CN106505255A - 一种无隔膜锂离子电芯的制作工艺及电池 - Google Patents

一种无隔膜锂离子电芯的制作工艺及电池 Download PDF

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Abstract

本发明是一种无隔膜锂离子电芯的制作工艺，工艺方法包括，将陶瓷粉体浆料涂覆于正极片和/或负极片的表面，然后将正、负极片装配成电芯。本发明中，在正极或负极的表面上涂覆陶瓷粉体浆料，然后将其装配，取消了现有的隔膜，提高了正极与负极装配时的机械强度，避免了普通隔膜在使用时发生穿刺而电池鼓包爆炸的现象，有效防止了短路现象的发生，再进一步，具有微孔多向性，保证正负极之间的电子绝缘和离子导通特性的需求。本发明还设计了应用该工艺制成的电池。

Description

一种无隔膜锂离子电芯的制作工艺及电池
技术领域
本发明涉及电池装配技术领域，具体的是一种无隔膜锂离子电芯的制作工艺及电池。
背景技术
在电池装配技术领域中，电池隔膜是在电池正极和负极之间的一层隔膜材料，影响着电池的安全性，其作用是隔离正负极并使电池内的电子不能自由穿过，而让电解液中的离子能在正负极之间自由通过。电池隔膜一般是采用聚乙烯或聚丙烯等树脂材料制成。但是在现有技术中隔膜机械强度差，很容易被穿刺，热稳定性差，很容易产生电池起鼓或爆炸的问题。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明设计了一种无隔膜锂离子电芯的制作工艺，为解决由于隔膜机械强度差，热稳定性差而引起的电池安全性低的问题。本发明是采用如下技术方案实现的：
一种无隔膜锂离子电芯的制作工艺，将陶瓷粉体浆料涂覆于正极片和/或负极片的表面，然后将正、负极片装配成电芯。
优选地，所述陶瓷粉体浆料包括陶瓷粉和粘合剂。
优选地，所述陶瓷粉与粘合剂的质量比为(3～50):1。
优选地，陶瓷粉为Al2O3和/或MgO。
优选地，所述粘合剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、环氧树脂、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、丁苯橡胶乳液、羧甲基纤维素钠中的至少一种。
进一步，上述电芯的制作工艺，包括如下步骤：
步骤一，配制将陶瓷粉与粘合剂混合并分散于溶剂中，调制成陶瓷粉体的膏状浆料；
步骤二，将步骤一得到的膏状浆料均匀涂覆于已经制作好的正和/或负极片的表面，制成涂覆有陶瓷层的正和/或负极片；
步骤三，装配步骤二得到的正负极片得到电芯。
优选地，所述膏状浆料的固含量为30％～80％。
优选地，步骤二中，将膏状浆料均匀涂覆于已经制作好的正和/或负极片所采用的涂覆方式为液态涂膜技术或3D打印技术。
优选地，步骤二中，将膏状浆料均匀涂覆于已经制作好的正和/或负极片的表面后，经辊压工艺压实形成陶瓷层。
优选地，步骤二中，陶瓷层的厚度为10～40μm。
优选地，步骤一中，陶瓷粉的颗粒粒度为1～5μm。
优选地，步骤一中，溶剂为NMP、丙酮或去离子水。
本发明还设计了一种电池，由上述任一所述电芯装配而成。
本发明中，在正极或负极的表面上涂覆陶瓷粉体浆料，然后将其装配，取消了现有的隔膜，提高了正极与负极装配时的机械强度，避免了普通隔膜在装配时产生穿刺现象，进一步，在使用时有效防止了由于意外事件产生的短路现象或产生起火爆炸等现象；再进一步，具有微孔多向性，保证正负极之间的电子绝缘和离子导通特性的需求。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明中，陶瓷粉的选取，可为Al2O3或MgO，或Al2O3和MgO的混合物，陶瓷粉的颗粒度为1～5μm，陶瓷粉颗粒粒度均匀，陶瓷粉内颗粒最大粒度与最小粒度不超过2μm。
