CN108242573A - 电芯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种电芯及其制备方法。该电芯包括顺次层叠卷绕的第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔膜，该电芯还包括粘结层，该粘结层设置在所述第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔膜的至少一表面，且所述粘结层至少卷绕一周；其中，所述粘结层由粘结性溶质和挥发性溶剂制成。该方法包括将所述第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔片顺次层叠卷绕得卷绕体，且在所述卷绕过程中，喷涂所述粘结层；将所述卷绕体定型处理后烘烤，得所述电芯。本发明提供的电芯在分容后变形比例大大降低，循环后电芯未出现变形现象，且电芯的容量保持率显著提高，厚度膨胀率显著降低。

Description

电芯及其制备方法
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体涉及一种电芯及其制备方法。
背景技术
目前市场上广泛应用的二次电池，都由二次电池的电芯和外壳组成。其中，电芯为活性部件，一般由正极极片、负极极片以及设置在正极极片和负极极片之间的隔膜层叠或者卷绕而成。以卷绕方式组合形成的电芯所组成的电池，称为卷绕电池。随着电池越做越大，电芯也越做越厚，而卷绕是电芯制造过程中非常重要的工序，可以人工或采用卷绕机完成；在卷绕过程中，必须对极片和隔膜施加较大的拉力，以确保极片和隔膜之间的整齐程度。
目前卷绕式锂离子电芯在分容和循环后存在电芯变形的情况，主要原因是满充过程中极片没有足够的空间释放膨胀张力，导致电池发生纵向形变。尤其针对全自动卷绕设备，为保证隔膜对负极，负极对正极的包覆，隔膜和极片都设定了不同大小的张力，变形比例明显高于半自动卷绕和手工卷绕。绕卷后的电芯如发生变形，变形后的电芯不仅外观(平整度)差，而且还存在容量低、循环性能差及自放电快等质量问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上有技术的缺陷，提供一种电芯及其制备方法，旨在解决现有技术中，卷绕式电芯在分容和循环后存在变形等技术问题。
本发明是这样实现的，一种电芯，包括顺次层叠卷绕的第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔膜，其特征在于，所述电芯还包括粘结层，所述粘结层设置在所述第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔膜的至少一表面，且所述粘结层至少卷绕一周；其中，所述粘结层由粘结性溶质和挥发性溶剂制成。
与现有技术相比，本发明提供的电芯含有由粘结性溶质和挥发性溶剂制成的粘结层，所述粘结性溶质具有粘结定型作用，能够有效粘结粘接负极与隔膜、正极与隔膜，从而赋予所述电芯稳定的形状；所述挥发性溶剂挥发或浸润到极片后形成预留空间作用，给负极充电膨胀预留了有效空间，从而使得所述电芯分容后，能够大大降低其变形比例。本发明提供的电芯，循环后未出现变形现象，且电芯的容量保持率显著提高，厚度膨胀率显著降低。
本发明的另一目的在于提供一种上述电芯的制备方法，包括如下步骤：
提供用于卷绕的所述第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔膜；
将所述第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔片顺次层叠卷绕得卷绕体；且在所述卷绕过程中，喷涂所述粘结层；
将所述卷绕体定型处理后烘烤，得所述电芯。
与现有技术相比，本发明提供的电芯制备方法，不仅简单易行，卷绕效率高，成本低，而且该方法最终得到的电芯分容后，可大大降低其变形比例；电芯循环后，容量保持率显著提高，厚度膨胀率显著降低。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。
本发明实施例提供一种电芯，包括顺次层叠卷绕的第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔膜，且该电芯还包括粘结层，该粘结层设置在第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔膜的至少一表面，且粘结层至少卷绕一周；其中，粘结层由粘结性溶质和挥发性溶剂制成。
本发明实施例提供的电芯，因其含有由粘结性溶质和挥发性溶剂制成的粘结层，该粘结性溶质具有粘结定型作用，能够有效粘结粘接负极与隔膜、正极与隔膜，从而赋予所述电芯稳定的形状；而挥发性溶剂挥发或浸润到极片后形成预留空间作用，给负极充电膨胀预留了有效空间，从而使得所述电芯分容后，能够大大降低其变形比例。同时，本发明实施例提供的电芯，在其循环后，相对现有技术，容量保持率显著提高，厚度膨胀率显著降低。
具体地，在本发明一实施例中，上述粘结层的厚度范围可以是：1-100μm；在本发明实施例提供的粘结层厚度范围内，该挥发性溶剂预留的有效空间与粘结性溶质的作用相结合，可有效防止电芯在分容和循环后变形。在该范围内优选厚度为20-80μm，最优选厚度40μm-60μm；特别地，任选40μm、50μm和60μm中的任一一种，都可以使本发明实施例的防止电芯变形的效率达到最优。
