CN109935761A - 一种锂离子电池复合极片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池复合极片及其制备方法。包括极片、极耳和隔膜袋，所述隔膜袋一端开口，且内外表面均设有涂胶层，所述极片设于隔膜袋内，且极片与隔膜袋互相粘结，所述极耳设于隔膜袋开口端的极片上，并伸出于隔膜袋之外，本发明隔膜袋和极片可以完全粘结在一起，使得涂敷在极片上的活性物质与隔膜粘结在一起，避免极片边缘在装配过程中活性物质脱落，降低了电池的自放电，保证了电池的外观和提高了电池的安全性能，排出了隔膜袋中的气体，减小了极片的体积，并且对极片位置进行固定，防止极片在装配过程中或收到外界作用力时破坏隔膜袋。

Description

一种锂离子电池复合极片及其制备方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池复合极片及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂离子电池负极片主要由负极活性物质和金属集流体构成，在现有技术的负极片制作过程中，需要先将负极活性物质均匀涂覆在金属集流体两侧表面，再经过冲切成型，得到极片，然而，这种方式制备的负极片四个边缘无保护，在后续装配过程中，负极活性物质容易脱落，导致电池自放电，影响电池外观，同时脱落的极粉会使电池具有安全风险。另外，负极片底边容易与正极片接触发生短路，从而使电池发生短路而爆炸。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种新型袋式结构的锂离子电池”，其公告号CN202601794U，其公开了一种新型袋式结构的锂离子电池，所述锂离子电池的电芯包括置于隔膜袋中的正极片和置于另外隔膜袋中的负极片；正极片和负极片的极耳从隔膜袋伸出。正极片和负极片均为多片，每一片正极片或负极片均设置在一个单独的隔膜袋内，所有正极片的极耳相连，所有负极片的极耳相连。该新型袋式结构的锂离子电池中的正负极片间隔离性能良好，电池安全性高。然而，该发明中是将极片平放在两层隔膜中间，通过将电极片左右两侧、底部及上端除极耳部分的隔膜进行热压封合，从而将电池的极片封装于袋装结构的电池隔膜内，该方法使得隔膜袋的四周为封闭状态，导致隔膜袋中的气体不易排出，占用体积较大，并且，隔膜袋中的极片位置不固定，在电池在外界作用力冲击下，极片易冲破隔膜袋导致电池发生短路爆炸。

发明内容

本发明是为了克服上述问题，提出了一种使用隔膜袋封装极片，且隔膜袋与极片相互粘结的锂离子电池复合极片及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种锂离子电池复合极片，包括极片、极耳和隔膜袋，所述极片包括活性物质和集流体，所述隔膜袋一端开口，且内外表面均设有涂胶层，所述极片设于隔膜袋内，且极片与隔膜袋互相粘结，所述极耳设于隔膜袋开口端的极片上，并伸出于隔膜袋之外。

本发明的极片设于隔膜袋内，由于隔膜袋的内表面设有涂胶层，当因此，隔膜袋和极片可以完全粘结在一起，这不但使得涂敷在极片上的活性物质极粉与隔膜粘结在一起，避免极片边缘在装配过程中极粉脱落，降低了电池的自放电，保证了电池的外观和提高了电池的安全性能，而且，隔膜袋和极片的相互粘结使得隔膜袋中的气体大大减少，防止极片在卷绕或者重叠时隔膜袋中的气体挤破隔膜袋，导致电池的短路，并且隔膜袋和极片的相互粘结也使得极片体积大大减小，有利用超薄电池的制作，而隔膜袋的外表面设有的涂胶层能够更好的吸附电解液，使离子交换更顺畅。极耳设于隔膜袋开口端的极片上，并伸出于隔膜袋之外，用以连接导电。

