装置、干燥装置、极片成型装置。
附图说明
图1是无机隔离层锂离子电池负极极片截面示意图
其中11—铜箔，12—负极涂覆层，13—无机绝缘涂覆层。
图2是无机隔离层锂离子电池正极极片截面示意图
其中21—铝箔。22—正极涂覆层。23—无机绝缘涂覆层。
实施方式
实施例一
铜卷经放卷装置放卷展开，经负极浆料涂覆装置双面涂覆负极浆料，经红外、热风复合干燥装置去除溶剂，经滚压装置压实涂覆的负极浆料层，经无机绝缘浆料涂覆装置连续喷涂三氧化二铝绝缘层，经热风干燥装置去除溶剂，经极片成型装置切割成型为带极耳的负极片。所述铜卷的铜箔为电解铜箔，厚度为0.01毫米。所述的负极浆料为天然石墨加水系粘结剂SBR，干比例为97：3，单面涂覆厚度为150克每平方米。所述的无机绝缘浆料的主要成分为三氧化二铝与水系粘结剂SBR，干比例为90：10，涂覆层厚度为0.01毫米。 铝卷经放卷装置放卷展开，经正极浆料涂覆装置双面涂覆正极浆料，经红外、热风复合干燥装置去除溶剂，经滚压装置压实涂覆的正极浆料层，经无机绝缘浆料涂覆装置涂覆三氧化二铝绝缘层，经热风干燥装置去除溶剂，经极片成型装置切割成型为带极耳的正极片。所述铝卷的铝箔为压延铝箔，厚度为0.02毫米。所述的正极浆料为三元材料、导电剂与水系粘结剂SBR，干比例为92：5：3，单面涂覆厚度为300克每平方米。所述的无机绝缘浆料的主要成分为三氧化二铝与水系粘结剂SBR，干比例为90：10，涂覆层厚度为0.01毫米。正负极极片交替叠放，正极极耳焊接成正极极柱，负极极耳焊接成负极极柱，正极极柱与帽盖的正极焊接，负极极柱与帽盖的负极焊接。正负极极片叠放成的电芯用绝缘胶带包覆放入方形电池壳内，帽盖与壳体焊接，注入电解液，封闭注液口，电池化成。
铜卷经放卷装置放卷展开，经负极浆料涂覆装置双面涂覆负极浆料，经红外、热风复合干燥装置去除溶剂，经滚压装置压实涂覆的负极浆料层，经无机绝缘浆料涂覆装置涂覆三氧化二铝绝缘层，经热风干燥装置去除溶剂，经极片成型装置切割成型为带极耳的负极片。所述铜卷的铜箔为电解铜箔，厚度为0.01毫米。所述的负极浆料为天然石墨加水系粘结剂SBR，干比例为97：3，单面涂覆厚度为150克每平方米。所述的无机绝缘浆料的主要成分为三氧化二铝与水系粘结剂SBR，干比例为90：10，涂覆层厚度为0.01毫米。 铝卷经放卷装置放卷展开，经正极浆料涂覆装置双面涂覆正极浆料，经红外、热风复合干燥装置去除溶剂，经滚压装置压实涂覆的正极浆料层，经极片成型装置切割成型为带极耳的正极片。所述铝卷的铝箔为压延铝箔，厚度为0.02毫米。所述的正极浆料为三元材料、导电剂与水系粘结剂SBR，干比例为92：5：3，单面涂覆厚度为300克每平方米。正负极极片交替叠放，正极极耳焊接成正极极柱，负极极耳焊接成负极极柱，正极极柱与帽盖的正极焊接，负极极柱与帽盖的负极焊接。正负极极片叠放成的电芯用绝缘胶带包覆放入方形电池壳内，帽盖与壳体焊接，注入电解液，封闭注液口，电池化成。
铜卷经放卷装置放卷展开，经负极浆料涂覆装置双面涂覆负极浆料，经红外、热风复合干燥装置去除溶剂，经滚压装置压实涂覆的负极浆料层，经无机绝缘浆料涂覆装置涂覆三氧化二铝绝缘层，经热风干燥装置去除溶剂，经极片成型装置切割成型为带极耳的负极片。所述铜卷的铜箔为电解铜箔，厚度为0.01毫米。所述的负极浆料为天然石墨加水系粘结剂SBR，干比例为97：3，单面涂覆厚度为150克每平方米。所述的无机绝缘浆料的主要成分为三氧化二铝与水系粘结剂SBR，干比例为90：10，涂覆层厚度为0.01毫米。 铝卷经放卷装置放卷展开，经正极浆料涂覆装置双面涂覆正极浆料，经红外、热风复合干燥装置去除溶剂，经滚压装置压实涂覆的正极浆料层，经无机绝缘浆料涂覆装置涂覆三氧化二铝绝缘层，经热风干燥装置去除溶剂，经极片成型装置切割成型为带极耳的正极片。所述铝卷的铝箔为压延铝箔，厚度为0.02毫米。所述的正极浆料为磷酸铁锂材料、导电剂与有机系PVDF+NMP，干比例为90：5：5，单面涂覆厚度为280克每平方米。所述的无机绝缘浆料的主要成分为三氧化二铝、PVDF+NMP，干比例为90：10，涂覆层厚度为0.01毫米。正负极极片交替叠放，正极极耳焊接成正极极柱，负极极耳焊接成负极极柱，正极极柱与帽盖的正极焊接，负极极柱与帽盖的负极焊接。正负极极片叠放成的电芯用绝缘胶带包覆放入方形电池壳内，帽盖与壳体焊接，注入电解液，封闭注液口，电池化成。
