CN113300002B - 一种零变形的卷绕式锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种零变形的卷绕式锂离子电池，所述零变形的卷绕式锂离子的制作方法，包括如下工艺步骤：1）制备正极极片、负极极片；2）正极极片、负极极片、隔膜卷绕，制得卷芯体；3）将卷芯体包装、烘烤、化成、分容，即制得所述锂离子电池；在步骤1）在所述正极极片、负极极片的单面或双面涂覆功能层材料，构成功能层；且在步骤2）之后，步骤3）之前，将卷芯体置于烤箱中，在60‑130度的温度范围内烘烤抽真空，此时功能层材料气化或升华，完全从卷芯体中抽出，制得有充足膨胀空间的卷芯体。可以实现零变形，极片在电池中完全平整，隔膜收缩后不起皱，电池内部无应力。

Description

一种零变形的卷绕式锂离子电池
技术领域
本发明涉及卷绕式锂离子电池，具体涉及一种零变形的卷绕式锂离子电池。
背景技术
卷绕式锂离子电池在分容后或者循环几周后，电池宽度方向会出现变形，呈“S”形，S形导致的电池厚度增加可以达到5-20%，变形严重不仅影响电池电性能，对电池尺寸和安全性能也有极大影响，是卷绕式电池这类装配方式一个主要的劣势。
电池变形的原因：当电池充放电后，由于活性物质的膨胀（主要为负极片）和隔膜在烘烤过程的收缩，会导致电芯内层沿电池宽度方向产生应力集中，进而造成电池极片扭曲，电池弯曲成S形。
为控制电池变形，目前常用的途径有：一是针对极片膨胀，选择充放电膨胀更小的活性物质，同时在使用前对极片进行预烘烤；二是针对隔膜收缩，选择热收缩更小的隔膜，同时在使用前对隔膜进行预烘烤；三是调试卷绕时的隔膜张力，分步变速控制卷绕张力，使得卷绕后的卷芯能够有一定空间，去适应充放电阶段的膨胀；四是将正极片压花，使正极极片在卷绕前采用表面压花制造凸痕，可以增加卷绕时裸电芯内部正负极极片层间距，预留负极膨胀空间；五是在充放电过程中或充放电结束后，将电池用压力或高温的夹具在厚度方向夹紧，将S形电芯压平整。但以上方法一、二、三、四由于所预留的膨胀空间总是有限的，无法完全吸收负极膨胀和隔膜收缩所需的空间，因此只能减轻电池的变形，而无法杜绝；方法五只是对变形电池作一个事后的整形，内部的应力仍然存在，当外部压力释放后，在充放电几周后，电池仍然会很大程度上恢复变形，没有从根本上解决问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种零变形的卷绕式锂离子电池。
本发明的技术方案：
一种零变形的卷绕式锂离子电池，所述零变形的卷绕式锂离子的制作方法，包括如下工艺步骤：1）制备正极极片、负极极片；2）正极极片、负极极片、隔膜卷绕，制得卷芯体；3）将卷芯体包装、烘烤、化成、分容，即制得所述锂离子电池；在步骤1）在所述正极极片、负极极片的单面或双面涂覆功能层材料，构成功能层；且在步骤2）之后，步骤3）之前，将卷芯体置于烤箱中，在60-130℃的温度范围内烘烤抽真空，此时功能层材料气化或升华，完全从卷芯体中抽出，制得有充足膨胀空间的卷芯体；当然，抽出的功能层材料可以冷却回收，循环使用；考虑到，在烘烤抽真空过程中，隔膜会变形，优选，使用夹板夹住卷芯体，并控制抽真空速度。
所述功能层材料的标准：功能层材料不与正极极片、负极极片、隔膜发生化学反应；且在常温下为固态，当加热到60-130℃的温度范围时熔化，同时在该温度范围内，以较高的真空度状态下，气化；或在常温下为固态，当加热到60-130℃的温度，以较高的真空度状态下，升华；优选，所述功能层材料为石蜡等烷烃类有机物。
所述功能型材料的附着工艺为涂覆或喷涂或点涂；所述功能层厚度=a*系数，a为锂离子电池的正极、负极在制作和循环过程中的总膨胀率，系数为1.1-1.5。
本发明优点是，设计合理，构思巧妙，功能层从卷芯体中气化后，会释放出功能层所占的厚度空间，利于吸收电池在注液、化成、以及后续充放电循环过程中的极片膨胀、隔膜收缩所需的空间，这样，使用该功能型材料涂层的极片制得的卷绕式锂离子电池，可以实现零变形，极片在电池中完全平整，隔膜收缩后不起皱，电池内部无应力。
具体实施方式
实施例1
制作厚*宽*长=11.6*100*305mm，容量为50Ah的软包卷绕式锂离子电池：正极为三元材料，负极石墨。
