CN107528087B - 一种锂离子电池叠片电芯及其制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池叠片电芯及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池叠片电芯及其制备方法。所述叠片电芯通过胶水粘住隔膜来固定隔膜、正极极片以及负极极片。所述的锂离子电池叠片电芯的制备方法包括：通过胶水粘住隔膜来固定隔膜、正极极片以及负极极片，得到所述锂离子电池叠片电芯。本发明提供的锂离子电池叠片电芯，不使用胶纸而通过胶水粘住隔膜来固定隔膜、正极极片以及负极极片，这样的设计不增加叠片电芯的厚度和重量，电芯的表面平整，避免了电芯堆叠成电池包时，电芯性能衰减严重的问题。本发明提供的制备方法具有操作简单、流程简单、安全无毒、能耗低、适于进行工业化生产的优点。

Description

一种锂离子电池叠片电芯及其制备方法
技术领域
本发明涉及电池电芯技术领域，尤其是涉及一种锂离子电池叠片电芯及其制备方法。
背景技术
锂离子电池因其对环境友好而在移动电源领域备受关住，锂离子电池一般是由电芯、电解液及容纳电芯和电解液的包装袋构成，其中，锂离子电池的电芯主要是由正极极片、负极极片以及间隔正极极片和负极极片的隔离膜组成。目前，制备电芯的工艺主要有叠片工艺和卷绕工艺。利用叠片工艺制备的叠片式锂离子电池与卷绕工艺制备的卷绕式锂离子电池相比，前者具有能量密度高，电压平台高，电池内阻小等优点，在制备锂离子电池的过程中得到了广泛应用。现有的叠片方法在叠片完成时，使用贴胶纸的方法固定隔膜和极片，防止电芯松动。按照这种方式生产的叠片电池，存在电芯表面不平整(因为胶纸占有厚度，有胶纸的地方就厚)，电芯厚度厚、重量大，成本高(增加了胶纸的成本)等问题，此外在进行多个电芯组装成电池包时，这种表面的不平整，会由于电芯的堆叠而更加严重，导致电芯的性能严重衰减，甚至会出现安全问题。
CN 105355962A公开了一种卷绕式叠片电池的制备方法，其极片制备方法采用以下步骤：在正、负集流体完成涂布、烘烤、辊压、分切成条后，分别按照正、负极片设计尺寸剪裁规整，然后在正、负极片的拐角边缘处粘上胶带或胶水，与隔膜进行粘结复合，形成不同的极片—隔膜复合体，然后再用所述不同的极片—隔膜复合体制备卷绕式叠片电池。该方法虽然能够改善现有叠片电池在制备过程中隔膜与极片发生错位，隔膜褶皱，易刺穿隔膜，易短路，易产生副反应，电池的张力不易控制等问题，有利于减少叠片不整齐而导致的安全问题以及电池性能差而报废等问题，但是该方法在每个极片上都使用胶带或胶水，会严重增加电芯的厚度和重量，造成其表面不平整，引起成本的上升，给后续组装成电池包造成困难。
因而，解决锂离子叠片电芯厚度大，重量大，成本高以及电芯表面不平整的问题，对于当前锂离子电池产业来说意义重大。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种锂离子电池叠片电芯及其制备方法。本发明提供的锂离子电池叠片电芯通过胶水粘住隔膜来固定隔膜、正极极片以及负极极片；本发明提供的制备所述锂离子电池叠片电芯的方法具有操作简单、流程单、安全无毒、能耗低、适于进行工业化生产的优点。
为达上述目的，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种锂离子电池叠片电芯，包括隔膜、正极极片以及负极极片，所述叠片电芯通过胶水粘住隔膜来固定隔膜、正极极片以及负极极片。
本发明中，用胶水取代胶纸固定隔膜、正极极片以及负极极片，并且仅仅在隔膜上涂覆胶水，可以明显减少叠片电芯成品的厚度，减轻叠片电芯成品的重量，使其表面平整，这样的特性使得本发明提供的锂离子电池叠片电芯能够避免电芯堆叠成电池包时电芯性能衰减严重的情况。
作为本发明优选的技术方案，从所述隔膜的一端开始，将隔膜与正极极片和负极极片进行Z型叠片，Z型叠片完成后，用剩余的隔膜围绕在Z型叠片完成后得到的电芯的最外侧形成方形回路，再将所述形成方形回路的隔膜用胶水粘住得到锂离子电池叠片电芯。即，将一段完整的隔膜分成两段来使用，一段与正极极片和负极极片进行Z型叠片，起到隔离正负极极片的作用；另一段围绕在Z型叠片完成后得到的电芯的最外侧形成方形回路，并用胶水粘住以便固定住所述叠片电芯的结构。
作为本发明优选的技术方案，以所述叠片电芯的总重量为100％计，所述胶水的重量百分数小于0.08wt％，例如0.078wt％、0.075wt％、0.07wt％、0.065wt％、0.06wt％、0.058wt％、0.056wt％、0.054wt％、0.052wt％、0.05wt％、0.048wt％、0.046wt％、0.044wt％、0.042wt％或0.04wt％等。本发明中，所述胶水的重量百分数按照带溶剂的胶水重量计算，而非按胶水的干基重量得出的结果。
