CN111668451B - 一种用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法、极片及电芯 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法，在集流体的表面间隙涂覆活性物质层和连续涂覆绝缘涂层，绝缘涂层邻接于靠近极耳部一侧的活性物质层；去除集流体间隙空箔区边缘已涂覆的绝缘涂层；沿绝缘涂层模切极耳部后得到用于卷绕式多极耳电芯的极片。本发明中在活性物质层的和集流体边缘空箔区之间连续涂覆绝缘涂层，沿绝缘涂层激光模切得到箔材极耳，减少了毛刺的产生，进一步提升了电芯的安全性能。本发明在去除集流体间隙空箔区已涂覆的绝缘涂层后，在卷绕后得到多极耳电芯时，提高了电芯的能量密度。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法、用于卷绕式多极耳电芯的极片及卷绕式多极耳电芯。
背景技术
锂离子电池重量轻、安全性能好等优点，故在蓝牙耳机、手机、笔记本电脑、平板电脑、摄像机等移动电子设备以及便携式移动电源等领域的应用已处在垄断地位。同时，锂离子电池也已经在电动摩托车、电动汽车等领域批量应用。
人们对于锂离子电池的能量密度和倍率放电以及放电温升都提出了更高的要求，电池的厚度随之增大，电池的正、负极的片长增加，如果再采用单一极耳形式，电池的内阻会很大，电池放电时极化严重，影响了电池的使用寿命和安全性能，因此，多极耳电池的应用越来越广泛。
多极耳技术的开发大幅度的提升了锂离子电池的能量密度，对我国锂电行业的发展起到了推波助澜之用。目前的多极耳电芯在极片涂布时，会预留集流体边缘空箔区(也称之为极耳部)，经过辊压和分切后，在卷绕前将集流体边缘空箔区经过裁切处理后形成多个极耳。
然而，目前的卷绕式多极耳电芯的制备流程还存在以下问题：
1)多极耳电芯极片中活性物质层的涂覆一般采用连续涂覆，分切时的精度不够高；
2)多极耳电芯极片中活性物质层的涂覆采用连续涂覆时，由于极片尾部不包括空箔区，最后需要以隔膜收尾，相应的，还需增加一圈负极活性物质层以及胶纸，增加了电芯的厚度，相当于减少了电芯的能量密度。
3)极片上活性物质层的两端都会存在集流体边缘空箔区，其中一边的集流体边缘空箔区会模切成极耳，然而，模切集流体边缘空箔区可能会产生毛刺，毛刺可能会刺破隔膜产生安全风险。
发明内容
本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法，能够提高极片分切精度、提高电芯的能量密度和安全性能。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法，包括以下操作：
在集流体的表面间隙涂覆活性物质层和连续涂覆绝缘涂层，所述绝缘涂层邻接于靠近极耳部一侧的所述活性物质层；
去除集流体间隙空箔区边缘已涂覆的绝缘涂层；
沿所述绝缘涂层模切所述极耳部后得到用于卷绕式多极耳电芯的极片。
作为本发明所述的用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法的一种改进，所述活性物质层为正极活性物质层或负极活性物质层。优选的，活性物质层为正极活性物质层。在极片的制备过程中，一般使用激光切割或者金属刀模模切出极耳，当极耳尺寸需要更改时，金属刀模也需要相应换型，然而，金属刀模换型费用较高，而且会降低生产效率，因此，一般采用激光模切出极耳。由于正极活性物质层材料的特性，使用激光在切割正极活性物质层的时候会导致在切割位置产生比较大的毛刺，毛刺不进行处理会刺破隔膜导致电芯内部短路。
作为本发明所述的用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法的一种改进，所述绝缘涂层包括氧化铝陶瓷涂层或氧化铝-氧化钛陶瓷涂层。其中，绝缘涂层包括但不限于氧化铝陶瓷涂层或氧化铝-氧化钛陶瓷涂层，绝缘涂层不具有导电性，而且化学性质比较稳定，不容易参与电芯内部电化学反应，可根据实际情况灵活设置。
作为本发明所述的用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法的一种改进，通过刮板或中空吸附组件去除所述集流体间隙空箔区边缘已涂覆的绝缘涂层。由于目前还无法实现同时间歇涂覆活性物质层和间歇涂覆绝缘涂层，需先连续涂覆安全涂层再去除集流体间隙空箔区边缘已涂覆的绝缘涂层。
作为本发明所述的用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法的一种改进，所述活性物质层和所述绝缘涂层同时涂覆。其中，活性物质层的间歇涂覆和绝缘涂层的连续涂覆共用一套模头，实现了同时涂覆。
作为本发明所述的用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法的一种改进，所述集流体间隙空箔区的一面包括集流体单面空箔区和集流体第一双面空箔区，所述集流体间隙空箔区的相对一面包括集流体第二双面空箔区。间隙涂覆活性物质层时，由于集流体两面的间隙空箔区的长度不同，在极片的两面会形成集流体单面空箔区和集流体双面空箔区。卷绕后，以集流体双面空箔区收尾，由于集流体双面空箔区不存在绝缘涂层，相当于取消了绝缘涂层的厚度，提高了电芯的能量密度。
