CN110534789A - 电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池及其制备方法，所述电池包括电芯以及电解液，所述电芯包括正极极片、负极极片以及隔离膜。在所述电池中，所述正极膜片和/或所述负极膜片表面设置有凸起点，其中，设置在所述正极膜片表面的凸起点的高度为Tc，设置在所述负极膜片表面的凸起点的高度为Ta，所述正极膜片在电池荷电状态为100％SOC时的厚度增加量为Hc，所述负极膜片在电池荷电状态为100％SOC时的厚度增加量为Ha，且0.3≤(Tc+Ta)/(Hc+Ha)≤1。本发明可有效减少电池在整个寿命周期中的膨胀力，使电池兼具高安全性和长循环寿命的特点。

Description

电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池及其制备方法。
背景技术
作为新能源汽车行业发展的核心领域，动力电池一直是广泛关注的焦点，但随着新能源汽车的不断应用推广，人们对动力电池能量密度的要求越来越高。为了提升动力电池能量密度，目前广泛采取的办法是提升正负极的压实密度、提升集流体单位面积上的涂布重量等，以获得电芯在内部空间上的压缩。但在实际应用过程中由于电芯材料本身物理作用力变化或由于电芯内部副反应产物堆积等原因，均会造成电芯膨胀力不断增加。例如在60℃循环条件下当容量衰减至80％时电芯膨胀力激增至35000N，给动力电池模组结构带来安全隐患。尤其是在电芯膨胀力超过动力电池模组端板的承受力时，动力电池模组整体结构被破坏，动力电池模组层级结构失稳，会导致新能源汽车安全性能严重下降。
为了解决电芯膨胀力问题，动力电池模组层级一般采用电芯组装时预留膨胀空间或在相邻电芯之间增加可吸收膨胀力的贴片材料等方案。但在电芯组装时增加预留膨胀空间给组装工艺带来较大困难，且电芯与电芯间隙的一致性也较难保证；在相邻电芯之间增加可吸收膨胀力的贴片材料虽然在一定程度上解决问题，但在成本上一般增加较为明显。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电池及其制备方法，其可有效减少电池在整个寿命周期中的膨胀力，使电池兼具高安全性和长循环寿命的特点。
为了达到上述目的，在本发明的第一方面，本发明提供了一种电池，其包括电芯以及电解液，所述电芯包括正极极片、负极极片以及隔离膜，所述正极极片包括正极集流体以及设置于正极集流体表面且包括正极活性物质的正极膜片，所述负极极片包括负极集流体以及设置于负极集流体表面且包括负极活性物质的负极膜片，所述隔离膜设置在正极极片和负极极片之间。在所述电池中，所述正极膜片和/或所述负极膜片表面设置有凸起点，其中，设置在所述正极膜片表面的凸起点的高度为Tc，设置在所述负极膜片表面的凸起点的高度为Ta，所述正极膜片在电池荷电状态为100％SOC时的厚度增加量为Hc，所述负极膜片在电池荷电状态为100％SOC时的厚度增加量为Ha，且0.3≤(Tc+Ta)/(Hc+Ha)≤1。
在本发明的第二方面，本发明提供了一种电池的制备方法，用于制备本发明第一方面所述的电池，包括步骤：(1)将包括正极活性物质的正极浆料涂布在正极集流体上，干燥、冷压后得到正极极片，将包括负极活性物质的负极浆料涂布在负极集流体上，干燥、冷压后得到负极极片，其中所述正极极片中正极膜片的初始厚度为H1，所述负极极片中负极膜片的初始厚度为H2；(2)将步骤(1)制备好的正极极片、负极极片以及隔离膜、电解液组装入电池外壳中，得到待测试电池，将所述待测试电池充电至荷电状态为100％SOC，断电后进行拆解，此时正极膜片的厚度为H1′，负极膜片的厚度为H2′，则正极膜片的厚度增加量Hc＝H1′-H1，负极膜片的厚度增加量Ha＝H2′-H2；(3)使用具有凸起点结构的对辊对步骤(1)制备好的正极极片和/或负极极片进行辊压压实，以在正极膜片和/或负极膜片表面形成凸起点，其中，设置在所述正极膜片表面的凸起点的高度为Tc，设置在所述负极膜片表面的凸起点的高度为Ta，且0.3≤(Tc+Ta)/(Hc+Ha)≤1，然后再将得到的正极极片、负极极片以及隔离膜、电解液组装入电池外壳中，即得到电池。
相对于现有技术，本发明至少包括如下所述的有益效果：
本发明是从电芯设计角度出发来解决电池膨胀问题，在正极膜片和/或负极膜片表面设置凸起点，并根据相应电极膜片的厚度增加程度设计凸起点的高度，为正负极极片循环充放电过程中的体积膨胀提前预留出空间，减少电池在整个寿命周期中的膨胀力，降低因电池膨胀带来的模组承力压力，降低动力电池模组结构的安全隐患。
本发明的电池兼具高安全性和长循环寿命的特点。
本发明的电池结构简单，可以减少生产成本，提高生产效率。
附图说明
图1为本发明的正极极片的一实施例的结构示意图。
图2为图1中局部A的放大图。
图3为本发明的负极极片的一实施例的结构示意图。
图4为图3中局部B的放大图。
图5为本发明的电芯的一实施例的结构示意图。
图6为本发明的电芯的另一实施例的结构示意图。