优选地，所述胶水的用量为0.1g-3g，例如0.1g、0.5g、1g、1.5g、2g、2.5g或3g等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
胶水的用量过少，会使得锂离子电池叠片电芯的结构固定的不牢固；而胶水的量使用过多，则会增加锂离子电池叠片电芯的厚度和重量，并引起电芯表面平整度的降低。本发明中，所述胶水的用量为带溶剂的胶水重量，而非胶水的干基重量。
作为本发明优选的技术方案，所述胶水粘住位于叠片电芯最外侧的隔膜。
优选地，所述胶水粘住位于叠片电芯最外侧的隔膜，且粘住隔膜末端位置。
优选地，所述胶水粘住位于叠片电芯最外侧的隔膜，且粘住距隔膜末端0cm-2cm的位置，例如距隔膜末端0cm、0.5cm、1cm、1.5cm或2cm等位置，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述胶水粘住的隔膜的长度为0.1cm-1.5cm，例如0.1cm、0.3cm、0.5cm、0.7cm、1cm、1.2cm或1.5cm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述胶水粘住的叠片电芯的最外侧隔膜位于所述叠片电芯的侧面、上面或者下面。
作为本发明优选的技术方案，所述胶水由溶剂和粘结剂组成。
优选地，所述溶剂为碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙脂、乙腈或乙醇中的任意一种或至少两种的组合，典型但是非限制性的组合有：碳酸二甲酯和碳酸丙烯酯的组合，碳酸丙烯酯和碳酸甲乙脂的组合，碳酸甲乙脂和乙腈的组合，乙腈和乙醇的组合，碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯和碳酸甲乙脂的组合，碳酸甲乙脂、乙腈和乙醇的组合，碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙脂和乙腈的组合等。
优选地，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、聚氧化乙烯或聚乙二醇中的任意一种或至少两种的组合，典型但是非限制性的组合有：羧甲基纤维素钠和聚氧化乙烯的组合，聚氧化乙烯和聚乙二醇的组合，羧甲基纤维素钠和聚乙二醇的组合，羧甲基纤维素钠、聚氧化乙烯和聚乙二醇的组合。
优选地，以胶水的总重量为100％计，所述溶剂的含量为90wt％-99wt％，例如90wt％、91wt％、92wt％、93wt％、94wt％、95wt％、96wt％、97wt％、98wt％或99wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；所述粘结剂的含量为1wt％-10wt％，例如1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％或10wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述胶水的粘度小于30000mPa.S，例如20000mPa.S、10000mPa.S、5000mPa.S、4000mPa.S或3000mPa.S等。
本发明中，胶水因为需要在电池内部使用，所以不宜使用会导致电芯的电性能降低的常规胶水。采用如上所述的胶水配方，不会引入对电芯性能有影响的物质，有利于保持电芯的高性能。
作为本发明优选的技术方案，所述胶水的溶剂为乙腈，粘结剂为聚氧化乙烯；以胶水的总重量为100％计，各组分的含量分别为乙腈98wt％，聚氧化乙烯2wt％。这是本发明进一步优选的胶水配方，使用此配方的优点为：粘结性强，粘度合适，加工性能好。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的锂离子电池叠片电芯的制备方法，所述方法包括以下步骤：
通过胶水粘住隔膜来固定隔膜、正极极片以及负极极片，得到所述锂离子电池叠片电芯。
作为本发明所述方法的进一步优选技术方案，所述方法包括以下步骤：
从所述隔膜的一端开始，将隔膜与正极极片和负极极片进行Z型叠片，Z型叠片完成后，用剩余的隔膜围绕在Z型叠片完成后得到的电芯的最外侧形成方形回路，再将所述形成方形回路的隔膜用胶水粘住，得到锂离子电池叠片电芯。
作为本发明优选的技术方案，所述胶水的用量为0.1g-3g。
优选地，所述胶水粘住位于叠片电芯最外侧的隔膜。
优选地，所述胶水粘住位于叠片电芯最外侧的隔膜，且粘住隔膜末端位置。