粘合剂的选取，可为现有中常用任意粘合剂，亲油性粘结剂或亲水性粘结剂均可，本发明优选聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、环氧树脂、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、丁苯橡胶乳液、羧甲基纤维素钠中的至少一种。
本发明的工艺中，陶瓷粉体浆料为膏状浆料，涂覆方式可为普通的液态涂膜或者3D打印技术。
本发明的工艺中，膏状浆料涂覆于极片以后，进行烘干压实，压实后的陶瓷层的厚度为10～40μm，优选20μm。
本发明的工艺中，溶剂的选取，可选择水溶剂或有机溶剂，本发明优选NMP、丙酮或去离子水。
以下7个实施例为7个不同电池的制作方法
第一实施例
步骤一，将陶瓷粉Al2O3与粘合剂按照质量比Al2O3：PVDF为50：1的配比分散于NMP中，制成固含量为70％的陶瓷粉体浆料。
步骤二，将制得的陶瓷粉体浆料，均匀涂覆于正极片的表面，涂覆时，陶瓷粉体将正极片表面的正极活性材料完全覆盖，然后烘干压实得的含有20μm陶瓷涂层的正极片。
步骤三，将步骤二得到的含有陶瓷涂层的正极片与负极片进行平行装配，制成电芯。
步骤四，对电芯进行包扎固定、封装、灌注电解液，激活制成电池。
第二实施例
步骤一，将陶瓷粉与粘合剂按照质量比为Al2O3：MgO：PVDF＝25：25：1的配比分散于NMP中，制成陶瓷粉体膏状浆料，浆料中的固含量为64％。
步骤二，将制得的陶瓷粉体浆料，均匀涂覆于正极片的表面，涂覆时，陶瓷粉体将正极片表面的正极活性材料完全覆盖，然后烘干、压实后得的含有20μm陶瓷涂层的正极片。
步骤三，将步骤二得到的含有陶瓷涂层的正极片与负极片进行平行装配，制成电芯。
步骤四，对电芯进行包扎固定制成电池。
第三实施例
步骤一，将陶瓷粉与粘合剂按照陶瓷粉：Al2O3：MgO：羧甲基纤维素钠＝15：25：1的配比分散于羧甲基纤维素钠中，制成陶瓷粉体浆料，浆料中固含量为53％。
步骤二，将制得的陶瓷粉体浆料，均匀涂覆于正极片的表面，涂覆时，陶瓷粉体将正极片表面的正极活性材料完全覆盖，然后烘干，烘干、压实后得的含有20μm陶瓷涂层的正极片，其中陶瓷涂层的。
步骤三，将步骤二得到的含有陶瓷涂层的正极片与负极片进行平行装配，制成电芯。
步骤四，对电芯进行包扎固定制成电池。
第四实施例
步骤一，将陶瓷粉与粘合剂按照Al2O3：MgO：羧甲基纤维素钠＝25：15：1的配比分散于去离子水中，制成陶瓷粉体浆料，浆料中的固含量为46％。
步骤二，将制得的陶瓷粉体浆料，均匀涂覆于正极片的表面，涂覆时，陶瓷粉体将正极片表面的正极活性材料完全覆盖，然后烘干后得的含有30μm陶瓷涂层的正极片，其中陶瓷涂层。
步骤三，将步骤二得到的含有陶瓷涂层的正极片与负极片进行平行装配，制成电芯。
步骤四，对电芯进行包扎固定制成电池。
第五实施例
步骤一，将陶瓷粉与粘合剂按照Al2O3：羧甲基纤维素钠为10：1的配比分散于去离子水中，制成陶瓷粉体浆料，浆料中的固含量为42％。
步骤二，将制得的陶瓷粉体浆料，均匀涂覆于正极片的表面，涂覆时，陶瓷粉体将正极片表面的正极活性材料完全覆盖，然后烘干，烘干后得的含有30μm陶瓷涂层的正极片，其中陶瓷涂层。
步骤三，将步骤二得到的含有陶瓷涂层的正极片与负极片进行平行装配，制成电芯。
步骤四，对电芯进行包扎固定制成电池。
第六实施例
步骤一，将陶瓷粉与粘合剂按照Al2O3：PVDF为5：1的配比分散于NMP中，制成陶瓷粉体浆料，浆料中的固含量为38％。