图7为本发明的电芯的又一实施例的结构示意图。
其中，附图标记说明如下：
1 正极极片
11 正极集流体
12 正极膜片
2 负极极片
21 负极集流体
22 负极膜片
3 隔离膜
T 凸起点
具体实施方式
下面详细说明根据本发明的电池及其制备方法。
首先说明根据本发明第一方面的电池，其包括电芯以及电解液。其中，参照图1至图7，所述电芯包括：正极极片1，包括正极集流体11以及设置于正极集流体11表面且包括正极活性物质的正极膜片12；负极极片2，包括负极集流体21以及设置于负极集流体21表面且包括负极活性物质的负极膜片22；以及隔离膜3，设置在正极极片1和负极极片2之间。在所述电池中，正极膜片12和/或负极膜片22表面设置有凸起点T。其中，设置在正极膜片12表面的凸起点T的高度为Tc，设置在负极膜片22表面的凸起点T的高度为Ta，正极膜片12在电池荷电状态为100％SOC(即第一次满充电)时的厚度增加量为Hc，负极膜片22在电池荷电状态为100％SOC(即第一次满充电)时的厚度增加量为Ha，且所述电池满足：0.3≤(Tc+Ta)/(Hc+Ha)≤1。
本发明从电芯设计角度出发来解决电池膨胀问题，在正极膜片和/或负极膜片表面设置凸起点，并根据相应电极膜片在第一次满充电时的厚度增加程度设计凸起点的高度，为正负极极片循环充放电过程中的体积膨胀提前预留出空间，减少电池在整个寿命周期中的膨胀力，降低因电池膨胀带来的模组承受压力，降低动力电池模组结构的安全隐患。
在本发明的电芯设计中，在正极膜片和/或负极膜片表面设置合适高度的凸起点，电池可兼具高安全性和长循环寿命的特点。凸起点高度不足，不能在电池充放电过程中提供足够的空间来容纳正负极极片的体积膨胀，电池膨胀力仍然很高，电池的循环性能和安全性能都将很差；凸起点高度过高，虽然能够在电池充放电过程中提供充足空间来容纳正负极极片的体积膨胀，但过大的体积膨胀空间造成电解液相对不足，正负极极片的电解液浸润性变差，充电过程中电池极化增加，且离子在充放电过程中的传输路径也较长，因此会严重影响电池的循环使用寿命。优选地，0.4≤(Tc+Ta)/(Hc+Ha)≤0.8；更优选地，0.6≤(Tc+Ta)/(Hc+Ha)≤0.8。
在本发明第一方面所述的电池中，设置在正极膜片12表面的凸起点T的高度Tc和设置在负极膜片22表面的凸起点T的高度Ta的具体数值不受特别的限制，只要满足二者之和与(Hc+Ha)之比介于0.3～1之间即可。
在一具体实施方式中，参照图5，凸起点T可仅设置在正极膜片12表面，此时负极膜片22表面的凸起点T的高度Ta为零，这样，所述电池满足：0.3≤Tc/(Hc+Ha)≤1；优选地，0.4≤Tc/(Hc+Ha)≤0.8；更优选地，0.6≤Tc/(Hc+Ha)≤0.8。
在另一具体实施方式中，参照图6，凸起点T可仅设置在负极膜片22表面，此时正极膜片12表面的凸起点T的高度Tc为零，这样，所述电池满足：0.3≤Ta/(Hc+Ha)≤1；优选地，0.4≤Ta/(Hc+Ha)≤0.8；更优选地，0.6≤Ta/(Hc+Ha)≤0.8。
在又一具体实施方式中，参照图7，正极膜片12和负极膜片22的表面均设置有凸起点T，Ta和Tc均大于零，这样，所述电池满足：0.3≤(Tc+Ta)/(Hc+Ha)≤1；优选地，0.4≤(Tc+Ta)/(Hc+Ha)≤0.8；更优选地，0.6≤(Tc+Ta)/(Hc+Ha)≤0.8。
优选地，凸起点T仅设置在正极膜片12表面。这是由于通常负极极片的粘结性较低，负极膜片容易脱落出现掉粉。
在本发明第一方面所述的电池中，正极膜片12表面的凸起点T在物质组成上可与正极膜片12一致，负极膜片22表面的凸起点T在物质组成上可与负极膜片22一致。优选地，可在极片冷压工序后、卷绕(或叠片)形成电芯工序前，通过使用具有凸起点结构的对辊对正极极片和/或负极极片进行辊压压实，从而在正极膜片12和/或负极膜片22表面形成凸起点T。这样，可以不但减少生产成本，而且生产效率高。
在本发明第一方面所述的电池中，优选地，凸起点T可呈阵列形式分布在正极膜片12和/或负极膜片22表面。
在本发明第一方面所述的电池中，凸起点T可呈各种规则或不规则形状，优选地，凸起点T可呈圆形状、半圆状、正方形状、长方形状或梯形状。
在本发明第一方面所述的电池中，优选地，凸起点T设置在正极膜片12表面时，在正极膜片12表面，凸起点T的投影面积为正极膜片12总面积的10％～60％。
在本发明第一方面所述的电池中，优选地，凸起点T设置在负极膜片22表面时，在负极膜片22表面，凸起点T的投影面积为负极膜片22总面积的10％～60％。
