CN112366365A - 一种热复合叠片式软包锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，为解决传统叠片式锂离子电池在热压过程中极片受热不均，隔膜粘合力不均，导致电芯循环性能差，存在安全隐患的问题，提供了一种热复合叠片式软包锂离子电池及其制备方法，所述热复合叠片式软包锂离子电池包括卷芯、电解液、正极耳、负极耳及铝塑膜袋，所述卷芯包括若干交叉堆叠的正极单元和负极单元，及粘覆在最外层的导热件单元，所述导热件单元与正极单元和负极单元绝缘。本发明在电池内部内置导热件单元，能够明显改善热复合粘结力均匀性，使得电池各部分电化学性能均匀，避免黑斑、析锂等安全隐患。在电池充放电循环中，也能减小电芯各部分散热能力不同导致的温差，提高电芯循环性能和安全性能。

Description

一种热复合叠片式软包锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种热复合叠片式软包锂离子电池及其制备方法。
背景技术
锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。
根据极片装配方式的不同，锂离子电池的制备工艺通常有卷绕和叠片两种工艺路线。卷绕工艺是将正负极片、隔离膜、正负极耳、保护胶带、终止胶带等物料固定在设备上，设备经过放卷完成电芯制作。卷绕式锂离子电池在极片弯曲的地方存在应力集中的问题，由充放电造成的极片的膨胀和收缩长期累积可能会造成极片的变形，影响电池性能。叠片工艺是将正极、负极切成小片与隔离膜叠合成小电芯单体，然后将小电芯单体叠放并联起来，组成一个大电芯的制造工艺，改善了传统卷绕式锂离子电池制作中的缺点。
传统的叠片工艺，将正极极片和负极极片交替堆叠在连续的隔膜上，适合制备较小尺寸的电池。但是当极片尺寸较长，需要更宽幅度的隔膜，或隔膜由于表面胶层带有静电时，隔膜在堆叠过程中极易产生褶皱，制备的电池在充放电时局部电流不均匀，产生黑斑、析锂等安全隐患。在叠片完成并注入电解液后，需要将电池进行高温高压的处理，使隔膜上的胶层具有粘性将极片与隔膜粘合。为了避免电解液的分解，高温高压处理的时间较短。隔膜表面粘结剂粘附力受温度影响明显，由于热复合工艺中高温处理的时间较短，电极片表面由于有电极材料涂布，导热性能不佳，极片各部分受热不均匀，隔膜粘合力不均匀。实际生产中，极片厚度也有波动，一般边缘比中间厚，导致卷芯厚度不一致，这也会导致在热压过程中电池各区域实际温度不一致。电池各区域温度的不一致，导致隔膜粘结力不一致，电池电化学性能不一致，影响电池的循环、安全等性能。电池在充放电循环中，会产生热量，尤其极耳处发热较高，电池临近极耳处部位温度较高。电池在模组中散热也不同。因此在实际应用中，电池各部分温度是不同的。
中国专利文献上公开了“一种叠片锂离子电池的制作方法”，其申请公布号为CN105811016A，该发明通过正负极的切割分片后直接定位在隔膜上，减少了正负极片和包括正负极片及隔膜的电池单元的转移，减少了电池生产的工序，大幅度提高了电池生产的效率，同时也降低了电池生产的成本。但是，该发明的叠片锂离子电池在充放电过程中的存在着电池各部分的温度不均匀的现象，导致电芯循环性能差，存在安全隐患。
发明内容
本发明为了克服传统叠片式锂离子电池在热压过程中极片受热不均，隔膜粘合力不均，导致电芯循环性能差，存在安全隐患的问题，提供了一种受热均匀性好、电芯循环性能佳、安全性能好的热复合叠片式软包锂离子电池。
本发明还提供了一种热复合叠片式软包锂离子电池的制备方法，操作简单，对设备无特殊要求，易于产业化。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种热复合叠片式软包锂离子电池，其特征在于，包括卷芯、电解液、极耳及铝塑膜袋，所述卷芯包括若干交叉堆叠的正极单元和负极单元，及粘覆在最外层的导热件单元，所述导热件单元与正极单元和负极单元绝缘。
作为优选，所述正极单元包括粘结固定的正极片和第一隔膜；所述负极单元包括粘结固定的负极片和第二隔膜；所述导热件单元包括粘结固定的导热件和第三隔膜。正、负极单元、导热件单元中，正极极片、负极极片和导热件与隔膜具有一定粘结力，保证叠片过程中不分离。各单元中隔膜长宽尺寸大于极片和导热件。
所述隔膜表面含有粘结剂涂层，经一定温度和压力处理后，能够粘结正极极片、负极极片和导热片。
作为优选，所述导热件小于隔膜的尺寸，所述导热件与负极片的尺寸相同(不含负极的极耳处)。
