CN113851604A - 一种多极耳电芯的制备方法、多极耳电芯及其多极耳电池 - Google Patents

一种多极耳电芯的制备方法、多极耳电芯及其多极耳电池 Download PDF

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Abstract

本发明属于锂电池技术领域，具体公开了一种多极耳电芯的制备方法、多极耳电芯及其多极耳电池，有如下步骤：S1、涂布活性浆料：用斑马涂布的方式将活性浆料均匀涂布于极片表面并辊压，制成第一极片；S2、极片分切：第一极片分切得到第二极片；S3、极耳模切：第二极片边缘剪切形成多个第一极耳；S4、极耳清洗：对第一极耳的敷料区进行清洗；S5、极耳点胶：对第一极耳进行点胶处理；S6、将第二极片与隔膜卷绕和/或叠片后得到多极耳电芯。涂布时，降低了单双面涂布的对齐度要求、从而降低了对前工序的制程能力要求，其分切总次数比传统方式减少一半，减少极片长度尺寸的累计公差，提升模切和卷绕精度，提升了电芯的整体能量密度。

Description

一种多极耳电芯的制备方法、多极耳电芯及其多极耳电池
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种多极耳电芯的制备方法、多极耳电芯及其多极耳电池。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、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，随着科技进步，电动摩托车和电动汽车的市场规模不断扩大，对锂离子电池的充电速度和能量密度的要求也越来越高，需要通过调整电芯极耳结构来平衡电池的电流分布，以提高电池的充电速度，从而使得电池的电芯结构被设计为多极耳结构。
然而，目前多极耳结构电芯在制程上存在较大限制，主要表现为电芯Overhang(指负极极片长度和宽度方向多出正负极极片之外的部分)的设计水平较低，在设计Overhang时会受多个工序影响，从而使得Overhang的区域面积难以控制，导致极片涂布面密度精度、极片尺寸精度和电芯组装精度降低，最终降低了多极耳电池的整体能量密度。
发明内容
本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供了一种多极耳电芯的制备方法，提高了电芯的整体能量密度，降低了对前工序的制程能力要求，无需在涂布时保证单双面对齐度，极片无需居中分切，节省电芯生产周期。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种多极耳电芯的制备方法，包括以下步骤：
S1、涂布活性浆料：用斑马涂布的方式将活性浆料均匀涂布于极片表面并辊压，制成上下两边为空白区和中间为敷料区的第一极片；
S2、极片分切：所述第一极片沿其横向中线进行分切，分切得到第二极片；
S3、极耳模切：所述第二极片一边缘沿模切线剪切形成多个第一极耳，其中，所述模切线切入敷料区的长度为0～10mm；
S4、极耳清洗：对所述第一极耳的敷料区进行清洗；
S5、极耳点胶：对所述第一极耳进行点胶处理，形成点胶层；
S6、将所述第二极片与隔膜卷绕和/或叠片后得到多极耳电芯。
作为本发明所述的一种多极耳电芯的制备方法的一种改进，所述S1步骤中，所述空白区和所述敷料区之间涂覆有安全涂层。
作为本发明所述的一种多极耳电芯的制备方法的一种改进，所述S3步骤中，所述第一极片的空白区宽度小于或等于所述第一极耳的长度。
作为本发明所述的一种多极耳电芯的制备方法的一种改进，所述S4步骤中，所述第一极耳清洗时，洗进所述第二极片的深度为0～10mm。
作为本发明所述的一种多极耳电芯的制备方法的一种改进，所述S5步骤中，点胶处理所采用的点胶材料为勃姆石或氧化铝。
作为本发明所述的一种多极耳电芯的制备方法的一种改进，所述S5步骤中，所述点胶层和所述敷料区部分重叠，重叠区域的宽度为0.1～0.5mm。
