CN111162323A - 一种卷绕式锂离子电芯及其制备方法 - Google Patents

一种卷绕式锂离子电芯及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种卷绕式锂离子电芯，包括正极片、负极片以及设置在所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述隔膜朝向所述负极片的一面设置有粘结层，所述粘结层位于所述隔膜的上边缘和下边缘，相邻两所述隔膜通过所述粘结层粘结并将所述负极片包裹在其内部。在卷绕前，隔膜表面的粘接层通过粘结相对的两个隔膜，将负极片完全封闭在隔膜内部，在高温状态下时，就不会因为隔膜的受热收缩而导致正负极片直接接触，造成内部短路的情况发生。更不会引发起火、爆炸等安全事故，能够提高电池的热滥用安全认证测试。

Description

一种卷绕式锂离子电芯及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种卷绕式锂离子电芯及其制备方法。
背景技术
随着手机、笔记本电脑、充电宝、无人机、电动工具和电动车等领域的快速发展及更大市场需求，人们对锂离子电池的能量密度、快速充电以及安全性能的要求越来越高。卷绕式软包锂离子电池因其工艺成熟、生产效率高和能量密度高而被广泛生产。
卷绕式软包锂离子电池由正负极片、隔膜和电解液组成。其中，隔膜的作用是将正负极片隔离，防止因正负极片的直接接触而造成内部短路；同时，隔膜可以允许锂离子的通过，而阻止电子的通过。
然而，在现有技术中，市场化的隔膜在高温环境下容易收缩，使得正负极片直接接触而导致内部短路，进而引起起火爆炸等安全事故。
发明内容
本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种卷绕式锂离子电芯，可避免在高温下因隔膜的收缩使得正负极片的直接接触而造成的内部短路，提高了电芯的安全性能。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种卷绕式锂离子电芯，包括正极片、负极片以及设置在所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述隔膜朝向所述负极片的一面设置有粘结层，所述粘结层位于所述隔膜的上边缘和下边缘，相邻两所述隔膜通过所述粘结层粘结并将所述负极片包裹在其内部。在卷绕前，隔膜表面设置的粘接层相互粘结，将负极片完全包裹封闭在隔膜内部，这样在高温状态下时，就不会因为隔膜的受热收缩而导致正极片和负极片直接接触，造成内部短路的情况发生。
作为本发明所述的卷绕式锂离子电芯的一种改进，所述粘结层的长度大于或者等于所述负极片的长度。只有当粘结层的长度大于或者等于负极片的长度时，才能将负极片完全包裹在隔膜的内部。
作为本发明所述的卷绕式锂离子电芯的一种改进，所述粘结层的厚度为0.5～10μm，所述粘结层的宽度为0.5～5mm。粘接层的厚度不宜过厚，过厚会使得成品电芯不够平整，使得电芯的顶端和低端的厚度要大于电芯中间部分的厚度，影响电芯的外观以及能量密度。粘接层的宽度也不宜过宽，在高温时，过宽的粘接层熔融后的区域变大，部分会覆盖在负极片的表面，影响锂离子的嵌入，使得电芯充电效率减慢。
作为本发明所述的卷绕式锂离子电芯的一种改进，所述粘结层的厚度为1～3μm，所述粘结层的宽度为1～3mm。在以上范围内的粘接层既能满足隔膜与隔膜之间的充分粘结，又能避免熔融的粘结层覆盖到负极片的表面。
作为本发明所述的卷绕式锂离子电芯的一种改进，所述粘结层的熔点为80～120℃，所述隔膜的熔点高于所述粘结层的熔点。隔膜的熔点需要高于粘接层的熔点，在高温热压时，只有粘接层熔融使得隔膜与隔膜产生粘结，而隔膜自身并不能熔融。
作为本发明所述的卷绕式锂离子电芯的一种改进，所述粘结层不与电解液发生反应。在电芯制备成电池的过程中，还需进行注入电解液、封装、化成、排气等工序，粘接层不能与电解液发生反应，避免电池在使用过程中出现产气等现象，提高电池的安全性能。
作为本发明所述的卷绕式锂离子电芯的一种改进，所述粘结层包括聚乙烯胶、聚丙烯胶和聚丙烯酸酯胶中的至少一种。优选的，粘接层选用聚乙烯胶，直接粘贴在隔膜的边缘，更容易控制粘接层的长度、宽度和厚度，使得产品的优产率高。