本发明的热复合叠片式软包锂离子电池，是将正极片或负极片粘结在隔膜上，以正极片-隔膜、负极片-隔膜作为基本单元进行叠片。由于基本单元具有一定的强度和较好的平整性，制备的电池平整性和硬度都很好，确保卷芯厚度一致，避免在热压过程中电池各区域实际温度不一致，确保电池各区域温度保持一致，隔膜粘结力一致，电池电化学性能一致，从而提高电池的安全性能和循环性能。在传统正负极叠片基础上，在电池内部内置导热件单元，改善热复合均匀性，改善电池内部温度均匀性。
作为优选，所述导热件选自铜箔、铝箔、镍箔中的一种。导热件为能够快速传导热量的薄片，材质为金属，表面不含有正、负极活性材料。
包括以下步骤：
(1)将正极片与第一隔膜过热压辊，粘结固定到第一隔膜上，切断，形成正极单元；确保正极基本单元具有一定的强度和较好的平整性，使得制备的电池平整性和硬度都很好；
(2)将负极片与第二隔膜过热压辊，粘结固定到第二隔膜上，切断，形成负极单元；确保负极基本单元具有一定的强度和较好的平整性，使得制备的电池平整性和硬度都很好；
(3)将导热件极卷与第三隔膜过热压辊，粘结固定到第三隔膜上，切断，形成导热件单元；确保导热件具有一定的强度和较好的平整性，使得制备的电池平整性和硬度都很好；
(4)将若干正极单元与负极单元依次堆叠，在最外层叠加一层导热件单元，固定，形成卷芯；由于各基本单元具有一定的强度和较好的平整性，制备的电池平整性和硬度都很好，确保卷芯厚度一致，避免在热压过程中电池各区域实际温度不一致，确保电池各区域温度保持一致，隔膜粘结力一致，电池电化学性能一致，从而提高电池的安全性能和循环性能；
(5)将卷芯焊接正、负极耳后，装入铝塑膜袋子封装，注入电解液封口，浸润后，进行热压化成，制得热复合叠片式软包锂离子电池。
作为优选，步骤(5)中，浸润温度为20～40℃，浸润时间为6～72h。
作为优选，步骤(5)中，热压化成的温度为20～100℃。
因此，本发明具有如下有益效果：本发明在电池内部内置导热件单元，改善热复合均匀性，改善电池内部温度均匀性，能够明显改善热复合粘结力均匀性，使得电池各部分电化学性能均匀，避免黑斑、析锂等安全隐患。在电池充放电循环中，也能减小电芯各部分散热能力不同导致的温差，提高电芯循环性能和安全性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
(1)在叠片过程中，设置3卷隔膜，一卷正极片，一卷负极片，一卷导热件(铜箔)；将正极片切割到设定的正极片尺寸后，放置到第1卷隔膜上，与隔膜一起过热压辊，粘结固定到隔膜上，再将隔膜切断，形成正极单元；
(2)将负极极卷切割到负极片的尺寸后，放置到第2卷隔膜上，与隔膜一起过热压辊，粘结固定到隔膜上，再将隔膜切断，形成负极单元；
(3)将导热件极卷(铜箔)切割设定的尺寸后，放置到第3卷隔膜上，与隔膜一起过热压辊，粘结固定到隔膜上，再将隔膜切断，形成导热件单元；导热件小于隔膜的尺寸，所述导热件与负极片的尺寸相同；
(4)将若干正极单元与负极单元依次堆叠，在完成正极单元、负极单元叠片工序之后，在最外层叠加一层导热件隔膜单元；用胶带将层叠的单元固定后，形成卷芯；
(5)将卷芯焊接正、负极耳后，其中导热片与正负极片绝缘，装入铝塑膜袋子封装，注入电解液封口，在30℃经过12h浸润后，进行于55℃热压化成，得到热复合叠片式软包锂离子电池。
实施例2
(1)在叠片过程中，设置3卷隔膜，一卷正极片，一卷负极片，一卷导热件(铝箔)；将正极片切割到设定的正极片尺寸后，放置到第1卷隔膜上，与隔膜一起过热压辊，粘结固定到隔膜上，再将隔膜切断，形成正极单元；
(2)将负极极卷切割到负极片的尺寸后，放置到第2卷隔膜上，与隔膜一起过热压辊，粘结固定到隔膜上，再将隔膜切断，形成负极单元；
(3)将导热件极卷(铝箔)切割设定的尺寸后，放置到第3卷隔膜上，与隔膜一起过热压辊，粘结固定到隔膜上，再将隔膜切断，形成导热件单元；
(4)将若干正极单元与负极单元依次堆叠，在完成正极单元、负极单元叠片工序之后，在最外层叠加一层导热件隔膜单元；用胶带将层叠的单元固定后，形成卷芯；
(5)将卷芯焊接正、负极耳后，其中导热片与正负极片绝缘，装入铝塑膜袋子封装，注入电解液封口，在40℃经过6h浸润后，进行于100℃热压化成，得到热复合叠片式软包锂离子电池。
实施例3
(1)在叠片过程中，设置3卷隔膜，一卷正极片，一卷负极片，一卷导热件(镍箔)；将正极片切割到设定的正极片尺寸后，放置到第1卷隔膜上，与隔膜一起过热压辊，粘结固定到隔膜上，再将隔膜切断，形成正极单元；
