CN110165280A - 一种耐振动、长寿命储能电池的叠片工艺及其电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐振动、长寿命储能电池的叠片工艺,包括以下步骤:A)将正极片、负极片和隔膜进行叠片,然后将胶液涂覆于正极片、负极片以及隔膜的涂胶区域,所述涂胶区域位于正极片、负极片和隔膜的边缘,得到涂胶后的电芯;B)将所述涂胶后的电芯进行压合,得到电芯;C)将所述电芯装配、焊接、烘烤、注液、老化、化成、封口、陈化和分容,得到储能电池。本发明提供了一种叠片电池用低成本的固定正负极间距的方法,通过在极片和隔膜的边缘位置涂覆胶液,既降低了成本,又改善了储能电池的耐振动性和循环寿命。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域,具体涉及一种耐振动、长寿命储能电池的叠片工艺及其电池。
背景技术
锂电池有着高容量、长寿命的特点,产品性能优越。已广泛应用在数码产品、电动自行车、电动汽车等领域。其中,方形铝壳叠片电池又因单体容量大,放电倍率大、成本低的特点,使得其在储能的应用领域越来越广,比如电网调峰调频、UPS、家用储能、船用储能等领域。
锂离子电池的正负极片间距稳定性对电池的寿命、一致性有很大影响,现有的叠片锂离子电池均在叠片完成后采用压板压紧电芯同时用胶纸贴住隔膜收尾或者电芯侧面,但由于贴胶松紧度不一,不能保证正负极片在电池生命周期内的间距稳定性,也有的采用带PVDF或者PMMA等有机物涂覆在隔膜上,在叠片完成后或者化成时使用热压设备将隔膜的涂层和极片压合到一起以起到固定正负极片间距的作用,如专利号CN201810751322.8一种复合电池隔膜、制备方法和电池,但此种方法制成的电芯其隔膜的大面积的涂覆层会导致循环后期电池容量保持率低且成本较高,难以适用在储能等要求低成本的领域。
发明内容
有鉴于此,本发明要解决的技术问题在于提供一种耐振动、长寿命储能电池的叠片工艺及其电池,本发明采用叠片后局部涂胶粘结方法固定电芯正负极间距,减少涂胶量降低成本,并且得到的电池具有耐振动和长寿命的特点。
本发明提供了一种耐振动、长寿命储能电池的叠片工艺,包括以下步骤:
A)将正极片、负极片和隔膜进行叠片,然后将胶液涂覆于正极片、负极片以及隔膜的涂胶区域,所述涂胶区域位于正极片、负极片和隔膜的边缘,得到涂胶后的电芯;
B)将所述涂胶后的电芯进行压合,得到电芯;
C)将所述电芯装配、焊接、烘烤、注液、老化、化成、封口、陈化和分容,得到储能电池。
优选的,所述胶液为粘结剂和溶剂的混合溶液,所述粘结剂选自PVDF、PVA、PTFE、CMC、烯烃类共聚物、SBR、氟化橡胶和聚氨酯中的一种或多种,所述溶剂选自丙酮、NMP、甲醇、乙醇、丙醇、H2O中的一种或多种,所述粘结剂和溶剂的质量比例为1:(1~250)。
优选的,所述正极片、负极片和隔膜为矩形或正方形,所述涂胶区域的宽度小于自正极片、负极片和隔膜的边沿至与所述边沿平行的对称轴的垂直距离的1/3宽度。
优选的,所述胶液涂覆的厚度为1~5μm。
优选的,所述胶液涂覆的方式选自点涂、喷涂或凸版印刷涂覆。
优选的,所述涂胶区域为连续的或者间隔的。
优选的,所述压合的温度为10℃~90℃,所述压合的时间为5s~600s,所述压合的压力为0.2MPa~30MPa。
本发明还提供了一种上述叠片工艺制备得到的储能电池。
与现有技术相比,本发明提供了一种耐振动、长寿命储能电池的叠片工艺,包括以下步骤:A)将正极片、负极片和隔膜进行叠片,然后将胶液涂覆于正极片、负极片以及隔膜的涂胶区域,所述涂胶区域位于正极片、负极片和隔膜的边缘,得到涂胶后的电芯;B)将所述涂胶后的电芯进行压合,得到电芯;C)将所述电芯装配、焊接、烘烤、注液、老化、化成、封口、陈化和分容,得到储能电池。本发明提供了一种叠片电池用低成本的固定正负极间距的方法,通过在极片和隔膜的边缘位置涂覆胶液,既降低了成本,又改善了储能电池的耐振动性和循环寿命。
附图说明
图1为叠片折叠后的示意图;
图2为极片涂胶区域示意图;
图3为实施例1、对比例1和对比例2制备得到的电池的电池容量结果对比;
图4为实施例1、对比例1和对比例2制备得到的电池的循环后电池容量保持率结果对比;
图5为实施例2、对比例1和对比例2制备得到的电池的电池容量结果对比;
