CN110676518B - 一种防止锂离子电池负极析锂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止锂离子电池负极析锂的方法，锂离子电池的电芯为方形卷绕电芯，所述卷绕电芯由正极极片、隔膜以及负极极片构成的叠层进行卷绕形成，所述卷绕电芯包括第一表面、第二表面、第一侧面以及第二侧面，所述负极极片涂布时，第一表面、第二表面按照常规面密度涂布，侧面涂布的面密度大于表面的涂布面密度。本发明在极片涂布时，正极极片采用正常的涂布面密度，在负极极片涂布时，极片卷绕时表面的采用常规的面密度涂布，极片卷绕时侧面的面密度高于表面的面密度，即增加了卷绕负极极片侧面的面密度，每一层卷绕侧面只有几毫米，因此在不需要增加电池成本和降低能量密度的情况下，解决了锂离子电池析锂的问题。

Description

一种防止锂离子电池负极析锂的方法

技术领域

本发明涉及电化学电池技术领域，尤其是一种防止锂离子电池负极析锂的方法。

背景技术

由于锂离子电池有着高能量密度和轻便易携带的特点，所以从锂离子电池商业化以来，其作为能源载体活跃在通讯、数码相机、摄像机、笔记本等领域。近年来，随着电子数码产品的多样化，对电芯外观的要求趋于薄型化，原来采用18650、26650等圆形电芯的用户出于产品外观设计需要，将电芯的形状定位在方形电芯，因此大型号方形电芯在越来越多的领域存在广泛的需求。方形电芯分类主要有卷绕式和叠片式两类；叠片式方形电池生产效率较低、一致性差、放电倍率低、循环寿命短等问题，卷绕式方形电池生产效率较高，现有的方形锂离子二次电池普遍采用单卷芯卷绕式结构，即将设计好的电池正负极在经过配料、涂布、切片后各有一个极片，然后正负极极片以隔膜相隔后一起围绕卷绕模具旋转，卷绕好后退出即可得到电池的卷芯，然后将卷芯装入壳内，将正、负极片通过正、负极耳分别连通位于壳体上的正、负极，注液后就是一个成品锂离子电池。

锂离子电池在充电过程中，锂离子会从正极脱嵌并嵌入负极。但是当一些异常状况发生、并造成从正极脱嵌的锂离子无法嵌入负极的话，那么锂离子就只能析出在负极表面，从而形成一层灰色的物质，这就叫做析锂。当负极过量不足时，从正极脱嵌后来到负极的锂离子没有足够的嵌入空间，因而只能形成金属锂单质并析出在负极表面，而且随着充放电的不断进行，析出的锂离子会长大，形成锂晶枝，当锂晶枝长到一定程度后会刺穿隔膜，造成正负极短路，进而产生严重的安全隐患。因此在正负极配对时负极需要给出一定的过量，以防止在充放电过程中负极量不足造成的析锂，低容等问题，但是负极量过多时又会造成电池能量密度偏低，增加成本，因此需要选择合适的负极过量。而且对于方形卷绕式卷芯而言，后一圈卷绕的极片要长于前一圈的长度，正极片在外、负极片在里圈时，就会出现负极过量不足的情况，特别是方形卷绕式的卷芯曲率半径各部位不同，在卷芯曲率半径小的侧边，正极片在外、负极片在里圈时，负极严重过量不足，从而导致析锂严重。因此目前亟需在不增加成本或减少能量密度的前提下，选择合适的负极过量来解决方形卷绕电芯析锂的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种防止锂离子电池负极析锂的方法，在不增加成本或减少能量密度的前提下，选择合适的负极过量来解决方形卷绕电芯析锂的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种防止锂离子电池负极析锂的方法，锂离子电池的电芯为方形卷绕电芯，所述卷绕电芯由正极极片、隔膜以及负极极片构成的叠层进行卷绕形成，所述卷绕电芯包括第一表面、第二表面、第一侧面以及第二侧面，所述负极极片涂布时，第一表面、第二表面按照常规面密度涂布，第一侧面以及第二侧面涂布的面密度大于第一表面、第二表面的涂布面密度。

