CN105336976A - 一种锂离子电池叠片单元、电芯及其制备方法、锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子电池叠片单元、电芯及其制备方法、锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。本发明的锂离子电池叠片单元包括内电极片、隔膜以及与内电极片极性相反的外电极片，所述内电极片的两个侧面上分别通过粘结剂粘结有所述隔膜，所述隔膜的外侧面上通过粘结剂粘结有所述外电极片。本发明的锂离子电池叠片单元，一方面能够防止隔膜相对于极片发生错位，避免了正极片和负极片之间发生短路，另一方面，在制作电芯时，由于省去了部分向极片中夹设隔膜的工序，大大节省了电芯制作的时间，提高了锂离子电池的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池叠片单元、电芯及其制备方法、锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
锂离子电池以其工作电压高、能量密度大、循环寿命长、无记忆效应等特点而成为目前电动汽车使用的主流动力电池。当前，我国的新能源汽车产业迎来了快速增长时期，对锂离子动力电池的需求量猛增。但是，目前许多企业的锂离子动力电池产量不能满足电动汽车快速增长的需求，其根本原因在于，锂离子电池生产工艺复杂，特别是大容量的锂离子动力电池，生产工序繁多，而且工艺控制对锂离子电池的电化学性能和安全性有着至关重要的影响，这就导致大容量的锂离子动力电池的生产效率较低。
电芯制备是锂离子电池制造工艺中的一个重要工序，传统的小容量锂离子电池的电芯制备主要采用卷绕的方式。该方式效率较高，生产出的电池的一致性较好，但是其生产出的电池的阻抗较大，电芯的散热性能差，不适合于用作动力电池，一般在电子设备使用的小容量电池制造时使用较多。大容量锂离子动力电池一般采用叠片式制造，即将制得的正极片和负极片的极卷进行裁切，制成所需大小的极片，然后将裁切后的正极片、负极片和隔膜按照一定次序叠放制成电芯。该方式制得的电池阻抗小，散热性能好，适于制备大容量锂离子电池。但是这种方式相对于卷绕式电池的制备效率较低，制作电芯时，极片与隔膜之间的位置需要进行严格对齐，避免出现错位，导致部分极片的容量无法充分利用，或者导致正极片和负极片接触引起短路进而引发安全性问题。为了保证极片和隔膜之间出现错位，通常情况下会采用较为复杂的工装来进行控制极片和隔膜的位置及移动，甚至加入人工操作来提高电芯的对齐精度。这样就大大降低了电池的生产效率，而且很难做到较高的对齐精度，在制成的锂离子电池中仍然会出现极片错位现象，造成电池容量下降，甚至引发安全事故。
为了解决上述问题，现有技术中有采用“制袋式”电芯制备方法，即将隔膜制成袋装，将极片装入袋子内，完全避免了极片与隔膜之间的错位现象。但是这种方式生产效率极低，无法满足锂离子动力电池的生产需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高叠片效率的锂离子电池叠片单元，本发明的目的还在于提供一种使用上述锂离子电池叠片单元的电芯及锂离子电池。
为了实现以上目的，本发明的锂离子电池叠片单元的技术方案如下：
