CN113871729A - 一种卷芯和锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种卷芯和锂离子电池。本发明第一方面提供一种卷芯，包括由内向外卷绕成形的极片，位于卷芯最外层的极片包括集流体和设置在所述集流体背离卷绕中心的至少部分表面的第一胶层；位于卷芯内层的极片包括集流体和设置在所述集流体背离卷绕中心的至少部分表面的第二胶层，且所述最外层的极片远离卷绕中心的末端通过第二胶层与所述内层的极片粘结。本发明提供的卷芯，通过在集流体表面设置第一胶层和第二胶层，在起到粘结作用的基础上，避免了粘贴双面热熔胶纸存在的问题，提高了锂离子电池的制备效率和跌落安全性。

Description

一种卷芯和锂离子电池
技术领域
本发明涉及一种卷芯和锂离子电池，涉及二次电池技术领域。
背景技术
锂离子电池由于具有诸多优点，已成为消费电子和电动汽车的主要动力来源。随着人们日益增长的需求，锂离子电池逐步向快充、长寿命、高能量密度、高安全性方面发展。
目前，为了提升锂离子电池的跌落安全性，通常在裸电芯与铝塑膜之间粘贴一层双面热熔胶纸，使得裸电芯和铝塑膜粘贴固定在一起。该方法带来的有益效果为防止跌落时裸电芯相对铝塑膜产生位移，进而引发跌落后裸电芯头尾部隔膜翻折、裸电芯头尾部掉粉导致电池短路，以及裸电芯将铝塑膜冲破导致电解液泄露等问题，但是粘贴双面热熔胶纸同时也带来了以下缺陷：由于双面热熔胶胶纸的质地比较柔软，因此在贴胶时容易造成胶纸打皱，影响贴胶的质量和贴胶的效率；目前卷绕设备无法粘贴大面积的双面热熔胶纸，导致裸电芯和铝塑膜粘贴的面积有限，锂离子电池的跌落安全性还有待提高。
发明内容
本发明提供一种卷芯，用于解决粘贴双面热熔胶纸导致的问题。
本发明还提供一种包括上述卷芯的锂离子电池，该锂离子电池无需使用双面热熔胶纸，具有较好的跌落安全性和较高的制备效率。
本发明第一方面提供一种卷芯，包括由内向外卷绕成形的极片；
其中，位于卷芯最外层的极片包括集流体和设置在所述集流体背离卷绕中心的至少部分功能表面的第一胶层；
位于卷芯内层的极片包括集流体和设置在所述集流体背离卷绕中心的至少部分功能表面的第二胶层，且所述最外层的极片远离卷绕中心的末端通过第二胶层与所述内层的极片粘结。
如上述卷芯，所述第一胶层的面积为所述最外层的极片的面积的50％-100％。
如上述卷芯，所述第一胶层的厚度为1-30μm。
如上述卷芯，所述第一胶层的剥离强度≥0.3kgf/25mm。
如上述卷芯，所述第二胶层的厚度为1-30μm。
如上述卷芯，所述第二胶层的剥离强度≥0.1kgf/25mm。
如上述卷芯，当所述第一胶层和第二胶层层叠设置在所述集流体背离卷绕中心的功能表面时，所述第一胶层和第二胶层的总厚度≤30μm。
如上述卷芯，所述第一胶层和/或第二胶层包括纤维素、聚偏氟乙烯-共六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共三氯乙烯、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、聚芳酯、醋酸纤维素、聚乙烯丙烯共聚物、氰乙基普鲁兰多糖、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、羧甲基纤维素和聚丙烯-马来酸酐、苯乙烯-聚异戊二烯中的一种或多种。
如上述卷芯，所述内层的极片还包括活性物质层，所述活性物质层位于集流体的至少一个功能表面，所述活性物质层的厚度为20-100μm。
本发明第二方面提供一种锂离子电池，包括上述任一所述的卷芯。
本发明提供的卷芯，由于第一胶层和第二胶层具备一定的粘性，可直接将卷芯和铝塑膜、卷芯末端集流体和卷芯粘结固定在一起，无需粘贴双面热熔胶纸，在达到粘结作用的基础上，避免了粘结双面热熔胶纸时存在的胶纸打皱的问题，提高了卷芯的制备效率；同时，最外层集流体表面均可涂覆第一胶层，解决了卷绕设备无法粘贴大面积的双面热熔胶纸，导致裸电芯和铝塑膜粘贴的面积有限的问题，提高了卷芯的跌落安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明现有技术中卷芯的卷绕示意图；