具体地，在本发明一实施例中，上述粘结层中的粘结性溶质与挥发性溶剂的质量比范围为：(1:9)-(1:19)。在本发明实施例提供的粘结性溶质与挥发性溶剂的质量比范围内，该挥发性溶剂与粘结性溶质相互溶解，混溶充分，其两者协效作用，使粘结层具有防止电芯变形的作用。在该范围内任选1:9、1:15和1:19中的任一一种，都可使本发明实施例的粘结层，在电芯在分容和循环后防止变形的效率达到最优。
具体地，在本发明一实施例中，上述粘结层可卷绕2-5周。粘结层在电芯中至少卷绕一周，在该范围内优选卷绕2-5周，使该电芯在分容和循环后防止其变形。
具体地，在本发明一实施例中，上述粘结层可以设置在所述电芯卷绕的内层或中层或外层。该粘结层的位置设置可根据具体的电芯大小情况进行调整，可设置在电芯最开始卷绕的内层中，或设置在电芯卷绕的中层中，亦可设置在电芯卷绕快结束的外层。在该位置范围内，粘结层都可以达到电芯分容和循环后防止其变形的效果。
具体地，在本发明一实施例中，第一极片为负极极片，第二极片为正极极片；或者，第一极片为正极极片，第二极片为负极极片。
具体地，在本发明一实施例中，上述粘结性溶质包括聚偏氟乙烯、聚乙烯吡络烷酮、丁苯橡胶中的至少一种。上述挥发性溶剂包括脂类溶剂、醚类溶剂中的至少一种；其中，脂类溶剂包括甲酸乙酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯中的至少一种，醚类溶剂包括二乙二醇单甲醚、丙二醇甲醚、二丙二醇二甲醚中的至少一种。通过选择这些粘结性溶质和挥发性溶剂，制得本发明实施例中的粘结层，从而两者协效作用，使粘结层具有防止电芯变形的作用。
相应地，本发明实施例中还提供一种上述电芯的制备方法，该方法包括如下步骤：
S01：提供用于卷绕的第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔膜。
S02：将步骤S01中的第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔片顺次层叠卷绕得卷绕体；且在该卷绕过程中，喷涂上述本发明实施例中的粘结层。
S03：将步骤S02中的卷绕体定型处理后烘烤，得本发明实施例的电芯。
本发明实施例提供的电芯制备方法，不仅简单易行，卷绕效率高，成本低，而且该方法最终得到的电芯在分容后，可大大降低其变形比例；且电芯循环后，其未出现变形现象，电芯的容量保持率显著提高，厚度膨胀率显著降低。
具体地，在上述步骤S03过程中，定型处理条件为：温度65-75℃，压强0.1-0.6MPa；在该优选的温度和压强范围内，可有效对步骤S02中卷绕后得到的卷绕体进行定型，最终使粘结层发挥最佳的效率。
具体地，在上述步骤S03过程中，烘烤的温度为60-85℃。在该烘烤条件下，可以将大部分挥发性溶剂挥发掉，剩余的粘结性溶质可以吸附于极片或隔膜表面起粘接效果，最终使粘结层发挥最佳的效率。
本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。
实施例1
本实施例提供一种电芯，包括顺次层叠卷绕的第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔膜，在该第一极片卷绕的第2-3周范围内，其一面设置有40μm的粘结层，该粘结层由粘结性溶质(聚偏氟乙烯，PVDF)和挥发性溶剂(乙酸乙酯)按质量比1:9制得。
本实施例提供的电芯的制备方法包括如下步骤：
S11：提供用于卷绕的第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔膜。
S12：将步骤S11中的第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔片顺次层叠，通过在全自动卷绕设备上卷绕制得卷绕体；且在该卷绕过程中，该设备上设置的一个喷涂装置可喷涂上述本实施例的粘结层；其喷涂在第一极片卷绕的第2-3周范围内的一面。
S13：将步骤S12中的卷绕体在温度为65℃，压强为0.1MPa条件下定型后，70℃烘烤，最终得本实施例的电芯。
对本实施例1的性能进行测试。并在上述步骤中，除了粘结层不同外，在其他工艺条件下相同的条件下，只喷涂溶剂以及仅使用单面涂胶隔膜的两个对比例进行对比测试，相关测试效果见表1。从表1可知，本实施例的电芯硬度明显优于对比例的电芯：本实施例的电芯分容后，变形比例大大降低(批次变形比例为0.4％)；电芯循环后未出现变形现象，且容量保持率升高至88.5％，厚度膨胀率显著降低至5.8％。
表1
实施例2
本实施例提供一种电芯，包括顺次层叠卷绕的第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔膜，分别对第一隔膜、第二隔膜和第一极片所有卷绕周期的一面设置有50μm的粘结层，该粘结层有粘结性溶质(聚乙烯吡咯烷酮，PVP)和挥发性溶剂(二乙二醇单甲醚)按质量比1:15制得。
本实施例提供的电芯的制备方法包括如下步骤：
S21：提供用于卷绕的第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔膜。
S22：将步骤S21中的第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔片顺次层叠，通过在全自动卷绕设备上卷绕制得卷绕体；且在该卷绕过程中，该设备上设置的两个喷涂装置可喷涂上述本实施例的粘结层；其喷涂在第一隔膜、第二隔膜和第一极片所有卷绕周期的一面。