作为本发明所述的用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法的一种改进，所述绝缘涂层的厚度为30～50μm。优选的，绝缘涂层的厚度为30μm、35μm、40μm、45μm或50μm。进一步优选的，绝缘涂层的厚度为40μm。
作为本发明所述的用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法的一种改进，在涂覆后，还包括辊压操作。
作为本发明所述的用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法的一种改进，在去除所述集流体间隙空箔区已涂覆的绝缘涂层后，还包括对所述活性物质层居中分切。现有技术中在涂覆活性物质层后，沿活性物质层两侧的集流体边缘空箔区分切，形成初级极片。本发明采用金属刀模对活性物质层居中分切，相当于去除了初级极片一侧的集流体边缘空箔区，进而提升了电芯的能量密度。
作为本发明所述的用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法的一种改进，还包括金属带极耳，所述金属带极耳焊接在模切所述极耳部后形成的箔材极耳上。
本发明的目的之二在于，提供一种用于卷绕式多极耳电芯的极片，由说明书前文任一项所述的方法制备。
本发明的目的之三在于，提供一种卷绕式多极耳电芯，包括说明书前文所述的用于卷绕式多极耳电芯的极片。其中，卷绕式多极耳电芯的宽度为20～200mm，卷绕式电芯高度为30～200mm，卷绕式电芯厚度为2～20mm。卷绕式多极耳电芯的外壳包括方形电芯、软包电芯或钢壳圆柱电芯。
相比于现有技术，本发明的有益效果包括但不限于：
1)现有技术中，对于多极耳电芯极片，通常采用连续涂覆的方式获得活性物质层，由于不存在间隙空箔区，分切时会产生误差。而本发明在间歇涂覆活性物质层之前，会在集流体的表面预设间隙涂布尺寸，分切时也会根据间隙空箔区来进行分切。因此，本发明的分切精度更高。
2)连续涂覆活性物质层制备的多极耳电芯，由于极片表面不存在空箔区，卷绕后以两圈隔膜收尾，为了防止析锂使得电芯的倒数第三圈具有负极活性物质层，且贴有胶纸。而在本发明中，采用间歇涂覆活性物质层的技术方案，直接以半圈正极集流体收尾，同时减少了两圈隔膜的厚度、一圈负极活性物质层的厚度和一层胶纸的厚度，相当于提高了正极活性物质的占比，因此，提高了能量密度。
3)现有用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法中，为了避免毛刺的产生，通常沿活性物质层两长边的集流体边缘空箔区激光分切。在本发明中，在活性物质层的和集流体边缘空箔区之间连续涂覆绝缘涂层，沿绝缘涂层激光模切得到箔材极耳，相对于沿集流体边缘空箔区模切，减少了毛刺的产生，进一步提升了电芯的安全性能。
4)在本发明中，去除集流体间隙空箔区已涂覆的绝缘涂层后，在卷绕后得到多极耳电芯时，相当于去除了电芯最外圈集流体头部的绝缘涂层，降低了两层绝缘涂层的厚度，因此提高了电芯的能量密度。
附图说明
图1为实施例1中大片极片的结构示意图。
图2为实施例1中初级极片的结构示意图。
图3为实施例1中分切和模切方法的结构示意图。
图4为实施例1中终极极片的结构示意图。
图5为实施例2中卷绕式多极耳电芯的结构示意图之一。
图6为实施例2中卷绕式多极耳电芯的结构示意图之二。
图7为对比例1中极片涂布和分切的示意图。
图8为对比例2中保留集流体边缘空箔区已涂覆的绝缘涂层的终极极片的剖视图。
图9为用对比例2的极片制备的电芯的结构示意图。
图中：1-集流体，2-活性物质层，3-绝缘涂层，11-极耳部，12-间隙空箔区，10-大片极片，20-初级极片，30-终极极片，121-集流体单面空箔区，122-集流体第一双面空箔区，123-集流体第二双面空箔区。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例和说明书附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1～4所示，本实施例提供一种用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法，包括以下操作：
S1、设计集流体间隙空箔区12的尺寸，其中，集流体第一面间隙空箔区12的长度为110mm，集流体第二面间隙空箔区12的长度为50mm。
S2、按照设计尺寸，在集流体1的两表面同时间隙涂覆正极活性物质层2和连续涂覆绝缘涂层3，其中，绝缘涂层3临接于靠近极耳部11一侧的正极活性物质层2的边缘，得到大片极片10。其中，绝缘涂层3为40μm厚的氧化铝陶瓷涂层。
S3、通过刮板或中空吸附组件去除集流体间隙空箔区12边缘已涂覆的绝缘涂层3；进一步的，去除集流体单面空箔区121、集流体第一双面空箔区122、集流体第二双面空箔区123边缘涂覆的绝缘涂层3，得到初级极片20。
S4、辊压所述大片极片10，对活性物质层2沿涂布方向上居中分切，沿绝缘涂层3模切极耳部11后得到终极极片30。