图2为本发明现有技术中卷芯的正视图；
图3为本发明一实施例提供的卷芯的卷绕示意图；
图4为本发明一实施例提供的正极片的正视图；
图5为本发明一实施例提供的正极片的俯视图；
图6为本发明又一实施例提供的正极片的俯视图；
图7为本发明又一实施例提供的正极片的俯视图。
附图标记说明：
100-正极片；
101-正极集流体；
102-正极活性物质层；
103-第一胶层；
104-第二胶层；
200-负极片；
300-正极耳；
400-负极耳；
500-双面热熔胶纸。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中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做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。
本领域技术人员知晓，卷芯是指正极片、隔膜和负极片经卷绕工艺制备得到的电芯，其包括卷绕成形的正极片、隔膜和负极片，卷芯经注液、封装后即可得到锂离子电池。图1为本发明现有技术中卷芯的卷绕示意图，图2为现有技术中卷芯的正视图，如图1-2所示，卷芯包括卷绕成形的正极片100、隔膜(图中未示出)和负极片200，正极片100包括正极集流体101和设置在正极集流体101至少一个功能表面的正极活性物质层102，负极片200包括负极集流体和设置在负极集流体至少一个功能表面的负极活性物质层，活性物质层是卷芯中起电化学反应并产生容量的部分，集流体的功能表面是指用于负载活性物质层的表面，具体为集流体的上表面和下表面；隔膜位于正极片100和负极片200之间，用于防止正极片100和负极片200接触导致卷芯短路；卷芯还包括正极耳300和负极耳400，正极耳300设置在正极集流体101表面并与正极集流体101电连接，负极耳400设置在负极集流体表面并与负极集流体电连接，在卷芯制备过程中，将制备得到的正极片100、隔膜和负极片200依次层叠设置好后从一侧开始沿极片长度方向卷绕成形，得到卷芯，为了便于表述，我们将卷绕开始的一侧规定为卷绕中心，卷绕方向即为极片的长度方向。
为了提高锂离子电池的跌落安全性，通常在卷芯远离卷绕中心的末端集流体表面粘贴一层双面热熔胶纸500，用于粘结远离卷绕中心的末端集流体和卷芯，以及将卷芯和位于卷芯外表面的铝塑膜粘贴固定在一起，但粘贴双面热熔胶纸也带来了以下缺陷：由于双面热熔胶胶纸质地比较柔软，因此在贴胶时容易造成胶纸打皱，影响贴胶的质量和贴胶的效率；目前卷绕设备无法粘贴大面积的双面热熔胶纸，导致卷芯和铝塑膜粘贴的面积有限，锂离子电池的跌落安全性不高。
为了解决粘贴双面热熔胶纸存在的问题，本发明使用涂覆在集流体表面的第一胶层和第二胶层代替双面热熔胶纸，在保证锂离子电池跌落安全性的基础上，避免了粘贴双面热熔胶纸存在的问题，具体地，本发明第一方面提供一种卷芯，包括由内向外卷绕成形的极片，位于卷芯最外层的极片包括集流体和设置在所述集流体背离卷绕中心的至少部分功能表面的第一胶层；位于卷芯内层的极片包括集流体和设置在所述集流体背离卷绕中心的至少功能部分表面的第二胶层，且所述最外层的极片远离卷绕中心的末端通过第二胶层与所述内层的极片粘结。
