CN111244375B - 一种电池隔膜及其制备方法、动力电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种电池隔膜，用于隔离第一极片和第二极片，该隔膜包括隔膜基体和设置于所述隔膜基体至少一面的多个凸起，多个所述凸起呈阵列排布，且其整体阵列的方向与所述隔膜基体的长度方向之间形成角度α，所述α＝arcsin[h/(n×l)]。与现有技术相比，本发明通过将凸起阵列的方向进行特殊角度的倾斜，使凸起在由第一极片、第二极片和隔膜构成的电芯的厚度方向上可以形成错位设置，从而避免了在该方向上出现凸点重叠的问题，达到了分散电芯内部应力的目的，显著地提高了电池的循环寿命和安全性能。此外，本发明还公开了该电池隔膜的制备方法，以及动力电池和该动力电池的制备方法。

Description

一种电池隔膜及其制备方法、动力电池及其制备方法

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种电池隔膜及其制备方法、动力电池及其制造方法。

背景技术

锂离子电池因具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电小等优点而被广泛应用于各行业，其中，电动摩托车、电动汽车等使用的锂离子电池为动力电池。

在锂离子动力电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一，用于分隔电池的正负极，防止正负极短接，同时，还允许电解质中的离子在正负极之间自由通过。因此，隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响着电池的容量、循环寿命以及安全性能。

目前，市面上的电池内隔膜产品，通常采用点状的涂层隔膜，其中，点状涂覆的具备粘接性、可压缩性的涂层对锂离子电池阴第一极片间界面的一致性以及电解液浸润性等均有改善，但是，现时的点状涂层隔膜通常采用连续规律的排布方式，如图1～2中所示，在锂离子电池多层阳极片1’、阴极片2’和隔膜3’重叠的情况下，不同涂层之间的点状凸起0’重叠在同一个直线上，因而会导致电池内部局部区域的应力集中，进而使得电池在循环充放电过程中容易产生变形的现象，影响着电池的循环寿命，严重时还可能引起局部严重析锂，引发安全事故的发生。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供的一种电池隔膜，通过该电池隔膜能有效地解决电芯的内部应力集中的问题，提高电池的循环寿命和安全性能。

为实现上述目的，本发明目的之一采用如下技术方案：

一种电池隔膜，用于隔离第一极片和第二极片，该隔膜包括隔膜基体和设置于所述隔膜基体至少一面的多个凸起，多个所述凸起呈阵列排布，且其整体阵列的方向与所述隔膜基体的长度方向之间形成角度α，所述α＝arcsin[h/(n×l)]，其中，h为与所述凸起相邻的所述第一极片或所述第二极片的高度，n为在该高度方向上的所述凸起的数量，l为与所述凸起相邻的第一极片或第二极片的总长。

作为对本发明目的之一中所述的电池隔膜的改进，所述α的范围为-15°～15°。其中，α可以取正角度值，也可以为负角度值，即凸起的整体阵列的方向可以沿隔膜基体的长度方向向上倾斜，也可以向下倾斜，可根据具体的生产要求进行合理设置。

作为对本发明目的之一中所述的电池隔膜的改进，所述凸起在所述隔膜基体上的投影面为圆形、椭圆形、三角形或矩形。于本发明中的方案，凸起可以设置为不同的形状，但是为了使凸起在第一极片、第二极片和隔膜经卷绕或叠片后更好地实现错位，因此，在实际生产过程中凸起优选设置圆形，而且，圆形的结构可以保证凸起在电芯厚度的方向的受力更为均匀，有助于提高电池的稳定性，当然，也可以根据实际的生产要求进行合理适配。另外，当投影面为圆形时，投影面的直径范围为50～800μm，能有助于控制凸起的大小，保证了在电芯厚度方向上每层的凸起数量以及其粘接效果。