图6为实施例2、对比例1和对比例2制备得到的电池的循环后电池容量保持率结果对比;
图7为实施例3、对比例1和对比例2制备得到的电池的电池容量结果对比;
图8为实施例3、对比例1和对比例2制备得到的电池的循环后电池容量保持率结果对比;
图9为实施例4、对比例1和对比例2制备得到的电池的电池容量结果对比;
图10为实施例4、对比例1和对比例2制备得到的电池的循环后电池容量保持率结果对比。
具体实施方式
本发明提供了一种耐振动、长寿命储能电池的叠片工艺,包括以下步骤:
A)将正极片、负极片和隔膜进行叠片,然后将胶液涂覆于正极片、负极片以及隔膜的涂胶区域,所述涂胶区域位于正极片、负极片和隔膜的边缘,得到涂胶后的电芯;
B)将所述涂胶后的电芯进行压合,得到电芯;
C)将所述电芯装配、焊接、烘烤、注液、老化、化成、封口、陈化和分容,得到储能电池。
本发明首先将正极片、负极片和隔膜进行叠片,其中,所述叠片折叠的方法并没有特殊限制,本领域技术人员公知的叠片折叠的方法即可。
参见图1,图1为叠片折叠后的示意图。其中,图1中,1、2、3和4分别为正方形或矩形的正极片、负极片以及隔膜的四个边沿。
其中,关于涂胶的顺序,可以在叠片折叠后,分别在每一层的正极片、负极片以及隔膜的涂胶区域进行涂胶;也可以在叠片折叠之前,预先在正极片、负极片表面进行涂胶,然后再进行后续的叠片工艺。
然后将胶液涂覆于正极片、负极片以及隔膜的涂胶区域。其中,所述涂胶区域位于正极片、负极片和隔膜的边缘。
在本发明中,所述电芯为正方形或者矩形。所述涂胶区域的宽度小于自正极片、负极片和隔膜的边沿至与所述边沿平行的对称轴的垂直距离的1/3宽度。
在极片叠到隔膜前,如图2所示,在正极片和负极片的1、2、3、4涂胶区域,将取一定量的a)制好的胶液,涂覆在涂胶区域内,涂层厚度1μm~5μm,优选为2~4μm。
涂覆可以是整个涂胶区全涂覆,也可以在涂胶区域内选取一定的点进行点状涂覆;涂覆方式可以是吸管、注射器吸液涂覆,也可以是喷头涂覆或者凸版印刷涂覆。
所述胶液涂覆的方式选自点涂、喷涂或凸版印刷涂覆。
涂覆完一张叠片之后,再进行下一张极片的叠片动作,直至电芯叠片完成。
所述胶液为粘结剂和溶剂的混合溶液,所述粘结剂选自PVDF、PVA、PTFE、CMC、烯烃类共聚物、SBR、氟化橡胶和聚氨酯中的一种或多种,所述溶剂选自丙酮、NMP、甲醇、乙醇、丙醇、H2O中的一种或多种,所述粘结剂和溶剂的质量比例为1:(1~250)。
将叠好片的电芯正常工序流转,适当延长贴胶压板的压合时间直至溶剂完全挥发、隔膜与极片粘合。
所述压合的温度为45℃,所述压合的时间为240s,所述压合的压强1MPa。
后续工序采用电池生产工艺完成电池的装配、焊接、烘烤、注液、老化、化成、封口、陈化、分容作业,得到储能电池。
本发明对上述操作工艺的具体方法并没有特殊限制,本领域技术人员公知的装配、焊接、烘烤、注液、老化、化成、封口、陈化和分容作业的方法即可。
本发明提供了一种叠片电池用低成本的固定正负极间距的方法,通过在极片和隔膜的边缘位置涂覆胶液,既降低了成本,又改善了储能电池的耐振动性和循环寿命。
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明提供的耐振动、长寿命储能电池的叠片工艺及其电池进行说明,本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1~4
a)按粘结剂PVDF:溶剂NMP:溶剂丙酮=1:25:25的质量比例配制好胶液;
b)取常规方法制成的锂电池正极片(油系,尺寸180mm*127mm)、负极片(油系,尺寸184mm*130mm)、非涂胶隔膜(宽度192mm)进行叠片,
正极片常规方法:将质量含量磷酸铁锂92.0%、导电剂PVDF5.0%、粘结剂3.0%的料和NMP溶剂搅拌均匀后涂布到16μm铝箔上,经辊压、分条、模切制成;
负极片常规方法:将质量含量人造石墨93.0%、导电剂5.0%、粘结剂PVDF2.0%的料和NMP溶剂搅拌均匀后涂布到10μm铜箔上,经辊压、分条、模切制成;
c)采用以下方法I~方法IV(分别对应实施例1~4)进行胶液的涂覆:
方法I:在叠片叠到如图1所示的状态时,用滴管取a)制成的胶液均匀涂在隔膜的1、2、3、4边距边缘10mm的区域内,涂层厚度3±1μm;