1）先将正负极片按正常工艺，完成正负极的配料、涂布和辊压，极片状态为卷料；正极片厚度为130um，负极片厚度134um，隔膜厚度16+4um；隔膜卷料使用80-90℃预烘烤12-24h；
2）将功能层材料石蜡（碳原子个数28或30）加热至熔化温度70℃，石蜡在熔融状态置于挤压涂覆设备中；
3）使用挤压涂覆方式，将功能层材料涂覆在正极片的单面；功能层的厚度根据正负极片的膨胀率计算得出，功能层厚度=正负极单层总膨胀33um*系数1.2=40um；涂覆后正极片的厚度为170um；
4）将涂覆后的正极片与负极片按正常工艺进行制片、卷绕，制得卷芯体；
5）卷绕完成后，将带有功能层材料的卷芯体置于烤箱中，在90℃的温度烘烤，抽真空至-0.0995Mpa以下，烘烤时间为7-8h，此时功能层材料石蜡可以完全气化或升华，全部从卷芯体中抽出，制得有充足膨胀空间的卷芯体；
6）将第5步的卷芯体继续按正常工艺包装、烘烤、化成、分容，即制得50Ah锂离子电池；
实施例2
制作厚*宽*长=11.6*100*305mm，容量为50Ah的软包卷绕式锂离子电池：正极为三元材料，负极石墨。
1）先将正负极片按正常工艺，完成正负极的配料、涂布和辊压，极片状态为卷料；正极片厚度为130um，负极片厚度134um，隔膜厚度16+4um；隔膜卷料使用80-90℃预烘烤12-24h；
2）将功能层材料石蜡（碳原子个数28或30）加热至熔化温度70℃，石蜡在熔融状态置于挤压涂覆设备中；
3）使用挤压涂覆方式，将功能层材料涂覆在负极片的单面；功能层的厚度根据正负极片的膨胀率计算得出，功能层厚度=正负极单层总膨胀33um*系数1.2=40um；涂覆后负极片的厚度为174um；
4）将涂覆后的正极片与负极片按正常工艺进行制片、卷绕，制得卷芯体；
5）卷绕完成后，将带有功能层材料的卷芯体置于烤箱中，在90℃的温度烘烤，抽真空至-0.0995Mpa以下，烘烤时间为10-14h，此时功能层材料石蜡可以完全气化或升华，全部从卷芯体中抽出，制得有充足膨胀空间的卷芯体；
6）将第5步的卷芯体继续按正常工艺包装、烘烤、化成、分容，即制得50Ah锂离子电池；
对比例1
制作厚*宽*长=11.6*100*305mm，容量为50Ah的软包卷绕式锂离子电池：正极为三元材料，负极石墨。
1）先将正负极片按正常工艺，完成正负极的配料、涂布和辊压，极片状态为卷料；正极片厚度为130um；
2）负极片厚度134um，隔膜厚度16+4um；隔膜卷料使用80-90℃预烘烤12-24h；
3）将正极片与负极片按正常工艺进行制片、卷绕，制得卷芯体；
4）将第2步的卷芯体继续按正常工艺包装、烘烤、化成、分容，即制得50Ah锂离子电池；
实施例1、实施例2中的锂离子电池为本申请零变形锂离子电池，实施例3中锂离子电池为正常锂离子电池。
数据：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种零变形的卷绕式锂离子电池，所述零变形的卷绕式锂离子的制作方法，包括如下工艺步骤：1）制备正极极片、负极极片；2）正极极片、负极极片、隔膜卷绕，制得卷芯体；3）将卷芯体包装、烘烤、化成、分容，即制得所述锂离子电池；其特征在于，在步骤1）在所述正极极片、负极极片的单面或双面涂覆功能层材料，构成功能层；且在步骤2）之后，步骤3）之前，将卷芯体置于烤箱中，在60-130℃的温度范围内烘烤抽真空，此时功能层材料气化或升华，完全从卷芯体中抽出，制得有充足膨胀空间的卷芯体；
所述功能层材料为石蜡，其不与正极极片、负极极片、隔膜发生化学反应，且在常温下为固态，当加热到60-130℃的温度范围时熔化，同时在该温度范围内，-0.0995Mpa状态下，气化；或在常温下为固态，当加热到60-130℃的温度，-0.0995Mpa状态下，升华。
2.根据权利要求1所述的一种零变形的卷绕式锂离子电池，其特征在于，所述功能型材料的附着工艺为涂覆或喷涂或点涂；所述功能层厚度=a*系数，a为锂离子电池的正极、负极在制作和循环过程中的总膨胀率，系数为1.1-1.5。
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