在本发明第一方面所述的电池中，正极膜片12可设置在正极集流体11的其中一个表面上，也可以设置在正极集流体11的上、下两个表面上。正极活性物质的种类并不受到具体的限制，可根据实际需求进行选择。以锂离子电池为例，所述正极活性物质可选自锂过渡金属氧化物、锂过渡金属氧化物添加其它过渡金属或非过渡金属或非金属得到的化合物中的一种或几种。优选地，所述正极活性物质可选自锂钴氧化物(LiCoO2)、锂镍氧化物(LiNiO2)、锂锰氧化物(LiMnO2)、锂镍锰氧化物(LiNixMn2-xO4，0≤x≤2)、锂镍钴锰氧化物(NCM系列)、锂镍钴铝氧化物(NCA系列)、橄榄石结构的含锂磷酸盐中的一种或几种，橄榄石结构的含锂磷酸盐还可进一步被碳包覆层包覆。橄榄石结构的含锂磷酸盐材料在充放电过程中的晶体体积几乎不变，可以最大程度地降低因充放电带来的正极极片的体积膨胀。优选地，橄榄石结构的含锂磷酸盐一次颗粒粒径为100nm～1μm。碳包覆的橄榄石结构的含锂磷酸盐不仅能够有效保证正极活性物质颗粒间的导电性能，还可以保证正极膜片与正极集流体之间的导电性能；同时，碳包覆层的存在还可以降低正极活性物质在电解液作用下发生过渡金属(例如Fe元素)溶出的概率，防止由此产生的副反应产物沉积而造成电池膨胀力增加；碳包覆层的厚度优选可为5nm～13nm。
橄榄石结构的含锂磷酸盐的通式可为LiFe1-x-yMnxM’yPO4，0≤x≤1，0≤y≤0.1，0≤x+y≤1，M’选自除Fe、Mn外的其它过渡金属元素或非过渡金属元素中的一种或几种，M’优选选自Cr、Mg、Ti、Al、Zn、W、Nb、Zr中一种或几种。进一步优选地，所述橄榄石结构的含锂磷酸盐选自磷酸铁锂(LiFePO4)、磷酸锰锂(LiMnPO4)、磷酸锰铁锂(LiFe1-aMnaPO4，0＜a＜1)中的一种或几种。
在本发明第一方面所述的电池中，正极膜片12还可包括导电剂以及粘结剂。粘结剂以及导电剂的种类并不受到具体的限制，可根据实际需求进行选择。优选地，所述粘结剂可选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、偏氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、含氟丙烯酸酯树脂中的一种或几种。优选地，所述导电剂可选自导电炭黑、超导炭黑、导电石墨、乙炔黑、科琴黑、石墨烯、碳纳米管中的一种或几种。
在本发明第一方面所述的电池中，负极膜片22可设置在负极集流体21的其中一个表面上，也可以设置在负极集流体21的上、下两个表面上。负极活性物质的种类并不受到具体的限制，可根据实际需求进行选择。以锂离子电池为例，所述负极活性物质可选自石墨、软碳、硬碳、碳纤维、中间相碳微球、硅基材料、锡基材料、钛酸锂中的一种或几种。其中，石墨可选自人造石墨、天然石墨中的一种或几种，硅基材料可选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅合金中的一种或几种，锡基材料可选自单质锡、锡氧化合物、锡合金中的一种或几种。负极活性物质优选可为人造石墨，所述人造石墨进一步优选为非针状焦二次粒子，这种人造石墨的颗粒膨胀趋于各向同性，可有效降低负极极片在厚度方向上的膨胀，从而有效降低电池膨胀力。优选地，所述人造石墨的石墨化程度为91％～95％。
在本发明第一方面所述的电池中，负极膜片22还可包括粘结剂以及导电剂。粘结剂以及导电剂的种类均不受到具体的限制，可根据实际需求进行选择。优选地，所述粘结剂可选自丁苯橡胶乳液(SBR)、羧甲基纤维素钠(CMC)中的一种或几种。优选地，所述导电剂可选自导电炭黑、超导炭黑、导电石墨、乙炔黑、科琴黑、石墨烯、碳纳米管中的一种或几种。
在本发明第一方面所述的电池中，正极集流体的种类并不受到具体的限制，可根据实际需求进行选择。优选地，正极集流体可为铝箔或表面为铝层的复合基材或表面设置有炭层的铝箔。
在本发明第一方面所述的电池中，负极集流体的种类并不受到具体的限制，可根据实际需求进行选择。优选地，负极集流体可为铜箔或表面为铜层的复合基材或表面设置有炭层的铜箔。
在本发明第一方面所述的电池中，隔离膜3可为PE或PP材质，隔离膜3的厚度可为7μm～20μm，隔离膜3的孔隙率可为35％～45％。这样不仅保证了隔离膜的机械可制造性，而且保证了电池良好的吸液能力和良好的电化学性能，减少因副反应产物堆积带来的电池膨胀力增加。
在本发明第一方面所述的电池中，电解液可包括锂盐、有机溶剂以及可选的添加剂。
所述锂盐可为有机锂盐，也可为无机锂盐。优选地，所述锂盐可选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、四氟草酸磷酸锂、LiN(SO2RF)2、LiN(SO2F)(SO2RF)、双三氟甲烷磺酰亚胺、双(氟磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或几种，其中，取代基RF为CnF2n+1，n为1～10的整数。进一步优选地，所述锂盐为六氟磷酸锂。锂盐浓度可为0.6mol/L～1.2mol/L。
所述有机溶剂可包括链状酯和环状酯。链状酯可选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸丙酯中的一种或几种；环状酯可选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、γ-丁内酯、四氢呋喃中的一种或几种。此外，所述有机溶剂还可包括不同类别的离子液体等。