图3为本发明一实施例提供的卷芯的卷绕示意图，如图3所示，本发明提供的卷芯包括依次层叠后由内向外卷绕成形的正极片100、隔膜(图中未示出)和负极片200，可以理解的是，根据极片设置方式和卷绕方式的不同，位于卷芯最外层的极片可以是正极片或负极片，最外层的极片是指位于卷芯最外层，其外表面没有极片卷绕并与铝塑膜直接接触的极片，在图3所示的卷芯中，最外层极片为正极片，以下也主要以正极片为例进行阐述，具体地，位于卷芯最外层的正极片100包括正极集流体101和设置在所述正极集流体背离卷绕中心的至少部分功能表面的第一胶层103，第一胶层103具有一定的粘结能力，能够将卷芯与其外表面的铝塑膜粘结固定在一起，本领域技术人员可根据所需粘结的面积设置第一胶层103的面积；位于卷芯内层的正极片100包括正极集流体101和设置在所述正极集流体背离卷绕中心的至少部分功能表面的第二胶层104，内层的正极片是指不位于卷芯最外层的极片，内层的极片远离卷绕中心的末端与最外层极片靠近卷绕中心的首端首尾相连，即正极片为一体化设置，根据卷绕方式的不同，将位于卷芯最外层的正极片规定为最外层的极片，将不位于卷芯最外层的极片规定为内层极片，第二胶层104设置在内层正极片背离卷绕中心的至少部分功能表面，且所述最外层的极片远离卷绕中心的末端通过第二胶层104与所述内层的极片相粘结，即第二胶层也具备一定的粘结能力，第二胶层通过自身的粘结力将最外层正极片远离卷绕中心的末端与内层极片粘结在一起，防止卷芯松散；卷芯其他区域均可根据常规技术手段进行设置，例如，位于内层集流体的至少一个功能表面还包括正极活性物质层102，负极片200包括负极集流体和设置在负极集流体至少一个功能表面的负极活性物质层，正极耳300设置在正极集流体101表面并与正极集流体101电连接，负极耳400设置在负极集流体表面并与负极集流体电连接，本发明在此不再赘述。本发明提供的卷芯，由于第一胶层和第二胶层具备一定的粘性，可直接将卷芯和铝塑膜、卷芯末端集流体和卷芯粘结固定在一起，无需粘贴双面热熔胶纸，在达到粘结作用的基础上，避免了粘结双面热熔胶纸时存在的胶纸打皱的问题，提高了卷芯的制备效率；同时，最外层集流体表面均可涂覆第一胶层，解决了卷绕设备无法粘贴大面积的双面热熔胶纸，导致裸电芯和铝塑膜粘贴的面积有限的问题，提高了卷芯的跌落安全性。
为了进一步提高锂离子电池的跌落安全性，所述第一胶层的面积为所述最外层的极片的面积的50％-100％，第一胶层的面积是指第一胶层的长度*第一胶层的宽度，最外层的极片的面积是指位于卷芯最外层的极片的长度*极片的宽度。
继续参考图3，第一胶层的面积为最外层的极片的面积的100％，即最外层的正极片的全部表面均覆盖有第一胶层，有助于提高卷芯和铝塑膜粘贴的面积，提高卷芯的跌落安全性。
图4为本发明一实施例提供的正极片的正视图，如图4所示，将图3所示的卷绕成形的正极片拉直后，正极集流体101表面沿卷绕方向依次设置有正极活性物质层102、正极耳300、第二胶层104和第一胶层103，本领域技术人员可根据正极片的卷绕方式，将正极集流体表面划分出相应区域，再将正极活性物质层浆料、第二胶层浆料、第一胶层浆料分别涂覆在正极集流体表面对应的区域内，得到正极片，涂覆方式可以为凹版涂布法，本发明在此不作限定。
正极集流体可以为本领域常规材料，例如铝箔。
第一胶层和第二胶层可选用本领域常见粘结材料，其可以本身具备粘结能力，或者在一定条件下释放粘性后具备粘结能力，具体地，第一胶层包括纤维素、聚偏氟乙烯-共六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共三氯乙烯、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、聚芳酯、醋酸纤维素、聚乙烯丙烯共聚物、氰乙基普鲁兰多糖、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、羧甲基纤维素和聚丙烯-马来酸酐、苯乙烯-聚异戊二烯中的一种或多种。
为了避免第一胶层在卷芯转运过程中与外界物体粘结在一起，所述第一胶层可选用初始状态下无粘性，在一定条件下能够释放粘性的材料，即当第一胶层浆料涂覆完成后，第一胶层不具备粘性，随后在一定的热压条件下，第一胶层可释放粘性，从而将第一胶层与卷芯外表面的铝塑膜粘结在一起，具体地，第一胶层包括苯乙烯-聚异戊二烯，第一胶层释放粘性的加热温度为60-90℃，压力≥0.1Mpa。