作为对本发明目的之一中所述的电池隔膜的改进，相邻的两个所述凸起的中心间距为300～2500μm。凸起之间的间距不能过大或过小，若间距过小，会导致每层的凸起数量较多，经过第一极片、隔膜和第二极片多层卷绕或叠片后，在电芯的厚度方向上可能会发生重叠；若凸起之间的间距过大，会导致第一极片、隔膜和第二极片之间的粘接力不足，容易发生电芯变形的现象，影响电池的循环使用寿命和安全性能。

本发明目的之一的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过将凸起阵列的方向进行特殊角度的倾斜，使凸起在由第一极片、第二极片和隔膜构成的电芯的厚度方向上可以形成错位设置，从而避免了在该方向上出现凸起重叠的问题，达到了分散电芯内部应力的目的，显著地提高了电池的循环寿命和安全性能。

本发明目的之二在于提供一种电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤a、计算旋转角度，根据公式α＝arcsin[h/(n×l)]计算出角度α的值，其中，h为与所述凸起相邻的所述第一极片或所述第二极片的高度，n为在该高度方向上的所述凸起的数量，l为与所述凸起相邻的所述第一极片或所述第二极片的总长；

步骤b、调整涂布方向，以所述隔膜基体的长度方向为基准，将涂布装置的涂布方向旋转角度α；

步骤c、涂布，待涂布装置调整好角度后，在所述隔膜基体上进行涂布制得电池隔膜。

作为对本发明目的之二中所述的电池隔膜的制备方法的改进，所述步骤c中的涂布方式为凹版涂布。采用凹版涂布可以保证凸起在印刷过程中的均匀一致，提高涂布的稳定性。

与现有技术相比，本发明的目的之二至少具有以下有益效果：

1)本发明通过将涂布装置的涂布方向进行一定角度的旋转，更改了隔膜上凸起的排布规则，因此，电芯在卷绕或叠片后，凸起可以在电芯的厚度方向上形成错位设置，为电芯提供一定的膨胀空间，提高电池的循环寿命和安全性能；

2)本发明在不增加工艺复杂的基础上，由不同规格型号的电池隔膜的生产可以根据公式进行旋转角度的快速计算，从而有效地提高了生产换型的效率。

本发明的目的之三在于提供一种动力电池，包括第一极片、第二极片和隔膜通过卷绕或叠片的方式形成的电芯，所述隔膜为上述目的之一中所述的电池隔膜。

作为对本发明目的之三中所述的动力电池的改进，所述凸起在位于所述电芯的厚度方向上均为错位设置。

需要说明的是，在本发明中，凸起在位于电芯厚度方向上均为错位设置，指的是凸起在电芯厚度方向上的投影面均不重叠。因此，在电芯的厚度方向上，层与层之间的凸起会相互形成一定的膨胀空间，尤其是电池在不断的循环过程中导致的极片膨胀时，可以起到一定的缓冲作用，使得电芯内部的膨胀受力均匀，从而防止了现有技术中出现的电芯内部应力过于集中的情况，有效地提高了电池的循环使用寿命以及安全性能。

本发明的目的之三的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过将电芯厚度方向上的凸起错位设置，因此，使得电芯厚度方向上层与层之间的凸起可以形成一定的膨胀空间，有效分散了电池内部的应力，提高电池的使用寿命和安全性能。

本发明的目的之四在于提供一种动力电池的制造方法，包括以下步骤：

步骤d、涂布，将涂布装置的涂布方向旋转角度α，然后对电池隔膜进行涂布，其中，α＝arcsin[h/(n×l)]，h为与所述凸起相邻的所述第一极片或所述第二极的高度，n为在该高度方向上所述凸起的数量，l为与所述凸起相邻的所述第一极片或所述第二极片的总长；