添加剂可为碳酸亚乙烯酯，其可保证SEI膜成膜的稳定，减少因副反应产物堆积带来的电池膨胀力增加，其含量可为电解液总重量的1.5％～2.5％。
在本发明第一方面所述的电池中，所述电池还包括电池外壳，电池外壳可采用铝、钢或塑料材质，电池外壳的厚度可为0.4μm～1.0μm。电池外壳的作用主要是保证具有一定的刚度，从而在电池膨胀时对内部电芯的膨胀产生一定的束缚力，降低电池膨胀对外作用力。电芯入壳后可预留出一定的空间余量，其可给电池在充放电过程中电芯的膨胀提前预留出空间，降低电池整体对外膨胀力。其中，空间余量可设定为9％～11％。
其次说明根据本发明第二方面的电池的制备方法，用于制备本发明第一方面所述的电池，包括步骤：
(1)将包括正极活性物质的正极浆料涂布在正极集流体上，干燥、冷压后得到正极极片，将包括负极活性物质的负极浆料涂布在负极集流体上，干燥、冷压后得到负极极片，其中所述正极极片中正极膜片的初始厚度为H1，所述负极极片中负极膜片的初始厚度为H2；
(2)将步骤(1)制备好的正极极片、负极极片以及隔离膜、电解液组装入电池外壳中，得到待测试电池，将所述待测试电池充电至荷电状态为100％SOC，断电后进行拆解，此时正极膜片的厚度为H1′，负极膜片的厚度为H2′，则正极膜片的厚度增加量Hc＝H1′-H1，负极膜片的厚度增加量Ha＝H2′-H2；
(3)使用具有凸起点结构的对辊对步骤(1)制备好的正极极片和/或负极极片进行辊压压实，以在正极膜片和/或负极膜片表面形成凸起点，其中，设置在所述正极膜片表面的凸起点的高度为Tc，设置在所述负极膜片表面的凸起点的高度为Ta，且0.3≤(Tc+Ta)/(Hc+Ha)≤1，然后再将得到的正极极片、负极极片以及隔离膜、电解液组装入电池外壳中，即得到电池。
在电池的制备方法中，所述正极膜片的初始厚度H1为0.1mm～0.4mm。
在电池的制备方法中，所述负极膜片的初始厚度H2为0.07mm～0.3mm。
下面结合实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。在实施例中仅示出电池为锂离子电池的例子，但本申请不限于此。
实施例1
(1)极片的制备
以碳包覆的LiFePO4(碳包覆层厚度为6nm，LiFePO4为一次颗粒结构，平均粒径为120nm)作为正极活性物质，以乙炔黑作为导电剂，以聚偏氟乙烯作为粘结剂，以N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，将上述原料搅拌混合均匀形成正极浆料，其中，正极活性物质、导电剂、粘结剂的重量比为94:4:2；然后将正极浆料均匀涂布在正极集流体铝箔的上下两个表面上，在85℃烘干后进行冷压，之后切割形成预定尺寸的正极极片。
以人造石墨(非针状焦二次粒子，石墨化程度为94％)作为负极活性物质，以乙炔黑作为导电剂，以羧甲基纤维素钠作为增稠剂，以丁苯橡胶作为粘结剂，以去离子水作为溶剂，将上述原料搅拌混合均匀形成负极浆料，其中，负极活性物质、导电剂、增稠剂、粘结剂的重量比为95:1.5:0.4:3.1；然后将负极浆料均匀涂布在负极集流体铜箔的上下两个表面上，在85℃烘干后进行冷压，之后切割形成预定尺寸的负极极片。
其中，在得到的正极极片和负极极片中，正极膜片的初始厚度为180μm，负极膜片的初始厚度为115μm。
(2)正极膜片的厚度增加量与负极膜片的厚度增加量测试
将步骤(1)制备好的正极极片、负极极片以及隔离膜进行卷绕得到电芯，之后将电芯置于电池外壳(0.8μm厚的铝壳，空间余量为10％)中，之后经过封装、注入电解液、化成、排气等工序，得到待测试电池，将所述待测试电池充电至荷电状态为100％SOC，断电后进行拆解，测得正极膜片的厚度增加量为3.6μm，负极膜片的厚度增加量为23μm。
其中，隔离膜采用厚度为12μm、孔隙率为38％的PE膜。电解液使用碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)重量比为30:20:20:30的混合有机溶剂，锂盐为LiPF6，浓度为1.0mol/L，电解液添加剂为碳酸亚乙烯酯，添加量为2％。
(3)电池的制备
使用具有凸起点结构的对辊对步骤(1)制备好的正极极片进行辊压压实，以在正极膜片表面形成高度为10μm凸起点，然后将具有凸起点结构的正极极片与步骤(1)制备好的负极极片以及隔离膜进行卷绕得到电芯，电芯结构如图5所示。然后将电芯置于电池外壳(0.8μm厚的铝壳，空间余量为10％)中，经过封装、注入电解液、化成、排气等工序，制得最终的电池。
实施例2
电池的制备工艺同实施例1，区别在于：
正极膜片表面的凸起点的高度为15μm。
实施例3
电池的制备工艺同实施例1，区别在于：
正极膜片表面的凸起点的高度为19μm。
实施例4
电池的制备工艺同实施例1，区别在于：
