CN111063945A - 电芯、电池和电池的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种电芯、电池和电池的制备方法。本发明提供的电芯包括：相对设置的正极和负极，以及设置在正极和负极之间的隔膜，正极和隔膜之间以及隔膜和负极之间形成有用于容纳电解液的空隙；正极、负极和隔膜中的至少一种与电解液接触的表面涂覆有功能添加剂。正极、负极和隔膜中的至少一种与电解液接触的表面涂覆有功能添加剂，可促进电解液渗透，且使得功能添加剂与电解液接触后可均匀地溶解并分散在电芯的各层极片之间，大大改善了功能添加剂的分布，有利于电解液中功能添加剂的性能的正常发挥。

Description

电芯、电池和电池的制备方法

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种电芯、电池和电池的制备方法。

背景技术

随着新能源市场的兴起，锂离子电池发展迅速，由于具有优异的电化学性能，锂离子电池将具有更大的市场竞争力。电解液作为锂离子电池的四大主材之一，对其性能发挥具有重要影响，例如磺酸酯添加剂1,3-PS(1,3-丙烷磺酸内酯)可促进圆柱型锂离子电池在高温下的性能发挥，作为改善圆柱型锂离子电芯在高温存储以及循环性能时的首选功能型添加剂。

然而，由于圆柱型卷芯内部卷绕较紧，电极与隔膜之间以及电极材料颗粒之间的空隙较小，容易导致电解液渗透不良，从而导致功能添加剂分布不良，影响了电解液的性能的正常发挥。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电芯，旨在解决功能添加剂分布不良的问题。

本发明的另一目的在于提供一种电池及其制备方法，旨在改善电池在高温环境中的存储性能和循环性能。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种电芯，包括：相对设置的正极和负极，以及设置在所述正极和所述负极之间的隔膜，所述正极和所述隔膜之间以及所述隔膜和所述负极之间形成有用于容纳电解液的空隙；

所述正极、所述负极和所述隔膜中的至少一种与所述电解液接触的表面涂覆有功能添加剂。

本发明提供的电芯中，正极、负极和隔膜中的至少一种与电解液接触的表面涂覆有功能添加剂，能提高电极和隔膜与电解液之间的兼容性，促进电解液渗透，且使得功能添加剂与电解液接触后可均匀地溶解并分散在电芯的各层极片之间，大大改善了功能添加剂的分布，有利于电解液中功能添加剂的性能的正常发挥。

另一方面，本发明提供了一种电池，包括：封装外壳以及位于所述封装外壳内的电芯和电解液，所述电芯为上述电芯。

本发明提供的电池中，其电芯中的正极、负极和隔膜中的至少一种与电解液接触的表面涂覆有功能添加剂，使得功能添加剂能够均匀地分散在电芯的各层极片之间，促进了电解液中功能添加剂的性能的正常发挥，有利于改善电池在高温环境中的存储性能和循环性能。

又一方面，本发明提供了一种电池的制备方法，包括以下步骤：

将电芯组装在封装外壳中，并在所述封装外壳上留有电解液注入口；

将电解液从所述电解液注入口注入所述封装外壳内，密封；

其中，所述电芯为上述电芯。

本发明提供的电池的制备方法，将电芯组装在封装外壳中，并在所述封装外壳上留有电解液注入口，然后将电解液从所述电解液注入口注入所述封装外壳内，再密封，方法简单，操作简便。当注入电解液后，电芯中的正极、负极或隔膜上涂覆的功能添加剂溶解在电解液中，并均匀地分散在电芯的各层极片之间，大大改善了功能添加剂的分布，促进电解液性能的正常发挥，利于提升电池的电化学性能。

附图说明

图1为电池A和电池C在55℃下循环的放电容量保持率的对比结果；

图2为电池B和电池C在55℃下循环的放电容量保持率的对比结果。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种电芯，包括：相对设置的正极和负极，以及设置在所述正极和所述负极之间的隔膜，所述正极和所述隔膜之间以及所述隔膜和所述负极之间形成有用于容纳电解液的空隙；

所述正极、所述负极和所述隔膜中的至少一种与所述电解液接触的表面涂覆有功能添加剂。

不同于常规的在电解液中直接添加功能添加剂的方法，本发明实施例在正极、负极和隔膜中的至少一种与电解液接触的表面涂覆功能添加剂，一方面，由于功能添加剂的极性常与电解液相同，在正极、负极或隔膜的表面涂覆功能添加剂，有利于降低电解液与电极片或隔膜之间的接触角，提高电解液与电极之间的附着力，从而提高电极和隔膜与电解液之间的兼容性，促进电解液渗透；另一方面，当功能添加剂与电解液接触后可均匀地溶解并分散在电芯的各层极片之间，大大改善了功能添加剂的分布，有利于电解液中功能添加剂的性能的正常发挥。