为了进一步提高锂离子电池的跌落安全性，所述第一胶层的剥离强度≥0.3kgf/25mm，具体地，第一胶层的剥离强度是指第一胶层从正极集流体或者铝塑膜表面剥离时需要的最大力，剥离强度的测试依据GB/T 2792-2014进行。
为了兼顾卷芯的厚度和锂离子电池的能量密度，第一胶层的厚度不宜过高，具体地，所述第一胶层的厚度为1-30μm。
第二胶层中包含的粘结材料可以与第一胶层相同或不同，具体地，所述第二胶层包括纤维素、聚偏氟乙烯-共六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共三氯乙烯、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、聚芳酯、醋酸纤维素、聚乙烯丙烯共聚物、氰乙基普鲁兰多糖、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、羧甲基纤维素和聚丙烯-马来酸酐、苯乙烯-聚异戊二烯中的一种或多种。
第二胶层可以选用本身具备粘结能力，或者在一定条件下释放粘性后具备粘结能力的材料，但需要注意的是，第二胶层释放粘性所需的热压条件应低于第一胶层释放粘性所需的热压条件，具体地，第二胶层释放粘性所需的温度为40-60℃，压力≥0.05Mpa。
在实际制备过程中，第二胶层可以本身具备粘结能力，第一胶层可以在热压作用下释放粘性从而具备粘结能力；或者，第二胶层和第一胶层均在热压条件下释放粘性从而具备粘结能力，同时，第二胶层释放粘性的温度和压力低于第一胶层释放粘性的温度和压力。
为了进一步提高锂离子电池的跌落安全性，第二胶层的剥离强度≥0.1kgf/25mm，与第一胶层的剥离强度类似，第二胶层的剥离强度是指第二胶层从正极集流体表面剥离时需要的最大力。
与第一胶层厚度要求相同，所述第二胶层的厚度为1-30μm。
在第一胶层和第二胶层制备过程中，可将第一胶层、第二胶层所需使用的材料分别配制得到第一胶层浆液、第二胶层浆液，并将上述浆液涂布在正极集流体表面相应位置，即可得到第一胶层和第二胶层，在制备过程中，会发生第一胶层和第二胶层层叠设置在所述集流体背离卷绕中心的功能表面的情况，当发生上述情况时，第一胶层和第二胶层的总厚度≤30μm，可防止卷芯厚度过厚，影响锂离子电池的能量密度。
此外，第一胶层和第二胶层能够达到相应的粘结目的即可，本发明并不限定第一胶层和第二胶层的形状，例如，所述第一胶层和第二胶层的形状可以为面状、点阵状、线状中的一种或多种。
例如，图5为本发明一实施例提供的正极片的俯视图，如图5所示，正极集流体101的一个功能表面沿正极集流体卷绕方向依次设置有正极活性物质层102、正极耳300、第二胶层104以及第一胶层103，第一胶层103和第二胶层104为面状，完整覆盖在正极集流体表面。
图6为本发明又一实施例提供的正极片的俯视图，如图6所示，正极集流体101的一个功能表面沿正极集流体卷绕方向依次设置有正极活性物质层102、正极耳300、第二胶层104以及第一胶层103，第一胶层103和第二胶层104以线状分布在正极集流体101表面。
图7为本发明一实施例提供的正极片的俯视图，如图7所示，正极集流体101的一个功能表面沿正极集流体卷绕方向依次设置有正极活性物质层102、正极耳300、第二胶层104以及第一胶层103，第一胶层103和第二胶层104以点阵状分布在正极集流体101表面。
正极活性物质层102是正极片中发生电化学反应，产生容量的部分，正极活性物质层102设置在所述内层集流体的至少一个功能表面，所述正极活性物质层的厚度为20-100μm。
具体制备过程中，可将正极活性物质、导电剂和粘结剂配制得到正极活性物质层浆液，并将其涂覆在正极集流体的表面得到正极活性物质层，本领域技术人员可根据常规技术手段进行。
在正极片的基础上，本领域技术人员可搭配隔膜、负极片进行卷绕得到卷芯，可以理解的是，当负极片位于卷芯最外层时，第一胶层和第二胶层设置在负极集流体表面的相应位置。