一种锂离子电池叠片单元，包括内电极片、隔膜以及与内电极片极性相反的外电极片，所述内电极片的两个侧面上分别通过粘结剂粘结有所述隔膜，所述隔膜的外侧面上通过粘结剂粘结有所述外电极片。
本发明的锂离子电池叠片单元为正极叠片单元或者负极叠片单元，正极叠片单元是在正极片两面粘结上隔膜并在每一面的隔膜的外表面上粘结负极片构成的，负极叠片单元是在负极片两面粘结上隔膜，并在每一面的隔膜的外表面上粘结正极片构成的。
本发明的锂离子电池叠片单元一方面能够防止隔膜相对于电极片发生错位，避免电极片之间发生短路，另一方面，在制作电芯时，省去了部分向电极片之间夹设隔膜的工序，大大节省了电芯制作的时间，提高了锂离子电池的生产效率。
上述锂离子电池叠片单元的制备方法包括如下步骤：
1)将粘结剂分别涂在隔膜的两个表面上，得到涂有粘结剂涂层的隔膜；
2)在正极片或者负极片的两个表面上分别粘结步骤1)得到的涂有粘结剂涂层的隔膜，并在两面的隔膜的外表面上粘结负极片或者正极片，制得正极叠片单元或者负极叠片单元，即为所述锂离子电池叠片单元。
本发明的电芯的技术方案如下：
一种电芯，包括上述锂离子电池叠片单元，所述锂离子电池叠片单元包括内电极片为正极片的正极叠片单元和内电极片为负极片的负极叠片单元，所述正极叠片单元与负极叠片单元依次交替叠放，两个相邻的锂离子电池叠片单元之间通过粘结剂粘结有电芯隔膜。
本发明的电芯中所有的极片与隔膜之间都粘结为一体，在电池的装配过程中，极片与极片之间、极片与隔膜之间都不会发生相对移动，也避免了极片上的活性物质暴露而被碰撞导致掉粉，避免了后期对电芯的修复、返工，提高了装配效率和成品合格率，本发明的电芯的生产效率较现有技术中的电芯的生产效率提高了三倍以上。
所述电芯隔膜为一条连续的带状隔膜，呈“Z”形折叠，所述正极叠片单元和负极叠片单元依次交替插装在所述带状隔膜折叠形成的空间内。该“Z”形折叠的带状隔膜可以避免隔膜相对于叠片单元发生位移，提高了叠片单元与隔膜的组装效率。电芯隔膜也可以采用与叠片单元中的隔膜大小一致的隔膜，以提高加工效率。
本发明的离子电池叠片单元和电芯的正极片或负极片均为现有技术中的正极片或者负极片，正极片由铝箔和涂覆在铝箔两个表面的正极活性物质构成，负极片由铜箔及涂覆在铜箔两个表面上的负极活性物质构成，所述正极片和负极片的厚度均为90-200μm。
本发明的离子电池叠片单元和电芯中，为了避免粘结剂涂层引起极片阻抗增大，粘结剂涂层的厚度不宜过大，为了保证隔膜能够牢固地粘结在极片表面，粘结剂涂层的厚度也不宜过小，一般的，所述粘结剂涂层的厚度为4-8μm。
本发明的离子电池叠片单元和电芯中所述粘结剂使用本领域常用的粘结剂即可，为了将粘结剂涂层对锂离子电池的电化学性能的影响降到最低，优选的，粘结剂由如下重量份数的组分组成：0.5-1.5份的乙烯-醋酸乙烯共聚物、100-150份的硫酸钡颗粒、1-1.5份的羧甲基纤维素钠、98.5-99份的水。
为了使电芯的最外端的极片均为负极片，所述电芯两端的最外侧锂离子电池叠片单元均为正极叠片单元。电芯一端最外侧的正极叠片单元可以使用负极片替代，这样也可以保证极组最外端的极片均为负极片。
本发明的电芯的制备方法的技术方案如下：
上述电芯的制备方法包括如下步骤：
1)将粘结剂分别涂在隔膜的两个表面，得到涂有粘结剂涂层的隔膜；
2)将正极叠片单元、负极叠片单元及步骤1)得到的涂有粘结剂涂层的隔膜依次交替进行叠片，得到极组，压制，即得。