本发明的另一目的在于，提供一种说明书前文任一项所述的卷绕式锂离子电芯的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，在所述隔膜朝向所述负极片的一面的边缘设置粘结层；
步骤二，按顺序层叠所述正极片、所述负极片和所述隔膜，热压所述隔膜，使相邻两所述隔膜通过所述粘结层粘结并将所述负极片包裹在所述隔膜的内部；
步骤三，将正极片、所述负极片和所述隔膜沿同一方向卷绕，制得卷绕式锂离子电芯。当电池处于高温热冲击时，粘接层将隔膜与隔膜相粘结，使得隔膜不会因为热收缩而导致正极片和负极片直接接触，造成内部短路，引发起火、爆炸等安全事故，能够提高电池的热滥用安全认证测试。
作为本发明所述的卷绕式锂离子电芯的制备方法的一种改进，所述热压的温度为80～150℃。热压的温度不能小于粘接层的熔点，在热压温度较高的情况下，粘结层熔融变成黏稠状，粘结相对的两个隔膜。
作为本发明所述的卷绕式锂离子电芯的制备方法的一种改进，所述热压的压力为0.1～1MPa。
本发明的有益效果包括但不限于：通过本发明的制备方法制得的卷绕式锂离子电芯，在隔膜朝向负极片的一面设置有粘结层，粘结层位于隔膜的上边缘和下边缘，相邻两隔膜通过粘结层粘结并将负极片包裹在其内部。在卷绕前，隔膜表面的粘接层通过粘结相对的两个隔膜，将负极片完全封闭在隔膜内部，在高温状态下时，就不会因为隔膜的受热收缩而导致正负极片直接接触，造成内部短路的情况发生。更不会引发起火、爆炸等安全事故，能够提高电池的热滥用安全认证测试。
附图说明
图1是本发明卷绕式锂离子电芯卷绕前的结构示意图。
其中，1-正极片，2-负极片，3-隔膜，4-粘结层。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供一种卷绕式锂离子电芯，包括正极片1、负极片2以及设置在正极片1和负极片2之间的隔膜3，隔膜3朝向负极片2的一面设置有粘结层4，粘结层4位于隔膜3的上边缘和下边缘，相邻两隔膜3通过粘结层4粘结并将负极片2包裹在其内部。
进一步地，粘结层4的长度大于负极片2的长度。
进一步地，粘结层4的厚度为1μm，粘结层4的宽度为1.5mm。
进一步地，粘结层4的熔点为80～120℃，隔膜3的熔点高于粘结层4的熔点。
进一步地，粘结层4不与电解液发生反应。
进一步地，粘结层4为聚乙烯胶。
本实施例还提供一种上述卷绕式锂离子电芯的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，在隔膜3朝向负极片2的一面的边缘设置粘结层4；
步骤二，按顺序层叠正极片1、负极片2和隔膜3，热压隔膜3，使相邻两隔膜3通过粘结层4粘结并将负极片2包裹在隔膜3的内部；热压的温度为80℃，热压的压力为0.3MPa。
步骤三，将正极片1、负极片2和隔膜3沿同一方向卷绕，制得型号为9960B5PL-10000mAh软包卷绕式锂离子电芯。
实施例2
本实施例提供一种卷绕式锂离子电芯，与实施例1不同的是粘结层4，粘结层4的长度等于负极片2的长度，粘结层4为聚丙烯胶，粘结层4的厚度为0.6μm，粘结层4的宽度为1mm。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例3
本实施例提供一种卷绕式锂离子电芯，与实施例1不同的是粘结层4，粘结层4为聚丙烯酸酯胶，粘结层4的厚度为3μm，粘结层4的宽度为1mm。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例4
本实施例提供一种卷绕式锂离子电芯，与实施例1不同的是粘结层4，粘结层4包括聚乙烯胶和聚丙烯胶，粘结层4的厚度为1μm，粘结层4的宽度为3mm。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例5
本实施例提供一种卷绕式锂离子电芯，与实施例1不同的是粘结层4，粘结层4包括聚乙烯胶、聚丙烯胶和聚丙烯酸酯胶，粘结层4的厚度为0.5μm，粘结层4的宽度为5mm。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例6
本实施例提供一种卷绕式锂离子电芯，与实施例1不同的是粘结层4，粘结层4的厚度为1.5μm，粘结层4的宽度为1.5mm。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例7