具体地，所述功能添加剂优选为磺酸酯添加剂，其具有良好的成膜性能和高低温导电性能，可在充放电循环过程中在电极表面还原生成致密的SEI膜，大大提高电池在低温和高温条件下的放电容量及其循环性能。作为一种实施方式，所述磺酸酯添加剂选自1,3-丙烷磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯和烯基磺酸酯中的至少一种，在实际循环过程中，上述磺酸酯添加剂均显示良好的成膜性能和高低温导电性能，有利于提升电池在高温环境中的存储性能和循环性能。在一些实施例中，所述磺酸酯添加剂选为1,3-丙烷磺酸内酯，当该磺酸酯添加剂与石墨负极或碳/硅复合材料负极组合时，可使得电池的高温性能得到明显改善。

所述电芯中，正极、负极或隔膜上的功能添加剂的密度的计算公式可表示为：

其中，m表示电解液注液量(g)，n表示功能添加剂相对于电解液的百分含量(％)，a表示单电芯中正极、负极或隔膜的宽度(m)，b表示单电芯中正极、负极或隔膜的总长度(m)。

进一步地，电芯中功能添加剂的用量影响着电芯的电化学性能，作为一种实施方式，所述功能添加剂的重量为所述电解液的重量的0.5％-3％。在具体的实施方式中，所述功能添加剂的重量为所述电解液的重量的0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3.0％。

所述电芯中，所述功能添加剂可涂覆在正极、负极和隔膜中的至少一种的表面。作为一种实施方式，所述功能添加剂涂覆在隔膜上。结合涂覆工艺的可行性程度，由于隔膜的材料组成和结构相较于电极片更为简单，可通过多种涂覆工艺实现在隔膜上涂覆功能添加剂，所述涂覆工艺包括但不限于旋涂法、喷涂法、磁控溅射法、化学气相沉积法、蒸镀法、喷墨打印法等。在一些实施例中，所述隔膜的表面涂覆有1,3-丙烷磺酸内酯。经实验检测，相对于普通电芯，由表面涂覆有1,3-丙烷磺酸内酯的隔膜组装形成的电芯在60℃下高温存储30天后的电化学性能得到明显改善，具有较高的容量保持率和容量恢复率。

所述电芯中，所述正极、负极和隔膜的材料可参考本领域的常规正极材料。在一些实施例中，所述正极的材料选为钴酸锂、镍钴锰酸锂和磷酸亚铁锂中的至少一种。在一些实施例中，所述负极的材料选为石墨、硅/碳复合材料或氧化亚锡/碳复合材料。在一些实施例中，所述隔膜的材料选为聚乙烯和/或聚丙烯，例如PE、PP或PE/PP等。在进一步实施例中，正极的材料选为镍钴锰酸锂，负极选为石墨负极，隔膜选为PP/PE基材隔膜，功能添加剂选为1,3-丙烷磺酸内酯，其可使得电池的电化学性能最优。

所述电芯中，所述正极、负极和隔膜的规格可参考本领域的常规电芯，本发明实施例对此不作特殊限制。在一些实施例中，所述隔膜的宽度为0.06-0.07米，所述隔膜的总长度为1.6-1.7米。在进一步实施例中，所述隔膜的宽度为0.0605米，所述隔膜的总长度为1.645米。

在本发明实施例中，所述电芯的结构可参考本领域的常规电芯结构，在一些实施例中，所述电芯为卷绕式电芯，通过在正极、负极或隔膜的表面涂覆功能添加剂，解决了由于卷绕式电芯内部卷绕较紧，电极与隔膜之间以及电极材料颗粒之间的空隙较小，容易导致电解液渗透不良的问题。

综上，本发明实施例提供的电芯中，正极、负极和隔膜中的至少一种与电解液接触的表面涂覆有功能添加剂，能提高电极和隔膜与电解液之间的兼容性，促进电解液渗透，且使得功能添加剂与电解液接触后可均匀地溶解并分散在电芯的各层极片之间，大大改善了功能添加剂的分布，有利于电解液中功能添加剂的性能的正常发挥。