步骤二，将制得的陶瓷粉体浆料，均匀涂覆于正极片的表面，涂覆时，陶瓷粉体将正极片表面的正极活性材料完全覆盖，然后烘干，烘干后得的含有30μm陶瓷涂层的正极片，其中陶瓷涂层。
步骤三，将步骤二得到的含有陶瓷涂层的正极片与负极片进行平行装配，制成电芯。
步骤四，对电芯进行包扎固定制成电池。
第七实施例
步骤一，将陶瓷粉与粘合剂按照MgO：PVDF为10：1的配比分散于NMP中，制成陶瓷粉体浆料，浆料中的固含量为42％。
步骤二，将制得的陶瓷粉体浆料，均匀涂覆于正极片的表面，涂覆时，陶瓷粉体将正极片表面的正极活性材料完全覆盖，然后烘干，烘干、压实后得的含有20μm陶瓷涂层的正极片，其中陶瓷涂层。
步骤三，将步骤二得到的含有陶瓷涂层的正极片与负极片进行平行装配，制成电芯。
步骤四，对电芯进行包扎固定制成电池。
对上述7个实施例制成的电池进行针刺(GBT31485-2015)测试，测得电池表面最高温度分别依次为58℃，61℃，57℃，49℃，63℃，47℃，48℃，均不超过65℃，远远小于现有普通电池中，进行针刺测试电池表面最高温度的95.5℃。
本发明的陶瓷层不仅限于在正极的表面涂覆，也可以涂覆于负极的表面，或正、负极片均涂覆，同样满足本发明目的的需求，同时，本发明的应用不仅在平行极片的装配，也适用于卷绕电池的装配。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种无隔膜锂离子电芯的制作工艺，其特征在于，工艺方法包括，将陶瓷粉体浆料涂覆于正极片和/或负极片的表面，然后将正、负极片装配成电芯。
2.根据权利要求1所述的无隔膜锂离子电芯的制作工艺，其特征在于，所述陶瓷粉体浆料包括陶瓷粉和粘合剂。
3.根据权利要求2所述的无隔膜锂离子电芯的制作工艺，其特征在于，所述陶瓷粉与粘合剂的质量比为(3～50):1。
4.根据权利要求2所述的无隔膜离子电芯的制作工艺，其特征在于，陶瓷粉为Al2O3和/或MgO。
5.根据权利要求2所述的无隔膜离子电芯的制作工艺，其特征在于，所述粘合剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、环氧树脂、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、丁苯橡胶乳液、羧甲基纤维素钠中的至少一种。
6.根据权利要求1～5任一所述的无隔膜锂离子电芯的制作工艺，其特征在于，工艺方法包括如下步骤：
步骤一，配制将陶瓷粉与粘合剂混合并分散于溶剂中，调制成陶瓷粉体的膏状浆料；
步骤二，将步骤一得到的膏状浆料均匀涂覆于已经制作好的正和/或负极片的表面，制成涂覆有陶瓷层的正和/或负极片；
步骤三，装配步骤二得到的正负极片得到电芯。
7.根据权利要求6所述的无隔膜离子电芯的制作工艺，其特征在于，所述膏状浆料的固含量为30％～80％。
8.根据权利要求6或7所述的无隔膜锂离子电芯的制作工艺，其特征在于，步骤二中，将膏状浆料均匀涂覆于已经制作好的正和/或负极片所采用的涂覆方式为液态涂膜技术或3D打印技术。
9.根据权利要求7所述的无隔膜锂离子电芯的制作工艺，其特征在于，步骤二中，将膏状浆料均匀涂覆于已经制作好的正和/或负极片的表面后，经辊压工艺压实形成陶瓷层。
10.根据权利要求8所述的无隔膜锂离子电芯的制作工艺，其特征在于，步骤二中，陶瓷层的厚度为10～40μm。
11.根据权利要求6所述的无隔膜锂离子电芯的制作工艺，其特征在于，步骤一中，陶瓷粉的颗粒粒度为1～5μm。
12.根据权利要求6所述的无隔膜离子电芯的制作工艺，其特征在于，步骤一中，溶剂为NMP、丙酮或去离子水。
13.一种电池，由权利要求1～12任一所述电芯装配而成。
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