CN110380135A - 一种复合工艺制备卷绕电芯极片及其锂离子电池方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型隔离膜复合卷绕工艺及锂离子电池，所述的隔离膜复合卷绕工艺，其特征在于预先将极片与隔离膜经过热压复合，然后再进行卷绕成裸电芯，该工艺能够极大提高传统卷绕电芯内部隔离膜应力导致的极耳对齐度变化、卷芯变形以及隔离膜褶皱等问题；所述的含有该复合结构极片组装成的锂离子电池，其特征在于所述的电池内部极片之间界面接触好，电池不易形变，循环寿命更长。

Description

一种复合工艺制备卷绕电芯极片及其锂离子电池方法
技术领域
本发明属于锂离子电池电芯制作领域，具体涉及一种复合工艺制备卷绕电芯极片及其锂离子电池方法。
背景技术
锂离子电池常见的电芯装配方式有两种：卷绕式和叠片式。随着人们随着电池能量密度的提高，人们对其安全性能也越来越重视，尤其是更薄隔离膜的使用，使得电芯装配中隔膜起皱、隔膜收尾翻折使得隔膜无法完全保护阳极极片、以及卷绕裸电芯内部张力不均导致极耳间距变化等问题频繁出现；另外电芯转移过程中裸电芯受力后易出现隔离膜错位，严重时造成电芯短路。因此发明一种新型复合工艺制备卷绕电芯极片及其锂离子电池非常有益。
发明内容
针对上述不足，本发明提供了一种复合工艺制备卷绕电芯极片及其锂离子电池方法，它可以彻底解决收尾隔膜翻折、卷绕后裸电芯隔膜内圈起皱和极耳间距变化的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种复合工艺制备卷绕电芯极片的方法，它包括以下步骤：首先上隔离膜(3)、下隔离膜(5)和负极片(4)经过加热压辊(6)和(7)加热复合后，再和正极片(2)经由单向靠辊(8)和(9)，通过卷针(1)卷绕成型。所述的加热压辊(6)进行恒温加热，加热温度为35～60℃；所述的隔离膜为聚合物隔离膜、聚合物陶瓷隔离膜中的一种。所述的隔离膜优选聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氧乙烯醚中的一种或多种。所述的正极片(2)中的活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂中的一种或多种，所述负极片(4)中的活性物质为石墨、硅及硅基复合材料中的一种。所述的正极极片、负极极片均有不同形状的镂空，如三角形、矩形、菱形、多边形、星形、圆形中一种。
采用上述方法得到的电芯极片，经装配、注液、化成可以制备锂离子电池，该电池能够经长期循环而不发生形变，循环寿命长。
本发明的另一技术方案为：它包括以下步骤：首先下隔离膜(5)和负极片(4)经由加热辊(13)和向顶辊(14)进行复合，上隔离膜(3)和正极片(2)经加热辊(15)和单向顶(16)辊复合，再经过左、右加热辊(17)和(18)复合在一起，通过卷针(1)进行卷绕成型；所述的加热压辊(6)进行恒温加热，加热温度为35～60℃；所述的隔离膜为聚合物隔离膜、聚合物陶瓷隔离膜中的一种；所述的隔离膜优选聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氧乙烯醚中的一种或多种。采用上述方法得到的电芯极片，经装配、注液、化成可以制备锂离子电池，该电池能够经长期循环而不发生形变，循环寿命长。
本发明具体步骤如下：
1)开启加热辊预热，35～60℃；
2)将聚合物涂层隔离膜与负极极片通过加热辊，进行热复合；所述聚合物涂层隔离膜为聚丙烯基膜与表面聚合物涂层组成；所述的聚合物涂层为基甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺、聚氧乙烯醚中的一种及以上；
3)卷针夹持预热后的负极极片开始卷绕，同时正极极片与热复合后的负极极片，通过热压辊，热复合。
4)完成卷绕裸电芯，所述电芯中空结构的孔数量为一个及以上
本发明的有益效果如下：
1)采用卷绕前增加热压辊对极片与隔离膜进行热复合，定型，显著降低隔离膜褶皱；
2)热复合后的裸电芯，电芯易于成型，X-Ray通过率高，降低电池短路风险；
3)本发明中的卷芯，极耳以及极片间对齐度高，且稳定不易变化；
4)本发明工艺制备得到的锂离子电池接触界面好，电池循环寿命显著提高。
附图说明
图1为传统锂离子电池卷绕过程示意图
传统卷绕工艺依靠3上隔膜和5下隔膜的牵引力将4负极片然后和2穿过最终靠辊6、7，由1卷针卷绕成型。
图2本发明复合卷绕电池示意图
图3本发明隔膜复合卷绕电池示意图
图4为卷绕电芯所使用的全极耳极片形状
图5为卷绕电芯所使用的多极耳极片形状
图6为全极耳卷绕电芯形状
图7为多极耳卷绕电芯形状
图8为电芯复合后切断状态图
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅是对本申请的解释说明，并不是本发明的限制。
实施例1
首先上隔离膜(3)、下隔离膜(5)和负极片(4)经过加热压辊(6)和(7)加热复合后，再和正极片(2)经由单向靠辊(8)和(9)，通过卷针(1)卷绕成型。所述的加热压辊(6)、(7)进行恒温加热，加热温度为35-60℃；所述的隔离膜为聚偏氟乙烯聚合物涂层与聚丙烯基膜组成的隔离膜。所述负极为石墨，所述正极为磷酸铁锂。采用上述方法得到的电芯极片，经装配、注液、化成可以制备锂离子电池，该电池能够经长期循环而不发生形变，循环寿命长。由于上下隔膜粘附在负极片表面，收尾段隔膜在热复合作用下黏连在一起，杜绝了尾部翻折打皱的情况。(如图8所示)
经装配、注液、封装、化成组成软包多极耳卷绕成电池。
电解液组成为：1mol/L六氟磷酸锂与体积比为1:1的碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯组成。
实施例2
首先下隔离膜(5)和负极片(4)经由加热辊(13)和向顶辊(14)进行复合，上隔离膜(3)和正极片(2)经加热辊(15)和单向顶(16)辊复合，再经过左、右加热辊(17)和(18)复合在一起，通过卷针(1)进行卷绕成型；所述的加热压辊(6)、(13)、(15)、(17)、(18)进行恒温加热，加热温度为35～60℃；所述的隔离膜聚偏氟乙烯和聚氧乙烯醚组成的隔离膜。所述的隔离膜为由聚乙烯和聚丙烯基膜与聚偏氟乙烯和聚氧乙烯醚聚合物涂层组成。所述负极活性材料为石墨，所述正极为磷酸铁锂。采用上述方法得到的电芯极片，经装配、注液、化成制备得到锂离子电池，由于本实施例中正负极极片以及隔离膜，分别经过热压复合，使得卷绕电芯结构更加稳定，能够经长期循环而不发生形变，循环寿命长。
电解液组成为：1mol/L六氟磷酸锂与体积比为1:1的碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯组成。
实施例3
本实施例与实施例2的不同之处在于，做组成的裸电芯为全极耳结构。
对比例1
与实施例1的不同之处在于，不经加热辊，制成多极耳结构的卷绕锂离子电池。
在卷绕完成并裁切后上下隔膜和正负极片由于无张力作用处于松散状态，在电芯进行收尾卷绕时隔离膜由于静电和重力作用易出现收尾翻折打皱现象，存在电池overhang不足严重时电芯直接短路。
以上实施例与对比例中，隔离与极片经热压复合后，组装成不同结构的卷绕电池，其中实施例1中采用隔离膜与负极极片热复合后，然后与正极极片卷绕组成多极耳裸电芯，实施例2中采用隔离膜与正负极极片分别热复合，所组成的多极耳裸电芯中空结构对齐度更高、且更加稳定；实施例3中的全极耳裸电芯中空结构对齐度以及电芯稳定性与实施例2相同，而对比例中极片、隔离膜没有经过热复合，极耳对齐度、电池中空结构的对齐度差，且不稳定，容易因卷芯内部张力释放导致偏移，形变。循环测试结果(20支电池，每组5支)，更加明确经过热复合工艺制备的电池，经过300次@1C充放循环后，容量保持率依然保持在96.5％以上，而对比例中的电池容量衰减较快(90％)
表1极耳对齐度
案例 对齐度
实施例1 ±0.5mm
实施例2 ±0.5mm
实施例3 ±0.5mm
对比例1 ±2-3mm
表2循环测试结果