S23：将步骤S22中的卷绕体在温度为70℃，压强为0.5MPa条件下定型后，80℃烘烤，最终得本实施例的电芯。
对本实施例2的电芯性能进行测试。并在上述步骤中，除了喷涂的粘结层不同外，在其他工艺条件下相同的条件下，只喷涂溶剂以及仅使用单面涂胶隔膜的两个对比例进行对比，相关测试效果见表2。从表2可知，本实施例的电芯硬度明显优于未用粘结层处理的电芯：且本实施例的电芯分容后，变形比例大大降低(批次变形比例为0.1％)；且电芯循环后电芯未出现变形现象，其容量保持率升高至89.1％，厚度膨胀率显著降低至5.8％。
表2
实施例3
本实施例提供一种电芯，包括顺次层叠卷绕的第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔膜，在第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔膜卷绕的第2-4周范围内，该四种材料的一面设置有60μm的粘结层，该粘结层由粘结性溶质(丁苯橡胶，SBR)和挥发性溶剂(乙酸乙酯和丙酸乙酯)，按质量比1:19制得。
本实施例提供的电芯的制备方法包括如下步骤：
S31：提供用于卷绕的第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔膜。
S32：将步骤S31中的第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔片顺次层叠，通过在全自动卷绕设备上卷绕制得卷绕体；且在该卷绕过程中，该设备上设置的三个喷涂装置喷涂上述本实施例的粘结层；其喷涂在第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔膜四种材料卷绕的第2-4周范围内的一面。
S33：将步骤S32中的卷绕体在温度为75℃，压强0.6MPa条件下定型后，85℃烘烤，最终得本实施例的电芯。
对本实施例3的电芯性能进行测试。并在上述步骤中，除了喷涂的粘结层不同外，在其他工艺条件下相同的条件下，只喷涂溶剂以及仅使用单面带胶隔膜的两个对比例进行对比，相关测试效果见表3。从表3可知，本实施例的电芯硬度明显优于未用粘结层处理的电芯，且本实施例的电芯分容后变形比例大大降低(批次变形比例＜0.05％)，循环后电芯未出现变形现象；容量保持率升高至92.3％，厚度膨胀率降低到5.8％。
表3
综上所述，本发明提供的电芯制备方法，不仅简单易行，卷绕效率高，成本低，而且该方法最终得到的电芯分容后，可大大降低其变形比例；电芯循环后，容量保持率显著提高，厚度膨胀率显著降低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电芯，包括顺次层叠卷绕的第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔膜，其特征在于，所述电芯还包括粘结层，所述粘结层设置在所述第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔膜的至少一表面，且所述粘结层至少卷绕一周；其中，所述粘结层由粘结性溶质和挥发性溶剂制成。
2.如权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述粘结层的厚度范围为：1-100μm。
3.如权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述粘结性溶质与挥发性溶剂的质量比范围为：(1:9)-(1:19)。
4.如权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述粘结层卷绕2-5周。
5.如权利要求4所述的电芯，其特征在于，所述粘结层设置在所述电芯卷绕的内层或中层或外层。
6.如权利要求1-5任一所述的电芯，其特征在于，所述粘结性溶质包括聚偏氟乙烯、聚乙烯吡络烷酮、丁苯橡胶中的至少一种。
7.如权利要求1-5任一所述的电芯，其特征在于，所述挥发性溶剂包括脂类溶剂、醚类溶剂中的至少一种；其中，所述脂类溶剂包括甲酸乙酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯中的至少一种，所述醚类溶剂包括二乙二醇单甲醚、丙二醇甲醚、二丙二醇二甲醚中的至少一种。
8.如权利要求1-5任一所述的电芯，其特征在于，所述第一极片为负极极片，所述第二极片为正极极片；或
所述第一极片为正极极片，所述第二极片为负极极片。
9.一种如权利要求1-8任一所述的电芯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供用于卷绕的所述第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔膜；
将所述第一极片、第一隔膜、第二极片和第二隔片顺次层叠卷绕得卷绕体；且在所述卷绕过程中，喷涂所述粘结层；
将所述卷绕体定型处理后烘烤，得所述电芯。
10.如权利要求9所述的电芯的制备方法，其特征在于，所述定型处理条件为：温度65-75℃，压强0.1-0.6MPa；和/或
所述烘烤的温度为60-85℃。
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