正极膜片表面的凸起点的高度为22μm。
实施例5
电池的制备工艺同实施例1，区别在于：
正极膜片表面的凸起点的高度为26μm。
实施例6
(1)极片的制备
以碳包覆的LiFePO4(碳包覆层厚度为6nm，LiFePO4为一次颗粒结构，平均粒径为120nm)作为正极活性物质，以乙炔黑作为导电剂，以聚偏氟乙烯作为粘结剂，以N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，将上述原料搅拌混合均匀形成正极浆料，其中，正极活性物质、导电剂、粘结剂的重量比为94:4:2；然后将正极浆料均匀涂布在正极集流体铝箔的上下两个表面上，在85℃烘干后进行冷压，之后切割形成预定尺寸的正极极片。
以人造石墨(非针状焦二次粒子，石墨化程度为94％)作为负极活性物质，以乙炔黑作为导电剂，以羧甲基纤维素钠作为增稠剂，以丁苯橡胶作为粘结剂，以去离子水作为溶剂，将上述原料搅拌混合均匀形成负极浆料，其中，负极活性物质、导电剂、增稠剂、粘结剂的重量比为95:1.5:0.4:3.1；然后将负极浆料均匀涂布在负极集流体铜箔的上下两个表面上，在85℃烘干后进行冷压，之后切割形成预定尺寸的负极极片。
其中，在得到的正极极片和负极极片中，正极膜片的初始厚度为180μm，负极膜片的初始厚度为115μm。
(2)正极膜片的厚度增加量与负极膜片的厚度增加量测试
将步骤(1)制备好的正极极片、负极极片以及隔离膜进行卷绕得到电芯，之后将电芯置于电池外壳(0.8μm厚的铝壳，空间余量为10％)中，之后经过封装、注入电解液、化成、排气等工序，得到待测试电池，将所述待测试电池充电至荷电状态为100％SOC，断电后进行拆解，测得正极膜片的厚度增加量为3.6μm，负极膜片的厚度增加量为23μm。
其中，隔离膜采用厚度为20μm、孔隙率为40％的PP膜。电解液使用碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)重量比为35:25:20:20的混合有机溶剂，锂盐为LiPF6，浓度为1.2mol/L，电解液添加剂为碳酸亚乙烯酯，添加量为2.5％。
(3)电池的制备
使用具有凸起点结构的对辊对步骤(1)制备好的负极极片进行辊压压实，以在负极膜片表面形成高度为16μm凸起点，然后将具有凸起点结构的负极极片与步骤(1)制备好的正极极片以及隔离膜进行卷绕得到电芯，电芯结构如图6所示。然后将电芯置于电池外壳(0.6μm厚的铝壳，空间余量为10％)中，经过封装、注入电解液、化成、排气等工序，制得最终的电池。
实施例7
(1)极片的制备
以NCM523(NCM523为二次颗粒结构，平均粒径为10μm)作为正极活性物质，以乙炔黑作为导电剂，以聚偏氟乙烯作为粘结剂，以N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，将上述原料搅拌混合均匀形成正极浆料，其中，正极活性物质、导电剂、粘结剂的重量比为94:4:2；然后将正极浆料均匀涂布在正极集流体铝箔的上下两个表面上，在85℃烘干后进行冷压，之后切割形成预定尺寸的正极极片。
以人造石墨(非针状焦二次粒子，石墨化程度为94％)作为负极活性物质，以乙炔黑作为导电剂，以羧甲基纤维素钠作为增稠剂，以丁苯橡胶作为粘结剂，以去离子水作为溶剂，将上述原料搅拌混合均匀形成负极浆料，其中，负极活性物质、导电剂、增稠剂、粘结剂的重量比为95:1.5:0.4:3.1；然后将负极浆料均匀涂布在负极集流体铜箔的上下两个表面上，在85℃烘干后进行冷压，之后切割形成预定尺寸的负极极片。
其中，在得到的正极极片和负极极片中，正极膜片的初始厚度为122μm，负极膜片的初始厚度为115μm。
(2)正极膜片的厚度增加量与负极膜片的厚度增加量测试
将步骤(1)制备好的正极极片、负极极片以及隔离膜进行卷绕得到电芯，之后将电芯置于电池外壳(0.8μm厚的铝壳，空间余量为10％)中，之后经过封装、注入电解液、化成、排气等工序，得到待测试电池，将所述待测试电池充电至荷电状态为100％SOC，断电后进行拆解，测得正极膜片的厚度增加量为6.1μm，负极膜片的厚度增加量为23μm。
其中，隔离膜采用厚度为12μm、孔隙率为38％的PE膜。电解液使用碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)重量比为30:20:20:30的混合有机溶剂，锂盐为LiPF6，浓度为1.0mol/L，电解液添加剂为碳酸亚乙烯酯，添加量为2％。
(3)电池的制备
使用具有凸起点结构的对辊对步骤(1)制备好的正极极片进行辊压压实，以在正极膜片表面形成高度为15μm凸起点，然后将具有凸起点结构的正极极片与步骤(1)制备好的负极极片以及隔离膜进行卷绕得到电芯，电芯结构如图5所示。将电芯置于电池外壳(0.8μm厚的铝壳，空间余量为10％)中，之后经过封装、注入电解液、化成、排气等工序，制得最终的电池。
实施例8
(1)极片的制备