本发明的电芯的制备方法采用一条长的涂有粘结剂涂层的隔膜将正极叠片单元和负极叠片单元依次交替包裹，使隔膜粘结在正极叠片单元和负极叠片单元的外表面上，制成极组，长的隔膜相对于电池叠片单元来说非常容易控制其位置，避免隔膜相对于极片发生错位，将极组压制后，使隔膜与叠片单元之间的粘结更加牢固。
所述压制采用0.1-0.3MPa的压力压制2-5s。
所述电芯隔膜为一条连续的带状隔膜，与正极叠片单元和负极叠片单元进行“Z”形叠片。所述“Z”型叠片是将正极叠片单元和负极叠片单元依次交替放入涂有粘结剂涂层的隔膜折叠形成的“V”型空间或“U”型空间内，使制成的极组从一端到另一端按照正极叠片单元、隔膜、负极叠片单元、隔膜…的顺序排列。
本发明的锂离子电池的技术方案如下：
一种使用上述电芯的锂离子电池。
本发明的锂离子电池采用上述锂离子电池叠片单元制备而成，隔膜与极片之间、极片与极片之间都不会发生相对位移，避免了隔膜、极片之间的错位现象，避免了极片上的活性物质由于暴露而脱落，提高了装配效率，也避免了极片之间发生短路，大大提高了电池的安全性。
附图说明
图1为本发明实施例1的正极叠片单元的结构示意图；
图2为本发明实施例1的负极叠片单元的结构示意图；
图3为本发明实施例1的电芯的极组的结构示意图；
图4为本发明实施例3的电芯的极组的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明。
实施例1
本实施例的锂离子电池叠片单元为正极叠片单元或者负极叠片单元；
如图1所示，正极叠片单元由正极片1、隔膜3及负极片2构成，正极片1的两个侧面上分别通过粘结剂粘结有隔膜3，每一个侧面上的隔膜3的外侧面上通过粘结剂粘结有负极片2；如图2所示，负极叠片单元由负极片2、隔膜3及正极片1构成，负极片2的两个侧面上分别通过粘结剂粘结有隔膜3，每一个侧面上的隔膜3的外侧面上通过粘结剂粘结有正极片2；
正极片1由铝箔及涂覆在铝箔两面的正极活性物质层构成，正极片的厚度为120μm，负极片2由铜箔及涂覆在铜箔两面的负极活性物质层构成，负极片的厚度为118μm，每片涂有粘结剂涂层的隔膜3的面积比正极片和负极片的面积略大，负极片的面积比正极片的面积略大；
上述粘结剂由如下重量份数的组分组成：1份的乙烯-醋酸乙烯共聚物、120份的硫酸钡颗粒、1.2份的羧甲基纤维素钠、98.8份的水。
上述正极叠片单元的制备方法包括如下步骤：
1)将粘结剂涂在聚烯烃微孔膜的两个表面，涂覆厚度为4μm，得到涂有粘结剂涂层的隔膜；
2)取两片步骤1)得到的涂有粘结剂涂层的隔膜，分别粘结在正极片的两个表面上，并在每一面的隔膜的外侧表面上粘结负极片，制得正极叠片单元；
上述负极叠片单元的制备方法包括如下步骤：
1)将粘结剂涂在聚烯烃微孔膜的两个表面，涂覆厚度为4μm，得到涂有粘结剂涂层的隔膜；
2)取两片步骤1)得到的涂有粘结剂涂层的隔膜，分别粘结在负极片的两个表面上，并在每一面的隔膜的外侧表面上粘结正极片，制得负极叠片单元；
本实施例的电芯包括依次交替叠放的正极叠片单元和负极叠片单元，每两个相邻的正极叠片单元和负极叠片单元之间通过粘结剂粘结有隔膜，所述隔膜为一条呈“Z”折叠而夹设在正极叠片单元和负极叠片单元之间的长隔膜，隔膜两面通过粘结与相邻的叠片单元的表面粘结，正极叠片单元和负极叠片单元分别处于隔膜折叠形成的“V”型空间内，电芯处于最外侧的锂离子电池叠片单元均为正极叠片单元。