作为本发明所述的一种多极耳电芯的制备方法的一种改进，所述S5步骤中，所述点胶层超出所述第一极耳侧边缘0.1～0.5mm。
作为本发明所述的一种多极耳电芯的制备方法的一种改进，所述S5步骤中，所述点胶层的厚度小于或等于所述敷料区的敷料厚度。
本发明的目的之二在于：提供一种多极耳电芯，由上述任意一项所述的方法制备，得到多极耳电芯用正极片和多极耳电芯用负极片，其中多个正极耳一一对齐设置，多个负极耳一一对齐设置，与常规多极耳电芯的生产工艺相比，涂布时，敷料区不需要保证单双面对齐度，降低了对前工序的制程能力要求。
本发明的目的之三在于：提供一种多极耳电池，包括上述的多极耳电芯。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于包括但不限于：
1.与多极耳电芯极片的常规生产工艺相比，第一极片分切从其中部横向分切，从而得到两个第二极片，其分切总次数比传统方式减少一半，可显著延长刀模寿命，减少极片长度尺寸的累计公差，提升模切和卷绕精度，提升了电芯的整体能量密度；
2.与多极耳电芯极片的常规生产工艺相比，涂布时，降低了单双面涂布的对齐度要求、从而降低了对前工序的制程能力要求；
3.与多极耳电芯极片的常规生产工艺相比，本发明的极片在敷料区横向中线进行分切，采用激光切割工艺在极片空白区和部分敷料区切割形成极耳，无需焊接极耳，节省了电芯生产周期，提高了极耳的尺寸精度。
附图说明
图1为本发明实施例1中的第一正极片的结构示意图；
图2为本发明实施例1中的第一正极片经过分切后的结构示意图；
图3为本发明实施例1中的第一正极片上的第一模切线绘制示意图；
图4为本发明实施例1中的第一正极片经过模切后的结构示意图；
图5为本发明实施例1中的第一极耳经过清洗后的结构示意图；
图6为图5的A局部放大示意图；
图7为本发明实施例1中的第一极耳经过点胶处理后的结构示意图；
图8为本发明实施例2中的第一负极片的结构示意图；
图9为本发明实施例2中的第一负极片经过分切后的结构示意图；
图10为本发明实施例2中的第一负极片上的第一模切线绘制示意图；
图11为本发明实施例2中的第一负极片经过模切后的结构示意图；
图12为本发明实施例2中的第二极耳经过清洗后的结构示意图；
图13为图12的B局部放大示意图；
图14为本发明实施例2中的第二极耳经过点胶处理后的结构示意图。
其中：1、第一正极片；11、第一正极片敷料区；12、第一正极片空白区；2、第二正极片；3、第一极耳；4、第一模切线；5、第一正极片卷绕时每层的折痕；6、第一正极片分切线；L1、第一模切线切入敷料区的长度；L2、第一极耳洗进深度；7、第一负极片；71、第一负极片敷料区；72、第一负极片空白区；8、第二负极片；9、第二极耳；10、第二模切线；13、第一负极片卷绕时每层的折痕；14、第一负极片分切线；L3、第二模切线切入敷料区的长度；L4、第二极耳洗进深度。
具体实施方式
在申请的描述中，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。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”是指两个或两个以上；除非另有规定或说明，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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申请中的具体含义。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
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方式和说明书附图，对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1～7所示，本实施例1提供的是多极耳电芯用正极片的制造工艺，具体包括以下步骤：