以NCM523和NCM811质量比1:1的混合物(均为二次颗粒结构，平均粒径为10μm)作为正极活性物质，以乙炔黑作为导电剂，以聚偏氟乙烯作为粘结剂，以N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，将上述原料搅拌混合均匀形成正极浆料，其中，正极活性物质、导电剂、粘结剂的重量比为94:4:2；然后将正极浆料均匀涂布在正极集流体铝箔的上下两个表面上，在85℃烘干后进行冷压，之后切割形成预定尺寸的正极极片。
以人造石墨(非针状焦二次粒子，石墨化程度为94％)作为负极活性物质，以乙炔黑作为导电剂，以羧甲基纤维素钠作为增稠剂，以丁苯橡胶作为粘结剂，以去离子水作为溶剂，将上述原料搅拌混合均匀形成负极浆料，其中，负极活性物质、导电剂、增稠剂、粘结剂的重量比为95:1.5:0.4:3.1；然后将负极浆料均匀涂布在负极集流体铜箔的上下两个表面上，在85℃烘干后进行冷压，之后切割形成预定尺寸的负极极片。
其中，在得到的正极极片和负极极片中，正极膜片的初始厚度为122μm，负极膜片的初始厚度为115μm。
(2)正极膜片的厚度增加量与负极膜片的厚度增加量测试
将步骤(1)制备好的正极极片、负极极片以及隔离膜进行卷绕得到电芯，之后将电芯置于电池外壳(0.8μm厚的铝壳，空间余量为10％)中，之后经过封装、注入电解液、化成、排气等工序，得到待测试电池，将所述待测试电池充电至荷电状态为100％SOC，断电后进行拆解，测得正极膜片的厚度增加量为7.3μm，负极膜片的厚度增加量为23μm。
其中，隔离膜采用厚度为12μm、孔隙率为38％的PE膜。电解液使用碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)重量比为30:20:20:30的混合有机溶剂，锂盐为LiPF6，浓度为1.0mol/L，电解液添加剂为碳酸亚乙烯酯，添加量为2％。
(3)电池的制备
使用具有凸起点结构的对辊对步骤(1)制备好的正极极片进行辊压压实，以在正极膜片表面形成高度为20μm凸起点，然后将具有凸起点结构的正极极片与步骤(1)制备好的负极极片以及隔离膜进行卷绕得到电芯，电芯结构如图5所示。将电芯置于电池外壳(0.8μm厚的铝壳，空间余量为10％)中，之后经过封装、注入电解液、化成、排气等工序，制得最终的电池。
实施例9
(1)极片的制备
以NCM811(NCM811为二次颗粒结构，平均粒径为10μm)作为正极活性物质，以乙炔黑作为导电剂，以聚偏氟乙烯作为粘结剂，以N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，将上述原料搅拌混合均匀形成正极浆料，其中，正极活性物质、导电剂、粘结剂的重量比为94:4:2；然后将正极浆料均匀涂布在正极集流体铝箔的上下两个表面上，在85℃烘干后进行冷压，之后切割形成预定尺寸的正极极片。
以人造石墨(非针状焦二次粒子，石墨化程度为94％)作为负极活性物质，以乙炔黑作为导电剂，以羧甲基纤维素钠作为增稠剂，以丁苯橡胶作为粘结剂，以去离子水作为溶剂，将上述原料搅拌混合均匀形成负极浆料，其中，负极活性物质、导电剂、增稠剂、粘结剂的重量比为95:1.5:0.4:3.1；然后将负极浆料均匀涂布在负极集流体铜箔的上下两个表面上，在85℃烘干后进行冷压，之后切割形成预定尺寸的负极极片。
其中，在得到的正极极片和负极极片中，正极膜片的初始厚度为122μm，负极膜片的初始厚度为115μm。
(2)正极膜片的厚度增加量与负极膜片的厚度增加量测试
将步骤(1)制备好的正极极片、负极极片以及隔离膜进行卷绕得到电芯，之后将电芯置于电池外壳(0.8μm厚的铝壳，空间余量为10％)中，之后经过封装、注入电解液、化成、排气等工序，得到待测试电池，将所述待测试电池充电至荷电状态为100％SOC，断电后进行拆解，测得正极膜片的厚度增加量为9.8μm，负极膜片的厚度增加量为23μm。
其中，隔离膜采用厚度为12μm、孔隙率为38％的PE膜。电解液使用碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)重量比为30:20:20:30的混合有机溶剂，锂盐为LiPF6，浓度为1.0mol/L，电解液添加剂为碳酸亚乙烯酯，添加量为2％。
(3)电池的制备
使用具有凸起点结构的对辊对步骤(1)制备好的正极极片进行辊压压实，以在正极膜片表面形成高度为22μm凸起点，然后将具有凸起点结构的正极极片与步骤(1)制备好的负极极片以及隔离膜进行卷绕得到电芯，电芯结构如图5所示。将电芯置于电池外壳(0.8μm厚的铝壳，空间余量为10％)中，之后经过封装、注入电解液、化成、排气等工序，制得最终的电池。
实施例10
(1)极片的制备
以NCM811(NCM811为二次颗粒结构，平均粒径为10μm)作为正极活性物质，以乙炔黑作为导电剂，以聚偏氟乙烯作为粘结剂，以N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，将上述原料搅拌混合均匀形成正极浆料，其中，正极活性物质、导电剂、粘结剂的重量比为94:4:2；然后将正极浆料均匀涂布在正极集流体铝箔的上下两个表面上，在85℃烘干后进行冷压，之后切割形成预定尺寸的正极极片。