步骤e、热压，将所述第一极片、所述电池隔膜和所述第二极片通过卷绕或叠片的方式形成所述电芯，使所述凸起在所述电芯厚度方向上形成错位设置，并对所述电芯进行热压整形；

步骤f、封装，将热压整形后的所述电芯封装于外壳或铝塑膜中。

作为对本发明目的之四中所述的动力电池的制造方法的改进，所述步骤e中的热压的温度为80～120℃，热压的压力为800～6000kgf。

本发明目的之四的有益效果在于：与现有技术相比，通过该方法生产的电池内部应力分布均匀，从而提高了电池的循环使用寿命和安全性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中的凸起在隔膜上的分布示意图；

图2为现有技术中的凸起在电芯厚度方向上的分布示意图；

图3为本发明中的凸起在隔膜基体上的分布示意图；

图4为本发明中的凸起在电芯厚度方向上的分布示意图；

其中，1’-阳极片；2’-阴极片；3’-隔膜；0’-点状凸起；0-凸起；1-第一极片；2-第二极片；3-隔膜基体；4-电芯。

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

如图3～4所示，一种电池隔膜，用于隔离第一极片1和第二极片2，该隔膜包括隔膜基体3和设置于隔膜基体3至少一面的多个凸起0，多个凸起0呈阵列排布，且其整体阵列的方向与隔膜基体3的长度方向之间形成角度α，角度α＝arcsin[h/(n×l)]，其中，h为与凸起0相邻的第一极片1或第二极片2的高度，n为在该高度方向上的凸起0的数量，l为与凸起0相邻的第一极片1或第二极片2的总长。在本发明的方案中，通过将凸起0阵列的方向进行特殊角度的倾斜，使凸起0在由第一极片1、第二极片2和电池隔膜构成的电芯4的厚度方向上可以形成错位设置，从而避免了在该方向上出现凸起0重叠的问题，达到了分散电芯4内部应力的目的，显著地提高了电池的循环寿命和安全性能。

另外，在本实施例中，α的范围为-15°～15°。其中，α可以取正角度值，也可以为负角度值，即凸起0的整体阵列的方向可以沿隔膜基体3的长度方向向上倾斜，也可以向下倾斜，可根据具体的生产要求进行合理设置。

而为了使凸起0在第一极片1、第二极片2和隔膜3经卷绕或叠片后更好地实现错位，于本实施例中，将凸起0设置为圆柱体，其在隔膜基体3上的投影面为圆形，圆形的结构可以保证在电芯4厚度方向上层与层之间的凸点0受力更为均匀，从而提高了电池的稳定性，当然，凸起0的形状也可以根据实际的生产要求进行合理适配。此外，凸起3的圆形投影面的直径范围为50～800μm。在该范围有助于控制凸起0的大小，保证了在电芯4厚度方向上每层的凸起0数量以及其粘接效果。

优选的，相邻的两个凸起0的中心间距为300～2500μm。凸起0之间的间距不能过大或过小，若间距过小，会导致每层的凸起0数量较多，经过第一极片1、电池隔膜和第二极片2多层卷绕或叠片后，在电芯4的厚度方向上可能会发生重叠；若凸起0之间的间距过大，会导致第一极片1、电池隔膜和第二极片2之间的粘接力不足，容易发生电芯变形的现象，影响电池的循环使用寿命和安全性能。

实施例2

一种电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤a、计算旋转角度，根据公式α＝arcsin[h/(n×l)]计算出角度α的值，其中，h为与凸起0相邻的第一极片1或第二极片2的高度，n为在该高度方向上的凸起0的数量，l为与凸起0相邻的第一极片1或第二极片2的总长；

步骤b、调整涂布方向，以隔膜基体3的长度方向为基准，将涂布装置的涂布方向旋转角度α；

步骤c、涂布，待涂布装置调整好角度后，在隔膜基体3上进行涂布制得电池隔膜。

优选的，步骤c中的涂布方式为凹版涂布。采用凹版涂布可以保证凸起在印刷过程中的均匀一致，提高涂布的稳定性。

于本实施例中，通过将涂布装置的涂布方向进行一定角度的旋转，更改了隔膜上凸起的排布规则，因此，生产得到的电池隔膜上的凸起0可以电芯的厚度方向上形成错位设置，为电芯提供一定的膨胀空间，提高电池的循环寿命和安全性能；另外，在不增加工艺复杂的基础上，由不同规格型号的电池隔膜的生产可以根据公式进行旋转角度的快速计算，提高了生产换型的效率。