优选地，所述胶水粘住位于叠片电芯最外侧的隔膜，且粘住距隔膜末端0cm-2cm的位置。
优选地，所述胶水粘住的隔膜的长度为0.1cm-1.5cm。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明提供的锂离子电池叠片电芯，通过胶水粘住隔膜来固定隔膜、正极极片以及负极极片，这样的设计不增加叠片电芯的厚度和重量，电芯的表面平整，避免了电芯堆叠成电池包时，电芯性能衰减严重的问题；
(2)本发明提供的制备方法具有操作简单、流程单、安全无毒、能耗低、适于进行工业化生产的优点。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的锂离子电池叠片电芯的下视图(示意图)；
图2是本发明实施例1制备的锂离子电池叠片电芯的等轴侧视图(示意图)；
图3是本发明实施例2制备的锂离子电池叠片电芯的下视图(示意图)；
图4是本发明实施例2制备的锂离子电池叠片电芯的等轴侧视图(示意图)；
其中，1-胶水，2-负极极片，3-正极极片，4-隔膜。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施方式部分提供了一种锂离子电池叠片电芯及其制备方法，所述叠片电芯通过胶水粘住隔膜来固定隔膜、正极极片以及负极极片。
其制备方法包括以下步骤：
通过胶水粘住隔膜来固定隔膜、正极极片以及负极极片，得到所述锂离子电池叠片电芯。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1
本实施例提供了一种锂离子电池叠片电芯及其制备方法，所述电芯的结构参见图1和图2。
图1是本实施例制备的锂离子电池叠片电芯的下视图(示意图)，由该图可以看出，本发明实施例1制备的锂离子电池叠片电芯里层Z型叠片结构中，正极极片3和负极极片2交错排列，每层正极极片3和负极极片2中间夹有一层隔膜4，而Z型叠片后剩余的隔膜4围绕在Z型叠片完成后得到的电芯的最外侧形成方形回路，其末端位于电芯的侧面，用胶水1粘住该末端附近的位置。
图2是本实施例制备的锂离子电池叠片电芯的等轴侧视图(示意图)，该图可以更直观的看到本实施例制备的锂离子电池叠片电芯的整体外观，胶水1只粘住位于锂离子电池叠片电芯侧面的最外侧隔膜4的一部分，对于电芯的厚度影响很小，电芯的表面平整。
具体制备方法为：
从所述隔膜4的一端开始，将隔膜4与正极极片3和负极极片2进行Z型叠片，Z型叠片完成后，用剩余的隔膜4围绕在Z型叠片完成后得到的电芯的最外侧形成方形回路，再将所述形成方形回路的隔膜用胶水1粘住，得到锂离子电池叠片电芯。
本实施例使用的胶水1配方为乙腈98wt％，聚氧化乙烯2wt％，该胶水的粘度为3600mPa·S，流动性优良。
胶水1粘住据隔膜4末端0.3cm的位置，粘住的隔膜4长度为0.4cm，胶水1的用量为0.3g，胶水1粘住的叠片电芯的最外侧隔膜4位于电芯的侧面。
制得的电芯总重量为520g，胶水1重量仅占电芯总质量的0.058％。
经测试，本实施例制备的锂离子电池叠片电芯性能未降低。
实施例2
本实施例提供了一种锂离子电池叠片电芯及其制备方法，所述电芯的结构参见图3和图4。
图3是本实施例制备的锂离子电池叠片电芯的下视图(示意图)，由该图可以看出，本发明实施例2制备的锂离子电池叠片电芯里层Z型叠片结构中，正极极片3和负极极片2交错排列，每层正极极片3和负极极片2中间夹有一层隔膜4，而Z型叠片后剩余的隔膜4围绕在Z型叠片完成后得到的电芯的最外侧形成方形回路，其末端位于电芯的上面(位于下面也可以)，用胶水1粘住该末端附近的位置。
图4是本实施例制备的锂离子电池叠片电芯的等轴侧视图(示意图)，该图可以更直观的看到本实施例制备的锂离子电池叠片电芯的整体外观，胶水只粘住位于锂离子电池叠片电芯上面(位于下面也可以)的最外侧隔膜的一部分，对于电芯的厚度影响很小，电芯的表面平整。
具体制备方法为：
从所述隔膜的一端开始，将隔膜4与正极极片3和负极极片2进行Z型叠片，Z型叠片完成后，用剩余的隔膜4围绕在Z型叠片完成后得到的电芯的最外侧形成方形回路，再将所述形成方形回路的隔膜4用胶水1粘住，得到锂离子电池叠片电芯。
本实施例使用的胶水1配方为碳酸丙烯酯49wt％，乙腈50wt％，羧甲基纤维素钠1％，该胶水的粘度为4000mPa·S，流动性优良。
胶水1粘住据隔膜4末端0.5cm的位置，粘住的隔膜4长度为2cm，胶水1的用量为0.4g，胶水1粘住的叠片电芯的最外侧隔膜4位于电芯的上面或者下面。
制得的电芯总重量为720g，胶水1重量仅占电芯总质量的0.055％。
经测试，本实施例制备的锂离子电池叠片电芯性能未降低。
对比例1
本对比例的具体方法参照实施例1，区别在于，不使用胶水而使用胶纸粘住隔膜。