以氧化硅作为负极活性物质，以乙炔黑作为导电剂，以羧甲基纤维素钠作为增稠剂，以丁苯橡胶作为粘结剂，以去离子水作为溶剂，将上述原料搅拌混合均匀形成负极浆料，其中，负极活性物质、导电剂、增稠剂、粘结剂的重量比为95:1.5:0.4:3.1；然后将负极浆料均匀涂布在负极集流体铜箔的上下两个表面上，在85℃烘干后进行冷压，之后切割形成预定尺寸的负极极片。
其中，在得到的正极极片和负极极片中，正极膜片的初始厚度为122μm，负极膜片的初始厚度为115μm。
(2)正极膜片的厚度增加量与负极膜片的厚度增加量测试：
将步骤(1)制备好的正极极片、负极极片以及隔离膜进行卷绕得到电芯，之后将电芯置于电池外壳(0.8μm厚的铝壳，空间余量为10％)中，之后经过封装、注入电解液、化成、排气等工序，得到待测试电池，将所述待测试电池充电至荷电状态为100％SOC，断电后进行拆解，测得正极膜片的厚度增加量为9.8μm，负极膜片的厚度增加量为57.5μm。
其中，隔离膜采用厚度为12μm、孔隙率为38％的PE膜。电解液使用碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)重量比为30:20:20:30的混合有机溶剂，锂盐为LiPF6，浓度为1.0mol/L，电解液添加剂为碳酸亚乙烯酯，添加量为2％。
(3)电池的制备
使用具有凸起点结构的对辊对步骤(1)制备好的正极极片和负极极片分别进行辊压压实，其中正极膜片表面的凸起点的高度为10μm，负极膜片表面的凸起点的高度为15μm，然后将具有凸起点结构的正极极片、具有凸起点结构的负极极片以及隔离膜进行卷绕得到电芯，电芯结构如图7所示。然后将电芯置于电池外壳(0.8μm厚的铝壳，空间余量为10％)中，经过封装、注入电解液、化成、排气等工序，制得最终的电池。
实施例11
(1)极片的制备
以NCM811(NCM811为二次颗粒结构，平均粒径为10μm)作为正极活性物质，以乙炔黑作为导电剂，以聚偏氟乙烯作为粘结剂，以N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，将上述原料搅拌混合均匀形成正极浆料，其中，正极活性物质、导电剂、粘结剂的重量比为94:4:2；然后将正极浆料均匀涂布在正极集流体铝箔的上下两个表面上，在85℃烘干后进行冷压，之后切割形成预定尺寸的正极极片。
以氧化硅作为负极活性物质，以乙炔黑作为导电剂，以羧甲基纤维素钠作为增稠剂，以丁苯橡胶作为粘结剂，以去离子水作为溶剂，将上述原料搅拌混合均匀形成负极浆料，其中，负极活性物质、导电剂、增稠剂、粘结剂的重量比为95:1.5:0.4:3.1；然后将负极浆料均匀涂布在负极集流体铜箔的上下两个表面上，在85℃烘干后进行冷压，之后切割形成预定尺寸的负极极片。
其中，在得到的正极极片和负极极片中，正极膜片的初始厚度为122μm，负极膜片的初始厚度为115μm。
(2)正极膜片的厚度增加量与负极膜片的厚度增加量测试
将步骤(1)制备好的正极极片、负极极片以及隔离膜进行卷绕得到电芯，之后将电芯置于电池外壳(0.8μm厚的铝壳，空间余量为10％)中，之后经过封装、注入电解液、化成、排气等工序，得到待测试电池，将所述待测试电池充电至荷电状态为100％SOC，断电后进行拆解，测得正极膜片的厚度增加量为9.8μm，负极膜片的厚度增加量为57.5μm。
其中，隔离膜采用厚度为12μm、孔隙率为38％的PE膜。电解液使用碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)重量比为30:20:20:30的混合有机溶剂，锂盐为LiPF6，浓度为1.0mol/L，电解液添加剂为碳酸亚乙烯酯，添加量为2％。
(3)电池的制备
使用具有凸起点结构的对辊对步骤(1)制备好的负极极片进行辊压压实，以在负极膜片表面形成高度为21μm凸起点，然后将具有凸起点结构的负极极片与步骤(1)制备好的正极极片以及隔离膜进行卷绕得到电芯，电芯结构如图6所示。然后将电芯置于电池外壳(0.8μm厚的铝壳，空间余量为10％)中，经过封装、注入电解液、化成、排气等工序，制得最终的电池。
对比例1
电池的制备工艺同实施例1，区别在于：
正极膜片的表面未设置凸起点。
对比例2
电池的制备工艺同实施例7，区别在于：
正极膜片的表面未设置凸起点。
对比例3
电池的制备工艺同实施例11，区别在于：
负极膜片的表面未设置凸起点。
对比例4
电池的制备工艺同实施例1，区别在于：
正极膜片表面的凸起点的高度为40μm。
对比例5
电池的制备工艺同实施例1，区别在于：
正极膜片表面的凸起点的高度为5μm。