优选的,所述第一表面与所述第二表面相对设置，所述第一侧面和所述第二侧面相对设置。

优选的,正极极片采用常规的面密度进行涂布。

优选的,所述负极极片涂布的面密度大于正极极片涂布的面密度。

优选的,所述负极极片涂布时，第一表面、第二表面的过量系数为1.02-1.05。

优选的,所述负极极片涂布时，第一侧面以及第二侧面涂布的过量系数为1.06-1.09。

优选的,所述第一侧面以及第二侧面的长度小于第一表面、第二表面的长度。

进一步优选的,所述第一侧面以及第二侧面的长度小于10mm。

电池的设计容量＝涂层面密度*活性物质比例*活物质克容量*极片涂层面积，因此，在其他参数一定时，面密度的大小决定了电池的设计容量，因此，这里所述的常规面密度涂布，即按照设计容量均匀涂布；为了防止负极析锂，在设计时会将负极的容量高于正极的容量，即负极过量设计，因此，极极片涂布时第一表面、第二表面按照常规面密度涂布也就包括负极过量设计和不过量设计的均匀涂布。

过量系数，即实际涂布的单位面积负极容量/设计的单位面积负极容量。

本发明的有益效果是：本发明在极片涂布时，正极极片采用正常的涂布面密度，在负极极片涂布时采用间歇性增加涂布面密度的方式涂布，极片卷绕时的表面采用常规的面密度涂布，极片卷绕时的侧面面密度高于表面的面密度，即增加了卷绕负极极片侧面的面密度，每一层卷绕侧面只有几毫米，因此在不需要增加电池成本和降低能量密度的情况下，解决了锂离子电池负极析锂的问题。

附图说明

图1是卷绕前正极极片示意图；

图2是卷绕前负极极片示意图；

图3是方形电芯的结构示意图；

图4是对比例1的电池充满电后的进行拆解观察其负极极片析锂情况；

图5是对比例2的电池充满电后的进行拆解观察其负极极片析锂情况；

图6是实施例的电池充满电后的进行拆解观察其负极极片析锂情况；

图7是方形电芯拆解后极片的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明实施例及对比例选用374258-980mAh锂离子电池，电芯为方形电芯，其正极选用523正极材料，正极极片基材选用厚度为12-20um的铝箔；负极为石墨，负极极片基材选用厚度为8-14um的铜箔，所制作的锂离子电池结构如图3所示，图3中虚线标出来的为电芯的侧面，另外两个面为表面。如图7所示，极片的宽度为d，极片表面的长度为m，极片侧面的长度为n。所述表面包括相对设置的第一表面与第二表面，所述侧面包括相对设置的第一侧面和第二侧面。极片卷绕时同一层相对设置的第一表面与第二表面的长度相同、同一层相对设置的第一侧面和第二侧面的长度相同，随着卷绕的进行表面和侧面的长度逐渐变大，即外面一层的表面大于里面一层表面的长度，外面一层侧面的长度大于里面一层侧面的长度。

其他材料还包括溶剂N-甲基吡咯烷酮和去离子、水极耳、隔膜铝塑膜，正极搅拌过程中的粘结剂和增稠剂采用丁苯橡胶SBR、羧甲基纤维素钠CMC，负极搅拌过程中的粘结剂选用聚偏四氟乙烯。其中电解液中锂盐为是六氟磷酸锂，有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯，添加剂为碳酸亚乙烯酯。