S1、涂布活性浆料：用斑马涂布的方式将正极活性浆料均匀涂布于极片表面并辊压，制成上下两边为空白区和中间为敷料区的第一正极片1；
S2、极片分切：第一正极片1沿其横向中线进行分切，分切得到两个第二正极片2；
S3、极耳模切：第二正极片2一边缘沿第一模切线4剪切形成多个第一极耳3，其中，第一模切线切入敷料区的长度为2mm；
S4、极耳清洗：对第一极耳3的敷料区进行清洗，将第一极耳3上的辅料清洗掉，并洗进第二正极片2一定尺寸，以保证Overhang的设计要求，在本实施例1中，综合考虑到激光模切及激光清洗的精度，第一极耳3在清洗时，洗进第二正极片2的深度为0.5mm，其清洗深度不限于本实施例1所示，在实际的生产工艺中，可根据具体生产需求，所采用的清洗设备和清洗设备的清洗精度等多种因素，综合考虑清洗深度。
S5、极耳点胶：对第一极耳3进行点胶处理，于第一极耳3的清洗部位形成点胶层，
具体地，对S4步骤中的清洗区域进行点胶处理，点胶区域深入敷料区0.5mm，同时，点胶区域超出第一极耳3左右两侧边缘0.5mm，在本实施例1中，第一极耳3的单面点胶厚度不超过敷料区的敷料厚度，所采用的点胶材料为具有绝缘功能且不参与电芯内部电化学反应的材料，包括但不限于勃姆石和氧化铝等。
在S1步骤中，在涂布正极活性浆料时，第一正极片1的敷料区可根据实际生产经验设计其长度和宽度，具体地，在本实施例1中，第一正极片1敷料区其面积为第二正极片2敷料区面积的2倍。在第一正极片1中，位于敷料区上下两侧的空白区同样根据实际生产经验设计其长度和宽度，具体地，该空白区可以是通过计算得出，也可以是先将没有模切出极耳的电极片卷绕成型，标记出多个极耳的位置，然后摊开根据多个极耳位置再确定该空白区的长度，而该空白区的宽度受极耳长度影响，其根据极耳长度来设计。
优选地，S1步骤中，第一正极片1的空白区和敷料区之间涂覆有安全涂层。其中，安全涂层和敷料区可邻接设置，安全涂层和敷料区可同时涂覆，从而能够节约涂覆时间，还能够在后续辊压时保证料区和安全区的集流体的应力和延展性相同，避免在辊压时出现波浪起皱的现象。在一些实施例中，安全涂层和敷料区部分重叠设置，安全涂层和敷料区间歇涂覆，如此设置，对涂布设备的涂布精密程度要求相对较低，降低生产成本。其中，安全涂层包括陶瓷颗粒，陶瓷颗粒包括氧化铝、二氧化硅和勃姆石中的至少一种。安全涂层中的陶瓷颗粒能够起到绝缘作用，而且后工序沿空白区表面的安全涂层模切形成极耳时，可避免极片产生毛刺，能够防止因模切产生的毛刺刺破隔膜而导致电芯内部发生短路，提高了电芯的安全性能。安全涂层包括溶剂、陶瓷颗粒和粘结剂，溶剂用于分散陶瓷颗粒，溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、无水乙醇、丁酮、EP(环氧树脂)、DEC(碳酸二乙酯)、PC(碳酸丙烯酯)、EMC(碳酸甲基乙基酯)、DMC(碳酸二甲酯)、PP(聚丙烯)等。粘结剂用于粘结陶瓷颗粒，粘结剂包括聚乙烯醇、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏1,1-二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等。
优选地，S3步骤中，第一正极片1的空白区宽度小于或等于第一极耳3的长度，从而能够减少极耳模切次数，降低刀模的磨损程度，延长刀模的使用寿命，减少极耳长度尺寸的累计公差。
在本实施例1中，在本实施例1提供的多极耳电芯用正极，其第一正极片1包括正极集流体和正极活性物质层，正极集流体的材质包括但不限于铝箔，正极活性物质层的具体种类不受到具体限制，可根据需求进行选择。
在一些实施例中，正极活性物质层包括正极极活性物质，正极活性物质包括可逆地嵌入和脱嵌锂离子的化合物。