本实施例提供一种卷绕式锂离子电芯，与实施例1不同的是粘结层4，粘结层4的厚度为10μm，粘结层4的宽度为0.5mm。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例8
本实施例提供一种卷绕式锂离子电芯，与实施例1不同的是卷绕式锂离子电芯的制备方法，热压的温度为80℃，热压的压力为0.1MPa。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例9
本实施例提供一种卷绕式锂离子电芯，与实施例1不同的是卷绕式锂离子电芯的制备方法，热压的温度为100℃，热压的压力为0.5MPa。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例10
本实施例提供一种卷绕式锂离子电芯，与实施例1不同的是卷绕式锂离子电芯的制备方法，热压的温度为150℃，热压的压力为1.0MPa。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
对比例1
本对比例提供一种卷绕式锂离子电芯，与实施例1不同的是，本对比例的隔膜3不设置有粘结层4。
本对比例电芯的制备方法为：将正极片1、负极片2和隔膜3沿同一方向卷绕，制得型号为9960B5PL-10000mAh软包卷绕式锂离子电芯。
分别重复实施例1～10各4次，共得到50个卷绕式锂离子电芯。记录电芯编号为1～50。
重复试验对比例49次，得到50个作为对比例的卷绕式锂离子电芯。记录电芯编号为51～100。
对编号为1～50和编号51～100的电芯在同样条件下做130℃热滥用测试。
测试结果为：电芯编号为1～50的电芯的通过率为100％，电芯编号为51～100的电芯的通过率为70％。
综上所述，本发明在隔膜朝向负极片的一面设置有粘结层，粘结层位于隔膜的上边缘和下边缘，相邻两隔膜通过粘结层粘结并将负极片包裹在其内部。在卷绕前，隔膜表面的粘接层通过粘结相对的两个隔膜，将负极片完全封闭在隔膜内部，在高温状态下时，就不会因为隔膜的受热收缩而导致正负极片直接接触，造成内部短路的情况发生。更不会引发起火、爆炸等安全事故，能够提高电池的热滥用安全认证测试。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施方式，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种卷绕式锂离子电芯，其特征在于，包括正极片、负极片以及设置在所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述隔膜朝向所述负极片的一面设置有粘结层，所述粘结层位于所述隔膜的上边缘和下边缘，相邻两所述隔膜通过所述粘结层粘结并将所述负极片包裹在其内部。
2.根据权利要求1所述的卷绕式锂离子电芯，其特征在于，所述粘结层的长度大于或者等于所述负极片的长度。
3.根据权利要求1所述的卷绕式锂离子电芯，其特征在于，所述粘结层的厚度为0.5～10μm，所述粘结层的宽度为0.5～5mm。
4.根据权利要求3所述的卷绕式锂离子电芯，其特征在于，所述粘结层的厚度为1～3μm，所述粘结层的宽度为1～3mm。
5.根据权利要求1所述的卷绕式锂离子电芯，其特征在于，所述粘结层的熔点为80～120℃，所述隔膜的熔点高于所述粘结层的熔点。
6.根据权利要求1所述的卷绕式锂离子电芯，其特征在于，所述粘结层不与电解液发生反应。
7.根据权利要求1所述的卷绕式锂离子电芯，其特征在于，所述粘结层包括聚乙烯胶、聚丙烯胶和聚丙烯酸酯胶中的至少一种。
8.一种如权利要求1～7任一项所述的卷绕式锂离子电芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在所述隔膜朝向所述负极片的一面的边缘设置粘结层；
步骤二，按顺序层叠所述正极片、所述负极片和所述隔膜，热压所述隔膜，使相邻两所述隔膜通过所述粘结层粘结并将所述负极片包裹在所述隔膜的内部；
步骤三，将正极片、所述负极片和所述隔膜沿同一方向卷绕，制得卷绕式锂离子电芯。
9.根据权利要求8所述的卷绕式锂离子电芯的制备方法，其特征在于，所述热压的温度为80～150℃。
10.根据权利要求8所述的卷绕式锂离子电芯的制备方法，其特征在于，所述热压的压力为0.1～1MPa。
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