方法II:在叠片叠到如图1所示的状态时,用滴管取a)制成的胶液均匀涂在正极片的1、2、3、4边距边缘10mm的区域内沿边,其中每个边沿均匀分布5个点,每个点的涂层厚度3±1μm;
方法III:在正极片和负极片叠到隔膜前,如图2所示,在正极片和负极片的1、2、3、4边各自对应边缘往电芯中部10mm的区域内涂层厚度3±1μm;
方法IV:在正极片和负极片叠到隔膜前,如图2所示,在正极片和负极片的1、2、3、4边各自对应边缘往电芯中部10mm的区域内沿边,其中每个边沿均匀分布的5个点,每个点的涂层厚度3±1μm;
d)进行下一张极片的叠片动作;
e)重复a)~d)步直至电芯叠片完成;
f)将叠好片的电芯流转到压板上,压合温度设置45℃、时间240s、压强1MPa;
g)后续进行电芯的装配、焊接、烘烤、注液、陈化、化成、老化、分容作业。
对比例1:
a)按粘结剂PVDF:溶剂NMP:溶剂丙酮=1:25:25的比例配制好胶液;
b)取常规方法制成的锂电池正极片(油系)、负极片(油系)、非涂胶隔膜进行叠片,
c)将叠好片的电芯流转到压板上,压合温度设置45℃、时间240s、压强1MPa;
d)后续工序采用常规电池工艺完成电芯的装配、焊接、烘烤、注液、陈化、化成、老化、分容作业。
对比例2:
a)按粘结剂PVDF:溶剂NMP:溶剂丙酮=1:25:25的比例配制好胶液;
b)取常规方法制成的锂电池正极片(油系)、负极片(油系)、涂PVDF胶隔膜进行叠片,
c)将叠好片的电芯流转到压板上,压合温度设置45℃、时间240s、压强1MPa;
d)后续工序采用常规电池工艺完成电芯的装配、焊接、烘烤、注液、陈化、化成、老化、分容作业。
实验例
a)实施例1~4、采用非PVDF涂层隔膜的叠片电池的对比例1、采用PVDF涂层隔膜的叠片电池的对比例2均按UN38.3测试标准中38.3.4.3测试方法进行振动测试后,进行容量测试对比,对比结果见图3、图5、图7和图9:
b)实施例1~4、采用非PVDF涂层隔膜的叠片电池的对比例1、采用PVDF涂层隔膜的叠片电池的对比例2按UN38.3测试标准中38.3.4.3测试方法进行振动测试后,进行循环的循环寿命对比,结果见图4、图6、图8和图10。
由箱线图结果可知,本发明提供的实施例1~4电芯的容量分布、容量中值和对比例2相差无几,明显优于对比例1;由循环容量保持率图可知,实施例1、2、3、4电芯2000周后容量保持率优于对比例2,并明显优于对比例1。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种耐振动、长寿命储能电池的叠片工艺,其特征在于,包括以下步骤:
A)将正极片、负极片和隔膜进行叠片,然后将胶液涂覆于正极片、负极片以及隔膜的涂胶区域,所述涂胶区域位于正极片、负极片和隔膜的边缘,得到涂胶后的电芯;
B)将所述涂胶后的电芯进行压合,得到电芯;
C)将所述电芯装配、焊接、烘烤、注液、老化、化成、封口、陈化和分容,得到储能电池。
2.根据权利要求1所述的叠片工艺,其特征在于,所述胶液为粘结剂和溶剂的混合溶液,所述粘结剂选自PVDF、PVA、PTFE、CMC、烯烃类共聚物、SBR、氟化橡胶和聚氨酯中的一种或多种,所述溶剂选自丙酮、NMP、甲醇、乙醇、丙醇、H2O中的一种或多种,所述粘结剂和溶剂的质量比例为1:(1~250)。
3.根据权利要求1所述的叠片工艺,其特征在于,所述正极片、负极片和隔膜为矩形或正方形,所述涂胶区域的宽度小于自正极片、负极片和隔膜的边沿至与所述边沿平行的对称轴的垂直距离的1/3宽度。
4.根据权利要求1所述的叠片工艺,其特征在于,所述胶液涂覆的厚度为1~5μm。
5.根据权利要求1所述的叠片工艺,其特征在于,所述胶液涂覆的方式选自点涂、喷涂或凸版印刷涂覆。
6.根据权利要求1所述的叠片工艺,其特征在于,所述涂胶区域为连续的或者间隔的。
7.根据权利要求1所述的叠片工艺,其特征在于,所述压合的温度为10℃~90℃,所述压合的时间为5s~600s,所述压合的压力为0.2MPa~30MPa。
8.一种如权利要求1~7任意一项所述的叠片工艺制备得到的储能电池。
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