综上，本发明提供的卷芯，由于第一胶层和第二胶层具备一定的粘性，可直接将卷芯和铝塑膜、卷芯末端集流体和卷芯粘结固定在一起，无需粘贴双面热熔胶纸，在达到粘结作用的基础上，避免了粘结双面热熔胶纸时存在的胶纸打皱的问题，提高了卷芯的制备效率；同时，最外层集流体表面均可涂覆第一胶层，解决了卷绕设备无法粘贴大面积的双面热熔胶纸，导致裸电芯和铝塑膜粘贴的面积有限的问题，提高了卷芯的跌落安全性。
本发明第二方面提供一种锂离子电池，包括上述任一所述的卷芯。
本发明提供一种锂离子电池，包括上述卷芯，本领域技术人员可根据常规技术手段制备得到，例如，在制备得到卷芯的基础上，将铝塑膜包裹在卷芯外表面，由于第一胶层具备一定的粘性，可直接将卷芯和铝塑膜粘结固定在一起，无需粘贴双面热熔胶纸，避免了粘结双面热熔胶纸时存在的胶纸打皱的问题，提高了卷芯的制备效率；同时，最外层集流体表面均可涂覆第一胶层，解决了卷绕设备无法粘贴大面积的双面热熔胶纸，导致裸电芯和铝塑膜粘贴的面积有限的问题，提高了锂离子电池的跌落安全性。
当第一胶层和第二胶层在初始状态下不具备粘结能力时，可通过热压工艺释放第一胶层和第二胶层的粘性，例如，在制备得到卷芯后，经第一次热压工艺释放第二胶层粘性使集流体末端与卷芯粘结固定，随后将铝塑膜包裹在卷芯外表面，经第二次热压工艺释放第一胶层粘性，使卷芯和铝塑膜粘结固定到一起，得到锂离子电池，可以理解的是，热压条件与胶层释放粘性的条件相同，例如，第一次热压温度为40-60℃，压力≥0.05Mpa，第二次热压温度为60-90℃，压力≥0.1Mpa。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种卷芯，其特征在于，包括由内向外卷绕成形的极片；
其中，位于卷芯最外层的极片包括集流体和设置在所述集流体背离卷绕中心的至少部分功能表面的第一胶层；
位于卷芯内层的极片包括集流体和设置在所述集流体背离卷绕中心的至少部分功能表面的第二胶层，且所述最外层的极片远离卷绕中心的末端通过第二胶层与所述内层的极片粘结。
2.根据权利要求1所述的卷芯，其特征在于，所述第一胶层的面积为所述最外层的极片的面积的50％-100％。
3.根据权利要求1所述的卷芯，其特征在于，所述第一胶层的厚度为1-30μm。
4.根据权利要求1所述的卷芯，其特征在于，所述第一胶层的剥离强度≥0.3kgf/25mm。
5.根据权利要求1所述的卷芯，其特征在于，所述第二胶层的厚度为1-30μm。
6.根据权利要求1所述的卷芯，其特征在于，所述第二胶层的剥离强度≥0.1kgf/25mm。
7.根据权利要求1所述的卷芯，其特征在于，当所述第一胶层和第二胶层层叠设置在所述集流体背离卷绕中心的功能表面时，所述第一胶层和第二胶层的总厚度≤30μm。
8.根据权利要求1所述的卷芯，其特征在于，所述第一胶层和/或第二胶层包括纤维素、聚偏氟乙烯-共六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共三氯乙烯、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、聚芳酯、醋酸纤维素、聚乙烯丙烯共聚物、氰乙基普鲁兰多糖、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、羧甲基纤维素和聚丙烯-马来酸酐、苯乙烯-聚异戊二烯中的一种或多种。
9.根据权利要求1-8任一项所述的卷芯，其特征在于，所述内层的极片还包括活性物质层，所述活性物质层位于集流体的至少一个功能表面，所述活性物质层的厚度为20-100μm。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的卷芯。
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