接下来将实施例1-11与对比例1-5的电池进行60℃满充满放循环测试，充放电倍率均为1C，并利用钢制夹具连接压力传感器实时监控膨胀力数据，记录电池容量衰减至80％时的循环圈数以及电池膨胀力结果。
从表1的测试结果可以看出：合理控制正极膜片、负极膜片表面的凸起点的高度，满足0.3≤(Tc+Ta)/(Hc+Ha)≤1时，可以有效地降低电池膨胀力，并延长电池的循环寿命。优选地，0.4≤(Tc+Ta)/(Hc+Ha)≤0.8；更优选地，0.6≤(Tc+Ta)/(Hc+Ha)≤0.8。
对比例1、对比例2和对比例3均未在正极膜片或负极膜片表面设置凸起点，电池充放电过程中内部没有足够的空间容纳正负极极片的体积膨胀，导致电池膨胀力很高，电池的循环性能和安全性能均很差。
对比例4在正极膜片表面设置过高的凸起点，在电池充放电过程中虽然能够提供充足的正负极极片的体积膨胀空间，但过大的体积膨胀空间造成电解液相对不足，正负极极片的电解液浸润性变差，充电过程中电池极化增加，且锂离子在充放电过程中的传输路径也延长，严重影响电池的循环性能。
对比例5在正极膜片表面设置过低的凸起点，电池充放电过程中没有足够的空间容纳正负极极片的体积膨胀，电池膨胀力仍然很高，电池的循环性能和安全性能也都很差。

Claims (10)

1.一种电池，包括电芯以及电解液，所述电芯包括：
正极极片，包括正极集流体以及设置于正极集流体表面且包括正极活性物质的正极膜片；
负极极片，包括负极集流体以及设置于负极集流体表面且包括负极活性物质的负极膜片；以及
隔离膜，设置在正极极片和负极极片之间；
其特征在于，
在所述电池中，所述正极膜片和/或所述负极膜片表面设置有凸起点，其中，设置在所述正极膜片表面的凸起点的高度为Tc，设置在所述负极膜片表面的凸起点的高度为Ta，所述正极膜片在电池荷电状态为100％SOC时的厚度增加量为Hc，所述负极膜片在电池荷电状态为100％SOC时的厚度增加量为Ha，且0.3≤(Tc+Ta)/(Hc+Ha)≤1。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，0.4≤(Tc+Ta)/(Hc+Ha)≤0.8，优选地，0.6≤(Tc+Ta)/(Hc+Ha)≤0.8。
3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述凸起点呈阵列形式分布在所述正极膜片和/或所述负极膜片表面。
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述凸起点呈各种规则或不规则形状，优选地，所述凸起点呈圆形状、半圆状、正方形状、长方形状或梯形状。
5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述凸起点设置在所述正极膜片表面时，在所述正极膜片表面，所述凸起点的投影面积为所述正极膜片总面积的10％～60％。
6.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述凸起点设置在所述负极膜片表面时，在所述负极膜片表面，所述凸起点的投影面积为所述负极膜片总面积的10％～60％。
7.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述凸起点仅设置在所述正极膜片表面。
8.一种电池的制备方法，用于制备权利要求1-7中任一项所述的电池，其特征在于，包括步骤：
(1)将包括正极活性物质的正极浆料涂布在正极集流体上，干燥、冷压后得到正极极片，将包括负极活性物质的负极浆料涂布在负极集流体上，干燥、冷压后得到负极极片，其中所述正极极片中正极膜片的初始厚度为H1，所述负极极片中负极膜片的初始厚度为H2；
(2)将步骤(1)制备好的正极极片、负极极片以及隔离膜、电解液组装入电池外壳中，得到待测试电池，将所述待测试电池充电至荷电状态为100％SOC，断电后进行拆解，此时正极膜片的厚度为H1′，负极膜片的厚度为H2′，则正极膜片的厚度增加量Hc＝H1′-H1，负极膜片的厚度增加量Ha＝H2′-H2；
(3)使用具有凸起点结构的对辊对步骤(1)制备好的正极极片和/或负极极片进行辊压压实，以在正极膜片和/或负极膜片表面形成凸起点，其中，设置在所述正极膜片表面的凸起点的高度为Tc，设置在所述负极膜片表面的凸起点的高度为Ta，且0.3≤(Tc+Ta)/(Hc+Ha)≤1，然后再将得到的正极极片、负极极片以及隔离膜、电解液组装入电池外壳中，即得到电池。
9.根据权利要求8所述的电池的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述正极膜片的初始厚度H1为0.1mm～0.4mm。
10.根据权利要求8所述的电池的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述负极膜片的初始厚度H2为0.07mm～0.3mm。
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