作为优选，所述隔膜袋内外表面设置的涂胶层设有凹坑。

本发明人在发明创作时，发现使用隔膜袋封装极片时发现，电解液与极片中锂离子的脱嵌与嵌入效率不是非常理想，为了进一步增加电解液与极片的锂离子的脱嵌与嵌入效率，发明人在设于隔膜袋内外表面的涂胶层内设有凹坑，外侧凹坑增加了涂胶层的表面积，增加了电解液的吸附量，使得电解液与极片锂离子的脱嵌与嵌入效率更高，外侧凹坑能储存一定量的电解液，使得极片与电解液能够直接接触，进一步增加锂离子的脱嵌与嵌入效率，并且，锂离子电池在使用过程中，极片会发生一定程度的膨胀，凹坑设计能够为极片预留空闲的体积，吸收极片的膨胀，防止隔膜的破损。

作为优选，所述隔膜袋密封端与其对应的极片边缘的距离为0.5-3mm。

作为优选，所述隔膜袋开口端端与其对应的极片边缘的距离为1-3mm。

隔膜袋边缘与极片相应的边缘预留一定尺寸，防止极片在卷绕或者重叠时破坏隔膜袋，但该尺寸不宜过大，过大会增加极片的体积和制作成本，导致电池的空间利用率和性能受到影响。

作为优选，所述极耳伸出于隔膜袋的距离为13-18mm。

极耳伸出一段距离用以连接导电。

本发明锂离子电池复合极片的制备方法包括以下步骤：

（a）将活性物质均匀涂布于集流体上，冲切成型后，得到带有极耳的极片；

（b）将隔膜袋的内外表面均进行涂胶，涂胶时预留凹坑，烘干后形成具有凹坑的涂胶层；

（c）将极片置于具有涂胶层的隔膜袋中间；

（d）将极片与具有涂胶层的隔膜袋在60~90℃，1.0~2.0Mpa的条件下热压复合5~30min，制备得到复合极片。

作为优选，步骤（b）中所述隔膜袋中单层隔膜的厚度为12-20μm。

单层隔膜的厚度为12-20μm，该厚度下能够更好的保护极片，也不妨碍锂离子的传输。

作为优选，步骤（b）中所述涂胶层为热熔胶，丁苯胶乳、丁基胶乳、丁腈胶乳或丙烯酸胶乳，所述涂胶层的厚度为0.5-2.5μm。

涂胶层的厚度为0.5-2.5μm，该厚度能够更好的对极片进行粘结，也能对电解液更好的吸附。

作为优选，步骤（c）中所述极片表面与隔膜袋中的涂胶层贴合，隔膜袋密封端与其对应的极片边缘的距离为0.3-2.8mm，所述隔膜袋开口端端与其对应的极片边缘的距离为0.8-2.8mm。

作为优选，步骤（c）中所述极片上的极耳伸出于隔膜袋的距离为13.5-18.5mm。

在复合极片的制备过程中，将涂覆有活性物质的集流体冲压成型制备得到极片，为了保证热压复合后极片与隔膜袋的边缘具有一定的距离，防止极片在卷绕或者重叠时破坏隔膜袋，因此在热压复合前，需要将极片置于具有凹坑涂胶层的隔膜袋的中间，此时隔膜袋的密封端、开口端和对应极片的边缘应保持一定的距离，且极片上的极耳也应伸出于隔膜袋特定的距离，由于热压复合后，隔膜袋边缘与极片边缘之间距离和极耳伸出隔膜袋的距离相对于热压复合前均会发生一定的变化，因此热压复合前极片安装的位置对于本领域技术人员来说无法轻易地确定。

因此，本发明具有如下有益效果：（1）隔膜袋和极片可以完全粘结在一起，使得涂敷在极片上的活性物质与隔膜粘结在一起，避免极片边缘在装配过程中活性物质脱落，降低了电池的自放电，保证了电池的外观和提高了电池的安全性能；（2）排出了隔膜袋中的气体，减小了极片的体积；（3）对极片位置进行固定，防止极片在装配过程中或收到外界作用力时破坏隔膜袋。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明截面结构示意图。