实施例2
如图5～6所示，本实施例提供一种卷绕式多极耳电芯，包括实施例1中得到的用于卷绕式多极耳电芯的极片。
对比例1
如图7所示，本对比例提供一种用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法，与实施例1不同的是，
本对比例采用连续涂布，极片涂布时，仅涂覆活性物质层2，不涂覆绝缘涂层3，沿活性物质层2一侧的集流体边缘空箔区分切，沿活性物质层2另一侧的集流体边缘空箔区作为极耳部11经过裁切处理后作为多个极耳。
对比例2
如图8～9所示，本对比例提供一种用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法，与实施例1不同的是，
保留集流体间隙空箔区12边缘已涂覆的绝缘涂层3。
其余与实施例1相同，这里再赘述。
将实施例2制得的卷绕式多极耳电芯经铝塑膜封装、再烘烤、注液、静置、化成、夹具整形、二封、容量测试，完成多极耳电池的制备，记录编号为1号。
将对比例1～2制得的用于卷绕式多极耳电芯的极片以实施例2的方法制备成卷绕式多极耳电芯，再经铝塑膜封装、再烘烤、注液、静置、化成、夹具整形、二封、容量测试，完成卷绕式多极耳电池的制备，记录编号为2号和3号。
对1～3号卷绕式多极耳电池分别测试能量密度、快充试验和倍率实验，实验结果如表1。
表1
| 电池编号 | 能量密度mAh/g | 3C充电时间min | 热冲击试验失效比例 |
| 1号 | 170 | 20 | 3 |
| 2号 | 160 | 25 | 5 |
| 3号 | 165 | 21 | 3.5 |
由1号电池和2号电池可以看出，2号电池使用连续涂覆方法，由于极片表面不存在空箔区，卷绕后以两圈隔膜收尾，为了防止析锂使得电芯的倒数第三圈具有负极活性物质层，且贴有胶纸。1号电池直接以半圈正极集流体收尾，同时减少了两圈隔膜的厚度、一圈负极活性物质层的厚度和一层胶纸的厚度，相当于提高了正极活性物质的占比，因此，提高了能量密度。
2号电池的用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法中，为了避免毛刺的产生，沿活性物质层两长边的集流体边缘空箔区激光分切。1号电池中，在活性物质层和集流体边缘空箔区之间连续涂覆绝缘涂层，沿绝缘涂层激光模切得到箔材极耳，相对于沿集流体边缘空箔区模切，减少了毛刺的产生，进一步提升了电芯的安全性能。
由1号电池和3号电池可以看出，去除集流体间隙空箔区边缘已涂覆的绝缘涂层后，在卷绕后得到多极耳电芯时，相当于去除了电芯最外圈集流体头部的绝缘涂层，降低了两层绝缘涂层的厚度，因此提高了电芯的能量密度。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (9)
1.一种用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法，其特征在于，包括以下操作：
在集流体的表面间隙涂覆活性物质层和连续涂覆绝缘涂层，所述绝缘涂层邻接于靠近极耳部一侧的所述活性物质层；
去除集流体间隙空箔区边缘已涂覆的绝缘涂层；
沿所述绝缘涂层模切所述极耳部后得到用于卷绕式多极耳电芯的极片；
其中，绝缘涂层临接于靠近极耳部一层的正极活性涂层的边缘，上述活性物质层和所述绝缘涂层同时涂覆。
2.根据权利要求1所述的用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法，其特征在于，所述活性物质层为正极活性物质层或负极活性物质层。
3.根据权利要求1所述的用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法，其特征在于，所述绝缘涂层包括氧化铝陶瓷涂层或氧化铝-氧化钛陶瓷涂层。
4.根据权利要求1所述的用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法，其特征在于，通过刮板或中空吸附组件去除所述集流体间隙空箔区边缘已涂覆的绝缘涂层。
5.根据权利要求1所述的用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法，其特征在于，所述绝缘涂层的厚度为30～50μm。
6.根据权利要求1所述的用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法，其特征在于，在去除所述集流体间隙空箔区已涂覆的绝缘涂层后，还包括对所述活性物质层居中分切。
7.根据权利要求1所述的用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法，其特征在于，还包括金属带极耳，所述金属带极耳焊接在模切所述极耳部后形成的箔材极耳上。
8.一种用于卷绕式多极耳电芯的极片，由权利要求1～7任一项所述的用于卷绕式多极耳电芯的极片的制备方法制备。
9.一种卷绕式多极耳电芯，其特征在于，包括权利要求8所述的用于卷绕式多极耳电芯的极片。
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