Claims (10)

1.一种复合工艺制备卷绕电芯极片的方法，它包括以下步骤：首先上隔离膜(3)、下隔离膜(5)和负极片(4)经过加热压辊(6)和(7)加热复合后，再和正极片(2)经由单向靠辊(8)和(9)，通过卷针(1)卷绕成型。
2.根据权利要求1所述的一种复合工艺制备卷绕电芯极片的方法，其特征在于：所述的加热压辊(6)进行恒温加热，加热温度为35～60℃。
3.根据权利要求1所述的一种复合工艺制备卷绕电芯极片的方法，其特征在于：所述的隔离膜为聚合物隔离膜、聚合物陶瓷隔离膜中的一种。
4.根据权利要求3所述的一种复合工艺制备卷绕电芯极片的方法，其特征在于：所述的隔离膜为聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氧乙烯醚中的一种或多种。
5.一种复合工艺制备卷绕电芯极片的方法，它包括以下步骤：首先下隔离膜(5)和负极片(4)经由加热辊(13)和向顶辊(14)进行复合，上隔离膜(3)和正极片(2)经加热辊(15)和单向顶(16)辊复合，再经过左、右加热辊(17)和(18)复合在一起，通过卷针(1)进行卷绕成型。
6.根据权利要求5所述的一种复合工艺制备卷绕电芯极片的方法，其特征在于：所述的加热压辊(6)进行恒温加热，加热温度为35～60℃。
7.根据权利要求5所述的一种复合工艺制备卷绕电芯极片的方法，其特征在于：所述的隔离膜为聚合物隔离膜、聚合物陶瓷隔离膜中的一种，所述的正极片(2)中的活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂中的一种或多种，所述负极片(4)中的活性物质为石墨、硅及硅基复合材料中的一种。
8.根据权利要求5所述的一种复合工艺制备卷绕电芯极片的方法，其特征在于：所述的正极极片、负极极片均有不同形状的镂空，如三角形、矩形、菱形、多边形、星形、圆形中一种。
9.一种卷绕裸电芯，它由权利要求1～8得到的电芯极片，经热压与隔离膜复合卷绕制备而成，该裸电芯容易成型、结构稳定且对齐度高。
10.一种锂离子电池，它由权利要求8得到的裸电芯，经装配、注液、化成制备而成，该电池能够经长期循环而不发生形变，循环寿命长。
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