图3是本发明截面另一种结构示意图。

图中：极片1，极耳2，隔膜袋3，涂胶层4，凹坑5。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例1：如图1、2所示，一种锂离子电池复合极片，包括极片1、极耳2和隔膜袋3，所述隔膜袋3一端开口，隔膜的厚度为12μm，且内外表面均设有0.5μm的丁苯胶乳涂胶层4，所述极片1设于隔膜袋3内，且极片1与隔膜袋3通过热压的方式相互粘结，隔膜袋3密封端与其对应的极片1边缘的距离为1.9mm，隔膜袋3开口端与其对应的极片1边缘的距离为2.1mm，所述极耳2设于隔膜袋3开口端的极片上，并伸出于隔膜袋3之外，极耳2伸出于隔膜袋3的距离为15mm。

在锂电池电极制备时，先将活性物质均匀涂覆在集流体两侧表面，再经过冲切成型后切成带有极耳2的极片1，随后将隔膜袋3的内外表面进行丁苯胶乳涂胶，烘干后形成丁苯胶乳涂胶层4，将极片1置于具有丁苯胶乳涂胶层4的一端开口的隔膜袋3中间，安装时隔膜袋3密封端与其对应的极片1边缘的距离为1.7mm，隔膜袋3开口端与其对应的极片1边缘的距离为1.9mm，极片1上的极耳2伸出于隔膜袋3的距离为15.5mm，随后将装配好的复合极片在温度80℃，热压压力1.4Mpa，热压时间为23min的条件下进行热压复合，制备得到复合极片成品。

实施例2：如图1、2所示，一种锂离子电池复合极片，包括极片1、极耳2和隔膜袋3，所述隔膜袋3一端开口，隔膜的厚度为20μm，且内外表面均设有2.5μm的丁基胶乳涂胶层4，所述极片1设于隔膜袋3内，且极片1与隔膜袋3通过热压的方式相互粘结，隔膜袋3密封端与其对应的极片1边缘的距离为0.5mm，隔膜袋3开口端与其对应的极片1边缘的距离为1mm，所述极耳2设于隔膜袋3开口端的极片上，并伸出于隔膜袋3之外，极耳2伸出于隔膜袋3的距离为13mm。

在锂电池电极制备时，先将活性物质均匀涂覆在集流体两侧表面，再经过冲切成型后切成带有极耳2的极片1，随后将隔膜袋3的内外表面进行丁基胶乳涂胶，烘干后形成丁基胶乳涂胶层4，将极片1置于具有丁基胶乳涂胶层4的一端开口的隔膜袋3中间，安装时隔膜袋3密封端与其对应的极片1边缘的距离为0.3mm，隔膜袋3开口端与其对应的极片1边缘的距离为0.8mm，极片1上的极耳2伸出于隔膜袋3的距离为13.5mm，随后将装配好的复合极片在温度60℃，热压压力1.0Mpa，热压时间为5min的条件下进行热压复合，制备得到复合极片成品。

实施例3：实施例1：如图1、2所示，一种锂离子电池复合极片，包括极片1、极耳2和隔膜袋3，所述隔膜袋3一端开口，隔膜的厚度为18μm，且内外表面均设有1.3μm的丙烯酸胶乳涂胶层4，所述极片1设于隔膜袋3内，且极片1与隔膜袋3通过热压的方式相互粘结，隔膜袋3密封端与其对应的极片1边缘的距离为3mm，隔膜袋3开口端与其对应的极片1边缘的距离为3mm，所述极耳2设于隔膜袋3开口端的极片上，并伸出于隔膜袋3之外，极耳2伸出于隔膜袋3的距离为18mm。