本实施例的电芯的制备方法包括如下步骤：
1)将粘结剂涂在聚烯烃微孔膜的两个表面，涂覆厚度为4μm，得到涂有粘结剂涂层的隔膜3；
2)如图3所示，将上述正极叠片单元4、负极叠片单元5与步骤1)制得的涂有粘结剂涂层的隔膜依次交替进行“Z”型叠片，即将涂有粘结剂涂层的隔膜进行“Z”型折叠，并将正极叠片单元4和负极叠片单元5依次交替放入涂有粘结剂涂层的隔膜折叠形成的“V”型空间内，保证处于最外侧的锂离子电池叠片单元均为正极叠片单元，得到极组，将极组两端施加0.2MPa的压力压制3s，即得。
本实施例的锂离子电池使用上述电芯，入壳，注液，封口，制得7082140方形软包锂离子电池。
实施例2
本实施例的锂离子电池叠片单元为正极叠片单元或者负极叠片单元；正极叠片单元由正极片、隔膜及负极片构成，正极片的两个侧面上分别通过粘结剂粘结有隔膜，每一个侧面上的隔膜的外侧面上通过粘结剂粘结有负极片；极叠片单元由负极片、隔膜及正极片构成，负极片的两个侧面上分别通过粘结剂粘结有隔膜，每一个侧面上的隔膜的外侧面上通过粘结剂粘结有正极片；
正极片由铝箔及涂覆在铝箔两面的正极活性物质层构成，正极片的厚度为120μm，负极片由铜箔及涂覆在铜箔两面的负极活性物质层构成，负极片的厚度为118μm，每片涂有粘结剂涂层的隔膜的面积比正极片和负极片的面积略大，负极片的面积比正极片的面积略大；
上述粘结剂由如下重量份数的组分组成：0.5份的乙烯-醋酸乙烯共聚物、100份的硫酸钡颗粒、1份的羧甲基纤维素钠、99份的水。
上述正极叠片单元的制备方法包括如下步骤：
1)将粘结剂涂在聚烯烃微孔膜的两个表面，涂覆厚度为4μm，得到涂有粘结剂涂层的隔膜；
2)取两片步骤1)得到的涂有粘结剂涂层的隔膜，分别粘结在正极片的两个表面上，并在每一面的隔膜的外侧表面上粘结负极片，制得正极叠片单元；
上述负极叠片单元的制备方法包括如下步骤：
1)将粘结剂涂在聚烯烃微孔膜的两个表面，涂覆厚度为4μm，得到涂有粘结剂涂层的隔膜；
2)取两片步骤1)得到的涂有粘结剂涂层的隔膜，分别粘结在负极片的两个表面上，并在每一面的隔膜的外侧表面上粘结正极片，制得负极叠片单元；
本实施例的电芯包括依次交替叠放的正极叠片单元和负极叠片单元，每两个相邻的正极叠片单元和负极叠片单元之间通过粘结剂粘结有隔膜，所述隔膜为一条呈“Z”折叠而夹设在正极叠片单元和负极叠片单元之间的长隔膜，隔膜两面通过粘结与相邻的叠片单元的表面粘结，正极叠片单元和负极叠片单元分别处于隔膜折叠形成的“V”型空间内，处于最外侧的锂离子电池叠片单元均为正极叠片单元。
本实施例的电芯的制备方法包括如下步骤：
1)将粘结剂涂在聚烯烃微孔膜的两个表面，涂覆厚度为4μm，得到涂有粘结剂涂层的隔膜；
2)将上述正极叠片单元、负极叠片单元与步骤1)制得的涂有粘结剂涂层的隔膜依次交替进行“Z”型叠片，即将涂有粘结剂涂层的隔膜进行“Z”型折叠，并将正极叠片单元和负极叠片单元依次交替放入涂有粘结剂涂层的隔膜折叠形成的“V”型空间内，保证处于最外侧的锂离子电池叠片单元均为正极叠片单元，得到极组，将极组两端施加0.1MPa的压力压制5s，即得。
本实施例的锂离子电池使用上述电芯，入壳，注液，封口，制得7082140方形软包锂离子电池。
实施例3