其结果为，明显增加了电芯的重量，电芯表面不平整，贴有胶纸的地方厚，没贴的地方薄，电芯厚度厚，影响后续使用。
对比例2
本对比例的具体方法参照实施例1，区别在于，使用的胶水配方为乙腈85wt％，聚氧化乙烯15wt％。
其结果为胶水粘度超过30000mPa·S，不具备流动性，粘结力差，无法固定隔膜。
由以上实施例1-2和对比例1-2可以看出，本发明提供的制备锂离子电池叠片电芯的方法，通过用胶水代替胶纸粘住隔膜以固定隔膜、正极极片以及负极极片，可以有效地减少叠片电芯成品的厚度，减轻叠片电芯成品的重量，使其表面平整；使用本发明提供的胶水配方，不会引入对电芯性能有影响的物质，有利于保持电芯的高性能。对比例1采用的是通过贴胶纸固定电芯结构的工艺，对比例2没有使用本发明提供的胶水配方，因而这两个对比例无法获得本发明提供的具有多种优良效果的锂离子电池叠片电芯。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (12)

1.一种锂离子电池叠片电芯，包括隔膜、正极极片以及负极极片，其特征在于，所述叠片电芯通过胶水粘住隔膜来固定隔膜、正极极片以及负极极片；
从所述隔膜的一端开始，将隔膜与正极极片和负极极片进行Z型叠片，Z型叠片完成后，用剩余的隔膜围绕在Z型叠片完成后得到的电芯的最外侧形成方形回路，再将所述形成方形回路的隔膜用粘度小于30000mPa.S的胶水粘住，所述胶水粘住位于叠片电芯最外侧的隔膜，得到锂离子电池叠片电芯，以所述叠片电芯的总重量为100％计，所述胶水的重量百分数小于0.08wt％；
所述胶水由溶剂和粘结剂组成，所述溶剂为碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙脂、乙腈或乙醇中的任意一种或至少两种的组合，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、聚氧化乙烯或聚乙二醇中的任意一种或至少两种的组合，以胶水的总重量为100％计，所述溶剂的含量为90wt％-99wt％，所述粘结剂的含量为1wt％-10wt％。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池叠片电芯，其特征在于，所述胶水的用量为0.1g-3g。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池叠片电芯，其特征在于，所述胶水粘住位于叠片电芯最外侧的隔膜，且粘住隔膜末端位置。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池叠片电芯，其特征在于，所述胶水粘住位于叠片电芯最外侧的隔膜，且粘住距隔膜末端0cm-2cm的位置。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池叠片电芯，其特征在于，所述胶水粘住的隔膜的长度为0.1cm-1.5cm。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池叠片电芯，其特征在于，所述胶水粘住的叠片电芯的最外侧隔膜位于所述叠片电芯的侧面、上面或者下面。
7.根据权利要求1所述的胶水，其特征在于，所述胶水的溶剂为乙腈，粘结剂为聚氧化乙烯；以胶水的总重量为100％计，各组分的含量分别为乙腈98wt％，聚氧化乙烯2wt％。
8.根据权利要求1-7任一项所述的锂离子电池叠片电芯的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
从所述隔膜的一端开始，将隔膜与正极极片和负极极片进行Z型叠片，Z型叠片完成后，用剩余的隔膜围绕在Z型叠片完成后得到的电芯的最外侧形成方形回路，再将所述形成方形回路的隔膜用胶水粘住，得到锂离子电池叠片电芯，所述胶水粘住位于叠片电芯最外侧的隔膜。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述胶水的用量为0.1g-3g。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述胶水粘住位于叠片电芯最外侧的隔膜，且粘住隔膜末端位置。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述胶水粘住位于叠片电芯最外侧的隔膜，且粘住距隔膜末端0cm-2cm的位置。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述胶水粘住的隔膜的长度为0.1cm-1.5cm。
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