在一些实施例中，正极活性物质可以包括复合氧化物，复合氧化物含有锂以及从钴、锰和镍中选择的至少一种元素。在又一些实施例中，正极活性物质选自钴酸锂(LiCoO2)、锂镍锰钴三元材料、锰酸锂(LiMn2 O4)、镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4)、磷酸铁锂(LiFePO4)中的一种或几种。
在一些实施例中，正极活性物质层还包含正极粘合剂，粘合剂用于提高正极活性物质颗粒彼此间的结合，并且还提高正极活性物质与极片主体的结合。正极粘合剂的非限制性示例包括聚乙烯醇、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏1,1-二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等。
在一些实施例中，正极活性物质层还包括正极导电剂，从而赋予电极导电性。正极导电剂可以包括任何导电材料，只要它不引起化学变化。导电材料的非限制性示例包括基于碳的材料(例如，天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等)、基于金属的材料(例如，金属粉、金属纤维等，包括例如铜、镍、铝、银等)、导电聚合物(例如，聚亚苯基衍生物)和它们的混合物。
实施例2
如图8～14所示，本实施例2提供的是多极耳电芯用负极片的制造工艺，具体包括以下步骤：
S1、涂布活性浆料：用斑马涂布的方式将负极活性浆料均匀涂布于极片表面并辊压，制成上下两边为空白区和中间为敷料区的第一负极片7；
S2、极片分切：第一负极片7沿其横向中线进行分切，分切得到两个第二负极片8；
S3、极耳模切：第二负极片8一边缘沿第二模切线10剪切形成多个第二极耳9，其中，第二模切线切入敷料区的长度为2mm；
S4、极耳清洗：对第二极耳9的敷料区进行清洗，将第二极耳9上的辅料清洗掉，并洗进第二负极片8一定尺寸，以保证Overhang的设计要求，在本实施例1中，综合考虑到激光模切及激光清洗的精度，第二极耳9在清洗时，洗进第二负极片8的深度为0.5mm，其清洗深度不限于本实施例2所示，在实际的生产工艺中，可根据具体生产需求，所采用的清洗设备和清洗设备的清洗精度等多种因素，综合考虑极耳的清洗深度。
S5、极耳点胶：对第二极耳9进行点胶处理，于第二极耳9的清洗部位形成点胶层，
具体地，对S4步骤中的清洗区域进行点胶处理，点胶区域深入敷料区0.5mm，同时，点胶区域超出第二极耳9左右两侧边缘0.5mm，在本实施例2中，第二极耳9的单面点胶厚度不超过敷料区的敷料厚度，所采用的点胶材料为具有绝缘功能且不参与电芯内部电化学反应的材料，包括但不限于勃姆石和氧化铝等。
在S1步骤中，在涂布负极活性浆料时，第一负极片7的敷料区可根据实际生产经验设计其长度和宽度，具体地，在本实施例2中，第一负极片7敷料区其面积为第二负极片8敷料区面积的2倍。在第一负极片7中，位于敷料区上下两侧的空白区同样根据实际生产经验设计其长度和宽度，具体地，该空白区可以是通过计算得出，也可以是先将没有模切出极耳的电极片卷绕成型，标记出多个极耳的位置，然后摊开根据多个极耳位置再确定该空白区的长度，而该空白区的宽度受极耳长度影响，其根据极耳长度来设计。
在本实施例2中，第一负极片7包括集流体和位于该集流体上的负极活性材料层。负极活性材料层包括负极活性材料、粘结剂和导电材料。其中，集流体包括，但不限于：铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜或覆有导电金属的聚合物基底。负极集流体可以选自铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜、覆有导电金属的聚合物基底和它们的组合。负极活性材料包括，但不限于：锂金属、结构化的锂金属、天然石墨、人造石墨、中间相微碳球(MCMB)、硬碳、软碳、硅、硅碳复合物、Li-Sn合金、Li-Sn-O合金、Sn、SnO、SnO2、尖晶石结构的锂化TiO2-Li4Ti5O12、Li-Al合金或其任意组合。