锂离子电池的装配过程包括以下步骤：

制浆：用溶剂和粘接剂分别与粉末状的正负极活性物质混合，经高速搅拌均匀后，制成浆状的正负极物质；

涂布：将制成的浆料均匀地涂覆在金属箔的表面，烘干，分切、辊压后分别制成正负极极片；

装配：按正极片--隔膜--负极片--隔膜自上而下的顺序放好，经卷绕制成电池极芯，再经注入电解液、封口等工艺过程，即完成电池的装配过程，制成成品电池；

化成：用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试。

正极极片面密度的设计值为19.70mg/cm²，负极极片的面密度设计值为8.98mg/cm²。

对比例1：

选用上述材料为原材料，对正极极片按照正常工艺进行涂布，涂布的面密度一致均匀，为19.70mg/cm²；负极极片涂布时负极过量系数为1.05，涂布面密度为9.67mg/cm²，涂布完成后进行分切、辊压、制片、卷绕、封装、注液、化成、分容制得锂离子电池。

对比例2：

选用上述材料为原材料，对正极极片按照正常工艺进行涂布，涂布的面密度一致，19.70mg/cm²，负极极片涂布时负极过量系数为1.08，涂布面密度为9.70mg/cm²，涂布完成后进行分切、辊压、制片、卷绕、封装、注液、化成、分容制得锂离子电池。

实施例：

选用上述材料为原材料，对正极极片按照正常工艺进行涂布，涂布的面密度一致，19.70mg/cm²；负极极片涂布时，方形电芯的第一表面、第二表面的过量系数为1.05，涂布面密度为9.67mg/cm²，第一侧面以及第二侧面涂布的过量系数为1.08，涂布面密度为9.70mg/cm²，涂布完成后进行分切、辊压、制片、卷绕、封装、注液、化成、分容制得锂离子电池。

对比例1、2和实施例分容制得锂离子电池的重量、容量和克容量结果如下表所示：

表1

将对比例1、2及实施例1的电池充满电后的进行拆解，观察其负极极片析锂情况，结果如图4-5所示，可以看出，对比例1的负极极片侧面析锂严重，对比例2的负极极片无析锂，实施例的负极极片无析锂，对比例2与实施例相比，虽两者负极极片都无析锂情况，但是对比例2的电池重量大于实施例的电池重量，因此虽然提高负极极片的过量系数可以解决负极析锂问题，但是会提高电池的重量，同时降低了电池的能量密度增加了材料成本；实施例采用增加侧面密度的方式，既解决了卷绕电芯析锂的问题，同时也没有增加材料的成本，也没有降低材料能量密度。

Claims (8)

1.一种防止锂离子电池负极析锂的方法，锂离子电池的电芯为方形卷绕电芯，所述卷绕电芯由正极极片、隔膜以及负极极片构成的叠层进行卷绕形成，所述卷绕电芯包括第一表面、第二表面、第一侧面以及第二侧面，其特征在于：所述负极极片涂布时，第一表面、第二表面按照常规面密度涂布，第一侧面以及第二侧面涂布的面密度大于第一表面、第二表面的涂布面密度。

2.根据权利要求1所述的一种防止锂离子电池负极析锂的方法，其特征在于：所述第一表面与所述第二表面相对设置，所述第一侧面和所述第二侧面相对设置。

3.根据权利要求1所述的一种防止锂离子电池负极析锂的方法，其特征在于：正极极片采用常规的面密度进行涂布。

4.根据权利要求1所述的一种防止锂离子电池负极析锂的方法，其特征在于：所述负极极片涂布的面密度大于正极极片涂布的面密度。

5.根据权利要求1所述的一种防止锂离子电池负极析锂的方法，其特征在于：所述负极极片涂布时，第一表面、第二表面的过量系数为1.02-1.05。

6.根据权利要求1或5所述的一种防止锂离子电池负极析锂的方法，其特征在于：所述负极极片涂布时，第一侧面以及第二侧面涂布的过量系数为1.06-1.09。

7.根据权利要求1或2所述的一种防止锂离子电池负极析锂的方法，其特征在于：所述第一侧面以及第二侧面的长度小于第一表面、第二表面的长度。

8.根据权利要求7所述的一种防止锂离子电池负极析锂的方法，其特征在于：所述第一侧面以及第二侧面的长度小于10mm。

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