铜卷经放卷装置放卷展开，经负极浆料涂覆装置双面涂覆负极浆料，经红外、热风复合干燥装置去除溶剂，经滚压装置压实涂覆的负极浆料层，经无机绝缘浆料涂覆装置涂覆三氧化二铝绝缘层，经热风干燥装置去除溶剂，经极片成型装置切割成型为带极耳的负极片。所述铜卷的铜箔为电解铜箔，厚度为0.01毫米。所述的负极浆料为天然石墨加水系粘结剂SBR，干比例为97：3，单面涂覆厚度为150克每平方米。所述的无机绝缘浆料的主要成分为三氧化二铝与水系粘结剂SBR，干比例为90：10，涂覆层厚度为0.01毫米。 铝卷经放卷装置放卷展开，经正极浆料涂覆装置双面涂覆正极浆料，经红外、热风复合干燥装置去除溶剂，经滚压装置压实涂覆的正极浆料层，经极片成型装置切割成型为带极耳的正极片。所述铝卷的铝箔为压延铝箔，厚度为0.02毫米。所述的正极浆料为磷酸铁锂材料、导电剂与有机系PVDF+NMP，干比例为90：5：5，单面涂覆厚度为280克每平方米。正负极极片交替叠放，正极极耳焊接成正极极柱，负极极耳焊接成负极极柱，正极极柱与帽盖的正极焊接，负极极柱与帽盖的负极焊接。正负极极片叠放成的电芯用绝缘胶带包覆放入方形电池壳内，帽盖与壳体焊接，注入电解液，封闭注液口，电池化成。
铜卷经放卷装置放卷展开，经负极浆料涂覆装置双面涂覆负极浆料，经红外、热风复合干燥装置去除溶剂，经滚压装置压实涂覆的负极浆料层，经无机绝缘浆料涂覆装置涂覆三氧化二铝绝缘层，经热风干燥装置去除溶剂，经滚压装置压实涂覆的无机绝缘层，经极片成型装置切割成型为带极耳的负极片。所述铜卷的铜箔为电解铜箔，厚度为0.01毫米。所述的负极浆料为天然石墨加水系粘结剂SBR，干比例为97：3，单面涂覆厚度为150克每平方米。所述的无机绝缘浆料的主要成分为二氧化硅与水系粘结剂SBR，干比例为90：10，涂覆层厚度为0.01毫米。 铝卷经放卷装置放卷展开，经正极浆料涂覆装置双面涂覆正极浆料，经红外、热风复合干燥装置去除溶剂，经滚压装置压实涂覆的正极浆料层，经极片成型装置切割成型为带极耳的正极片。所述铝卷的铝箔为压延铝箔，厚度为0.02毫米。所述的正极浆料为磷酸铁锂材料、导电剂与有机系PVDF+NMP，干比例为90：5：5，单面涂覆厚度为280克每平方米。正负极极片交替叠放，正极极耳焊接成正极极柱，负极极耳焊接成负极极柱，正极极柱与帽盖的正极焊接，负极极柱与帽盖的负极焊接。正负极极片叠放成的电芯用绝缘胶带包覆放入方形电池壳内，帽盖与壳体焊接，注入电解液，封闭注液口，电池化成。
Claims (10)
1.一种锂离子电池，主要由正极、负极、电解液及外壳组成，其特征在于正极片与负极片之间没有传统的隔膜，正负极之间的电子绝缘由极片表面的无机涂覆层实现。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于无机涂覆层的厚度为0.1—500微米，优选为1—20微米。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于负极片双面涂覆无机绝缘层，正极片双面涂覆无机绝缘层。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于无机涂覆层的成分主要为氧化铝。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于其为正负极片交替叠放的方形叠片电池。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于其为方形叠片电池，正负极片交替叠放，正负极片各双面涂覆氧化铝层，氧化铝涂覆层的厚度为为1—20微米，正极材料为三元材料，负极为碳材料。
7.一种锂离子电池的生产方法，主要包括极片生产、电池装配、注液、化成工序，其特征在于其极片生产工艺为放卷、涂覆电极浆料、干燥、压实、涂覆无机绝缘浆料、干燥、极片成型。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池生产方法，其特征在于无机绝缘浆料的涂覆方法为连续喷涂。
9.一种锂离子电池极片生产装置，主要由放卷装置、涂覆装置、干燥装置、滚压装置、喷涂装置、干燥装置及极片成型装置组成，其特征在于在滚压装置后有连续喷涂与干燥装置。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池极片生产装置，其特征在于连续喷涂与干燥装置后增加有滚压装置。
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