(2)将负极极卷切割到负极片的尺寸后，放置到第2卷隔膜上，与隔膜一起过热压辊，粘结固定到隔膜上，再将隔膜切断，形成负极单元；
(3)将导热件极卷(镍箔)切割设定的尺寸后，放置到第3卷隔膜上，与隔膜一起过热压辊，粘结固定到隔膜上，再将隔膜切断，形成导热件单元；
(4)将若干正极单元与负极单元依次堆叠，在完成正极单元、负极单元叠片工序之后，在最外层叠加一层导热件隔膜单元；用胶带将层叠的单元固定后，形成卷芯；
(5)将卷芯焊接正、负极耳后，其中导热片与正负极片绝缘，装入铝塑膜袋子封装，注入电解液封口，在20℃经过72h浸润后，进行于20℃热压化成，得到热复合叠片式软包锂离子电池。
对比例
(1)在叠片过程中，设置2卷隔膜，一卷正极片，一卷负极片，将正极片切割到设定的正极片尺寸后，放置到第1卷隔膜上，与隔膜一起过热压辊，粘结固定到隔膜上，再将隔膜切断，形成正极单元；
(2)将负极极卷切割到负极片的尺寸后，放置到第2卷隔膜上，与隔膜一起过热压辊，粘结固定到隔膜上，再将隔膜切断，形成负极单元；
(4)将若干正极单元与负极单元依次堆叠，完成正极单元、负极单元叠片工序之后，用胶带将层叠的单元固定后，形成卷芯；
(5)将卷芯焊接正、负极耳后，其中导热片与正负极片绝缘，装入铝塑膜袋子封装，注入电解液封口，在30℃经过12h浸润后，进行于55℃热压化成，得到叠片式软包锂离子电池。
对实施例1-3的热复合叠片式软包锂离子电池和对比例的叠片式软包锂离子电池在25±3℃，倍率为1.0C/1.0C的条件下测试电池的循环性能。同时，使用测温仪测试电池的外表面中部和四角在测试过程中的温度变化情况，根据测得的温度数据计算电池中部温度与四角平均温度之间的温度差，结果如表1所示：
表1.检测结果
性能指标 实施例1 实施例2 实施例3 对比例
初始容量(Ah) 5.62 5.85 5.78 5.15
循环500次容量(Ah) 5.02 5.12 5.15 4.45
温度差(℃) 3.2 3.8 3.6 9.7
由表1可以看出，本发明的热复合叠片式软包锂离子电池与常规的叠片式软包锂离子电池相比，具有优异的循环性能和散热性能，说明本发明在电池内部内置导热件单元，改善热复合均匀性，改善电池内部温度均匀性，能够明显改善热复合粘结力均匀性，使得电池各部分电化学性能均匀，避免黑斑、析锂等安全隐患。在电池充放电循环中，也能减小电芯各部分散热能力不同导致的温差，提高电芯循环性能和安全性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种热复合叠片式软包锂离子电池，其特征在于，包括卷芯、电解液、正极耳、负极耳及铝塑膜袋，所述卷芯包括若干交叉堆叠的正极单元和负极单元，及粘覆在最外层的导热件单元，所述导热件单元与正极单元和负极单元绝缘。
2.根据权利要求1所述的一种热复合叠片式软包锂离子电池，其特征在于，所述正极单元包括粘结固定的正极片和第一隔膜；所述负极单元包括粘结固定的负极片和第二隔膜；所述导热件单元包括粘结固定的导热件和第三隔膜。
3.根据权利要求2所述的一种热复合叠片式软包锂离子电池，其特征在于，所述导热件选自铜箔、铝箔、镍箔中的一种。
4.根据权利要求2所述的一种热复合叠片式软包锂离子电池，其特征在于，所述导热件小于隔膜的尺寸，所述导热件与负极片的尺寸相同。
5.一种如权利要求1-4任一所述的复合叠片式软包锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将正极片与第一隔膜过热压辊，粘结固定到第一隔膜上，切断，形成正极单元；
(2)将负极片与第二隔膜过热压辊，粘结固定到第二隔膜上，切断，形成负极单元；
(3)将导热件极卷与第三隔膜过热压辊，粘结固定到第三隔膜上，切断，形成导热件单元；
(4)将若干正极单元与负极单元依次堆叠，在最外层叠加一层导热件单元，固定，形成卷芯；
(5)将卷芯焊接正、负极耳后，装入铝塑膜袋子封装，注入电解液封口，浸润后，进行热压化成，制得热复合叠片式软包锂离子电池。
6.根据权利要求5所述的复合叠片式软包锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，浸润温度为20～40℃，浸润时间为6～72h。
7.根据权利要求5所述的复合叠片式软包锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，热压化成的温度为20～100℃。
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