其中硅碳复合物是指基于硅碳负极活性材料的重量包含至少约5重量％的硅。具体地，当负极包括硅碳化合物时，基于负极活性材料总重量，硅∶碳＝约1∶10-10∶1，硅碳化合物的中值粒径D50为约0.1微米至20微米。硅基材料包括硅单质、硅合金、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮化合物中的一种或几种；优选地，硅基材料包括硅氧化合物。当第一负极片7包括合金材料时，可使用蒸镀法、溅射法、镀敷法等方法形成负极活性物质层。当第一负极片7包括锂金属时，例如用具有球形绞状的导电骨架和分散在导电骨架中的金属颗粒形成负极活性物质层。在一些实施例中，球形绞状的导电骨架可具有约5％至约85％的孔隙率。粘合剂包括，但不限于：聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏1,1-二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂或尼龙。负极粘结剂包含羟烷基甲基纤维素，因为羟烷基甲基纤维素对碳材料具有优异的粘结性和分散性。羟烷基甲基纤维素包括羟烷基甲基纤维素钠或羟烷基甲基纤维素锂中的至少一种，烷基包括甲基、乙基、丙基或丁基。
实施例3
本实施例3提供的一种多极耳电芯，由上述实施例1和实施例2中的多极耳电芯用正极片、多极耳电芯用负极片以及隔膜经过卷绕和/或叠片后得到，其中多个正极耳一一对齐设置，多个负极耳一一对齐设置，与常规多极耳电芯的生产工艺相比，正、负极片涂布时，敷料区不需要保证单双面对齐度，降低了对前工序的制程能力要求。
实施例4
本实施例4提供的一种多极耳电池，其包括上述实施例3中的多极耳电芯。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
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 (10)

1.一种多极耳电芯的制备方法，其特征在于，包括以下操作：
S1、涂布活性浆料：用斑马涂布的方式将活性浆料均匀涂布于极片表面并辊压，制成上下两边为空白区和中间为敷料区的第一极片；
S2、极片分切：所述第一极片沿其横向中线进行分切，分切得到第二极片；
S3、极耳模切：所述第二极片一边缘沿模切线剪切形成多个第一极耳，其中，所述模切线切入敷料区的长度为0～10mm；
S4、极耳清洗：对所述第一极耳的敷料区进行清洗；
S5、极耳点胶：对所述第一极耳进行点胶处理，形成点胶层；
S6、将所述第二极片与隔膜卷绕和/或叠片后得到多极耳电芯。
2.根据权利要求1所述的一种多极耳电芯的制备方法，其特征在于：所述S1步骤中，所述空白区和所述敷料区之间涂覆有安全涂层。
3.根据权利要求1所述的一种多极耳电芯的制备方法，其特征在于：所述S3步骤中，所述第一极片的空白区宽度小于或等于所述第一极耳的长度。
4.根据权利要求1所述的一种多极耳电芯的制备方法，其特征在于：所述S4步骤中，所述第一极耳清洗时，洗进所述第二极片的深度为0～10mm。
5.根据权利要求1所述的一种多极耳电芯的制备方法，其特征在于：所述S5步骤中，点胶处理所采用的点胶材料为勃姆石或氧化铝。
6.根据权利要求1所述的一种多极耳电芯的制备方法，其特征在于：所述S5步骤中，所述点胶层和所述敷料区部分重叠，重叠区域的宽度为0.1～0.5mm。
7.根据权利要求1所述的一种多极耳电芯的制备方法，其特征在于：所述S5步骤中，所述点胶层超出所述第一极耳侧边缘0.1～0.5mm。
8.根据权利要求1所述的一种多极耳电芯的制备方法，其特征在于：所述S5步骤中，所述点胶层的厚度小于或等于所述敷料区的敷料厚度。
9.一种多极耳电芯，其特征在于，由权利要求1～8任意一项所述的方法制备。
10.一种多极耳电池，其特征在于，包括权利要求9的多极耳电芯。
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