基于上述技术方案，本发明实施例还提供了一种包含上述电芯的电池以及该电池的制备方法。

相应的，一种电池，包括：封装外壳以及位于所述封装外壳内的电芯和电解液，所述电芯为上述电芯。

本发明实施例提供的电池中，其电芯中的正极、负极和隔膜中的至少一种与电解液接触的表面涂覆有功能添加剂，使得功能添加剂能够均匀地分散在电芯的各层极片之间，促进了电解液中功能添加剂的性能的正常发挥，有利于改善电池在高温环境中的存储性能和循环性能。

具体地，所述电池的具体结构以及封装外壳和电解液可参考本领域的常规电池，本发明实施例对此不作特殊限定。

相应的，一种电池的制备方法，包括以下步骤：

S01、将电芯组装在封装外壳中，并在所述封装外壳上留有电解液注入口；

S02、将电解液从所述电解液注入口注入所述封装外壳内，密封；

其中，所述电芯为上述电芯。

本发明实施例提供的电池的制备方法，将电芯组装在封装外壳中，并在所述封装外壳上留有电解液注入口，然后将电解液从所述电解液注入口注入所述封装外壳内，再密封，方法简单，操作简便。当注入电解液后，电芯中的正极、负极或隔膜上涂覆的功能添加剂溶解在电解液中，并均匀地分散在电芯的各层极片之间，大大改善了功能添加剂的分布，促进电解液性能的正常发挥，利于提升电池的电化学性能。

具体地，将电芯组装在封装外壳中的步骤，在所述封装外壳上留有电解液注入口的步骤，以及将电解液从所述电解液注入口注入所述封装外壳内的步骤，可参考本领域的常规操作，本发明实施例对此不作特殊限定，使得所述电池能够正常工作使用即可。

为使本发明上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本发明实施例一种电芯、电池和电池的制备方法的进步性能显著地体现，以下通过实施例对本发明的实施进行举例说明。

实施例1

本实施例提供了一种电池A，包括：封装外壳以及位于封装外壳内的电芯和电解液；其中，电芯包括：相对设置的正极和负极，以及设置在正极和负极之间的隔膜，正极和隔膜之间以及隔膜和负极之间形成有用于容纳电解液的空隙，且隔膜与电解液接触的表面涂覆有1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)，1,3-PS的用量为电解液重量的1％。

实施例2

本实施例提供了一种电池B，其与实施例1的区别在于：1,3-PS的用量为电解液重量的2％；其余地方与实施例1的基本相同，此处不再一一赘述。

对比例1

本对比例提供了一种电池C，其与实施例1的区别在于：电芯中的正极、负极和隔膜上均无涂覆有1,3-PS。

测试例

1、取实施例1-2和对比例1提供的电池A-C，分别测试其在60℃下高温存储30天前、后的电化学性能，每次测试重复三次，测试结果如表1所示，显示电池A-B相较于电池C具有良好的容量保持率和容量回复率，且电压和内阻更加稳定，说明本发明实施例提供的电池具有良好的高温存储性能。

表1

2、取实施例1-2和对比例1提供的电池A-C，分别测试其在55℃下循环的放电容量保持率，测试结果如图1和图2所示，显示本发明实施例提供的电池A-B具有良好的循环性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电芯，其特征在于，包括：相对设置的正极和负极，以及设置在所述正极和所述负极之间的隔膜，所述正极和所述隔膜之间以及所述隔膜和所述负极之间形成有用于容纳电解液的空隙；

所述正极、所述负极和所述隔膜中的至少一种与所述电解液接触的表面涂覆有功能添加剂。

2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述功能添加剂为磺酸酯添加剂。

3.根据权利要求2所述的电芯，其特征在于，所述磺酸酯添加剂选自1,3-丙烷磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯和烯基磺酸酯中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述隔膜的表面涂覆有1,3-丙烷磺酸内酯。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电芯，其特征在于，所述功能添加剂的重量为所述电解液的重量的0.5％-3％。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的电芯，其特征在于，所述正极的材料选为钴酸锂、镍钴锰酸锂和磷酸亚铁锂中的至少一种；和/或

所述负极的材料选为石墨、硅/碳复合材料或氧化亚锡/碳复合材料。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的电芯，其特征在于，所述隔膜为聚乙烯和/或聚丙烯。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的电芯，其特征在于，所述电芯为卷绕式电芯。

9.一种电池，包括：封装外壳以及位于所述封装外壳内的电芯和电解液，其特征在于，所述电芯为权利要求1至8中任一项所述的电芯。

10.一种电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将电芯组装在封装外壳中，并在所述封装外壳上留有电解液注入口；

将电解液从所述电解液注入口注入所述封装外壳内，密封；

其中，所述电芯为权利要求1至8中任一项所述的电芯。

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