实施例3

如图3～4所示，一种动力电池，包括第一极片1、第二极片2和隔膜通过卷绕或叠片的方式形成的电芯4，其中，隔膜为实施例1中的电池隔膜。优选的，凸起0在位于电芯4的厚度方向上均为错位设置。

需要说明的是，在本实施例中，凸起0在位于电芯4厚度方向上均为错位设置，指的是凸起在电芯4厚度方向上的投影面均不重叠。因此，在电芯4的厚度方向上，层与层之间的凸起0会相互形成一定的膨胀空间，尤其是电池在不断的循环过程中导致的极片膨胀时，可以起到一定的缓冲作用，使得电芯内部的膨胀受力均匀，从而防止了现有技术中出现的电芯内部应力过于集中的情况，有效地提高了电池的循环使用寿命以及安全性能。

实施例4

一种动力电池的制造方法，包括以下步骤：

步骤d、涂布，将涂布装置的涂布方向旋转角度α，然后对电池隔膜进行涂布，其中，α＝arcsin[h/(n×l)]，h为与凸起0相邻的第一极片1或第二极2的高度，n为在该高度方向上凸起0的数量，l为与凸起0相邻的第一极片1或第二极片2的总长；

步骤e、热压，将第一极片1、电池隔膜和第二极片2通过卷绕或叠片的方式形成电芯4，使凸起0在电芯4厚度方向上形成错位设置，并对电芯4进行热压整形；

步骤f、封装，将热压整形后的电芯4封装于外壳或铝塑膜中。

优选的，步骤e中的热压的温度为80～120℃，热压的压力为800～6000kgf。

在本实施例的方案中，通过该方法生产的电池内部应力分布均匀，从而提高了电池的循环使用寿命和安全性能。

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 (6)

1.一种动力电池，包括第一极片(1)、第二极片(2)和隔膜通过卷绕或叠片的方式形成的电芯(4)，所述隔膜用于隔离第一极片(1)和第二极片(2)，其特征在于：该隔膜包括隔膜基体(3)和设置于所述隔膜基体(3)至少一面的多个凸起(0)，多个所述凸起(0)呈阵列排布，且其整体阵列的方向与所述隔膜基体(3)的长度方向之间形成角度α，所述α的范围为-15°~15°；所述凸起(0)在位于所述电芯(4)的厚度方向上均为错位设置。

2.根据权利要求1中所述的动力电池，其特征在于：所述凸起(0)在所述隔膜基体(3)上的投影面为圆形、椭圆形、三角形或矩形。

3.根据权利要求1中所述的动力电池，其特征在于：相邻的两个所述凸起(0)的中心间距为300~2500μm。

4.一种权利要求1~3中任意一项所述的动力电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤d、涂布，将涂布装置的涂布方向旋转角度α，然后对电池隔膜进行涂布，其中，α的范围为-15°~15°；

步骤e、热压，将所述第一极片(1)、所述隔膜和所述第二极片(2)通过卷绕或叠片的方式形成所述电芯(4)，使所述凸起(0)在所述电芯(4)厚度方向上形成错位设置，并对所述电芯(4)进行热压整形；

步骤f、封装，将热压整形后的所述电芯(4)封装于外壳或铝塑膜中。

5.根据权利要求4中所述的动力电池的制造方法，其特征在于：所述步骤d中的涂布方式为凹版涂布。

6.根据权利要求4中所述的动力电池的制造方法，其特征在于：所述步骤e中的热压的温度为80~120°C，热压的压力为800~6000kgf。

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