本实施例的锂离子电池叠片单元为正极叠片单元或者负极叠片单元；正极叠片单元由正极片、隔膜及负极片构成，正极片的两个侧面上分别通过粘结剂粘结有隔膜，每一个侧面上的隔膜的外侧面上通过粘结剂粘结有负极片；极叠片单元由负极片、隔膜及正极片构成，负极片的两个侧面上分别通过粘结剂粘结有隔膜，每一个侧面上的隔膜的外侧面上通过粘结剂粘结有正极片；
正极片由铝箔及涂覆在铝箔两面的正极活性物质层构成，正极片的厚度为120μm，负极片由铜箔及涂覆在铜箔两面的负极活性物质层构成，负极片的厚度为118μm，每片涂有粘结剂涂层的隔膜的面积比正极片和负极片的面积略大，负极片的面积比正极片的面积略大；
上述粘结剂由如下重量份数的组分组成：1.5份的乙烯-醋酸乙烯共聚物、150份的硫酸钡颗粒、1.5份的羧甲基纤维素钠、98.5份的水。
上述正极叠片单元的制备方法包括如下步骤：
1)将粘结剂涂在聚烯烃微孔膜的两个表面，涂覆厚度为4μm，得到涂有粘结剂涂层的隔膜；
2)取两片步骤1)得到的涂有粘结剂涂层的隔膜，分别粘结在正极片的两个表面上，并在每一面的隔膜的外侧表面上粘结负极片，制得正极叠片单元；
上述负极叠片单元的制备方法包括如下步骤：
1)将粘结剂涂在聚烯烃微孔膜的两个表面，涂覆厚度为4μm，得到涂有粘结剂涂层的隔膜；
2)取两片步骤1)得到的涂有粘结剂涂层的隔膜，分别粘结在负极片的两个表面上，并在每一面的隔膜的外侧表面上粘结正极片，制得负极叠片单元；
本实施例的电芯包括依次交替叠放的正极叠片单元和负极叠片单元，每两个相邻的正极叠片单元和负极叠片单元之间通过粘结剂粘结有隔膜，所述隔膜为一条呈“Z”折叠而夹设在正极叠片单元和负极叠片单元之间的长隔膜，隔膜两面通过粘结与相邻的叠片单元的表面粘结，正极叠片单元和负极叠片单元分别处于隔膜折叠形成的“V”型空间内，处于电芯一端最外侧的锂离子电池叠片单元为正极叠片单元，处于电芯另一端最外侧的“V”型空间内夹设负极片。
本实施例的电芯的制备方法包括如下步骤：
1)将粘结剂涂在聚烯烃微孔膜的两个表面，涂覆厚度为4μm，得到涂有粘结剂涂层的隔膜；
2)将上述正极叠片单元4、负极叠片单元5与步骤1)制得的涂有粘结剂涂层的隔膜依次交替进行“Z”型叠片，即将涂有粘结剂涂层的隔膜进行“Z”型折叠，并将正极叠片单元和负极叠片单元依次交替放入涂有粘结剂涂层的隔膜折叠形成的“V”型空间内，得到极组，如图4所示，极组一端最外侧的锂离子电池叠片单元为正极叠片单元，另一端的最外侧使用负极片2放入“V”型空间内，保证处于极组最外侧的极片均为负极片，将极组两端施加0.3MPa的压力压制2s，即得。
本实施例的锂离子电池使用上述电芯，入壳，注液，封口，制得7082140方形软包锂离子电池。
对比例
本对比例中的正极片和负极片均采用现有技术中的方法制得，即正极片由铝箔及涂覆在铝箔两个表面的正极活性物质构成，负极片由铜箔及涂覆在铜箔两个表面的负极活性物质构成。
本对比例中的锂离子电池电芯由上述正极片和负极片按照正极片、隔膜、负极片隔膜的顺序依次叠放制得。
本对比例的锂离子电池使用上述锂离子电池电芯，入壳，注液，封口制成7082140方形软包锂离子电池。
实验例
1)充放电测试。
将实施例1-3及对比例制得的锂离子电池按照如下步骤进行充放电测试：
表1实施例1-3及对比例中的锂离子电池的充放电测试制度
| 序号 | 工步 | 电流(mA) | 电压(mV) | 限制时间(min) | 截止电流(mA) |