在锂电池电极制备时，先将活性物质均匀涂覆在集流体两侧表面，再经过冲切成型后切成带有极耳2的极片1，随后将隔膜袋3的内外表面进行丙烯酸胶乳涂胶，烘干后形成丙烯酸胶乳涂胶层4，将极片1置于具有丙烯酸胶乳涂胶层4的一端开口的隔膜袋3中间，安装时隔膜袋3密封端与其对应的极片1边缘的距离为2.8mm，隔膜袋3开口端与其对应的极片1边缘的距离为2.8mm，极片1上的极耳2伸出于隔膜袋3的距离为18.5mm，随后将装配好的复合极片在温度90℃，热压压力2.0Mpa，热压时间为30min的条件下进行热压复合，制备得到复合极片成品。

实施例4：如图3所示，与上述实施例不同之处在于，在锂电池电极制备时，隔膜袋3的内外表面进行涂胶时预设凹坑5，烘干后形成具有凹坑5的涂胶层4，其中，外侧凹坑5增加了涂胶层4的表面积，增加了电解液的吸附量，使得电解液与极片1锂离子的脱嵌与嵌入效率更高，内侧凹坑5能储存一定量的电解液，使得极片1与电解液能够直接接触，进一步增加锂离子的脱嵌与嵌入效率，并且，锂离子电池在使用过程中，极片1会发生一定程度的膨胀，凹坑5设计能够为极片1预留空闲的体积，吸收极片1的膨胀，防止隔膜袋3的破损。

Claims (10)

1.一种锂离子电池复合极片，包括极片（1）、极耳（2）和隔膜袋（3），所述极片（1）包括活性物质和集流体，其特征在于，所述隔膜袋（3）一端开口，且内外表面均设有涂胶层（4），所述极片（1）设于隔膜袋（3）内，且极片（1）与隔膜袋（3）互相粘结，所述极耳（2）设于隔膜袋（3）开口端的极片上，并伸出于隔膜袋（3）之外。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池复合极片，其特征在于，所述隔膜袋（3）内外表面设置的涂胶层（4）设有凹坑（5）。

3.根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池复合极片，其特征在于，所述隔膜袋（3）密封端与其对应的极片（1）边缘的距离为0.5-3mm。

4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池复合极片，其特征在于，所述隔膜袋（3）开口端端与其对应的极片（1）边缘的距离为1-3mm。

5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池复合极片，其特征在于，所述极耳（2）伸出于隔膜袋（3）的距离为13-18mm。

6.根据权利要求1或2所述复合极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（a）将活性物质均匀涂布于集流体上，冲切成型后，得到带有极耳（2）的极片（1）；

（b）将隔膜袋（3）的内外表面进行涂胶，烘干后形成涂胶层（4）；

（c）将极片（1）置于具有涂胶层（4）的隔膜袋（3）中间；

（d）将极片（1）与具有涂胶层（4）的隔膜袋（3）在60~90℃，1.0~2.0Mpa的条件下热压复合5~30min，制备得到复合极片。

7.根据权利要求6所述复合极片的制备方法，其特征在于，步骤（b）中所述隔膜袋（3）中单层隔膜的厚度为12-20μm。

8.根据权利要求6所述复合极片的制备方法，其特征在于，步骤（b）中所述涂胶层（4）为热熔胶，丁苯胶乳、丁基胶乳、丁腈胶乳或丙烯酸胶乳，所述涂胶层（4）的厚度为0.5-2.5μm。

9.根据权利要求6所述复合极片的制备方法，其特征在于，步骤（c）中所述极片（1）表面与隔膜袋（3）中的涂胶层（4）贴合，隔膜袋（3）密封端与其对应的极片（1）边缘的距离为0.3-2.8mm，所述隔膜袋（3）开口端端与其对应的极片（1）边缘的距离为0.8-2.8mm。

10.根据权利要求6所述复合极片的制备方法，其特征在于，步骤（c）中所述极片（1）上的极耳（2）伸出于隔膜袋（3）的距离为13.5-18.5mm。