| 1 | 搁置 | - | - | 5 | - |
| 2 | 恒流恒压充电 | 4000 | 4200 | 120 | 400 |
| 3 | 搁置 | - | - | 5 | - |
| 4 | 恒流放电 | 8000 | 3000 | 90 | (容量记录步) |
| 5 | 搁置 | - | - | 5 | |
| 6 | 恒流恒压充电 | 8000 | 3960 | 90 | 400 |
| 7 | 搁置 | - | - | 5 | - |
注：第4步为容量记录步。
2)内阻测试。
容量分选完成的电池充至满电用交流内阻测试仪进行电池内阻测试。
测试结果如表2所示。
表2实施例1-3及对比例中的锂离子电池的电化学性能
| 样品 | 容量(mAh) | 内阻(mΩ) |
| 实施例1 | 8652 | 3.26 |
| 实施例2 | 8640 | 3.31 |
| 实施例3 | 8620 | 3.28 |
| 对比例 | 8672 | 3.28 |
由表2可以看出，本发明的锂离子电池与现有技术中的锂离子电池相比，容量和内阻等性能基本持平。
Claims (10)
1.一种锂离子电池叠片单元，其特征在于，包括内电极片、隔膜以及与内电极片极性相反的外电极片，所述内电极片的两个侧面上分别通过粘结剂粘结有所述隔膜，所述隔膜的外侧面上通过粘结剂粘结有所述外电极片。
2.如权利要求1所述的锂离子电池叠片单元，其特征在于，所述粘结剂由如下重量份数的组分组成：0.5-1.5份的乙烯-醋酸乙烯共聚物、100-150份的硫酸钡颗粒、1-1.5份的羧甲基纤维素钠、98.5-99份的水。
3.一种电芯，其特征在于，包括如权利要求1所述的锂离子电池叠片单元，所述锂离子电池叠片单元包括内电极片为正极片的正极叠片单元和内电极片为负极片的负极叠片单元，所述正极叠片单元与负极叠片单元依次交替叠放，两个相邻的锂离子电池叠片单元之间通过粘结剂粘结有电芯隔膜。
4.如权利要求3所述的电芯，其特征在于，所述电芯隔膜为一条连续的带状隔膜，呈“Z”形折叠，所述正极叠片单元和负极叠片单元依次交替插装在所述带状隔膜折叠形成的空间内。
5.如权利要求3所述的电芯，其特征在于，所述粘结剂由如下重量份数的组分组成：0.5-1.5份的乙烯-醋酸乙烯共聚物、100-150份的硫酸钡颗粒、1-1.5份的羧甲基纤维素钠、98.5-99份的水。
6.如权利要求3所述的电芯，其特征在于，所述电芯两端最外侧的锂离子电池叠片单元均为正极叠片单元。
7.如权利要求4所述的电芯，其特征在于，所述电芯一端最外侧的正极叠片单元采用负极片代替。
8.如权利要求3所述的电芯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将粘结剂分别涂在隔膜的两个表面，得到涂有粘结剂涂层的电芯隔膜；
2)将正极叠片单元、负极叠片单元及步骤1)得到的涂有粘结剂涂层的电芯隔膜依次交替进行叠片，得到极组，压制，即得。
9.如权利要求8所述的电芯的制备方法，其特征在于，所述电芯隔膜为一条连续的带状隔膜，呈“Z”形折叠，所述正极叠片单元和负极叠片单元依次交替插装在所述带状隔膜折叠形成的空间内。
10.一种使用如权利要求3-7任意一项所述电芯的锂离子电池。
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