CN114204133A - 一种解决卷绕式电芯膨胀的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种解决卷绕式电芯膨胀的方法及其应用，本发明通过真空气相沉积的方法在卷绕式电芯表面沉积一层聚合物形成卷芯固定层，起到限制卷芯膨胀的作用，提高卷绕式电池入壳工序的效率。
Description
技术领域
本发明属于电池技术领域，涉及一种解决卷绕式电芯膨胀的方法。
背景技术
卷绕式电池由于机械化容易，速度较快，均一性更有保证，有利于大规模生产而备受推崇。所述卷绕式卷芯制作方法是通过将负极-隔膜-正极按次序对齐叠好，在卷针上进行卷绕，后用胶纸贴住边缘，得到卷芯，胶纸只能对粘贴的地方起限制作用，无法保证卷芯主体的膨胀受控。
CN110474104A公开了一种卷绕式电芯及使用该卷绕式电芯的电池，卷绕式电芯包括卷绕成型的第一极片、第二极片和位于两极片之间的第一隔膜，第一极片和第二极片均具有主体部分和弯折部分，第一、第二极片均包括集流体，还包括沿集流体的延伸方向涂覆于主体部分处的多个活性物质块，各活性物质块间隔布置以形成与所述弯折部分对应的留白区域，第一极片和第二极片中一个的集流体为条带结构，另一个包括沿集流体延伸方向间隔布置的多个集流体分块，各集流体分块上对应设置有所述的活性物质块。弯折部分未设置活性物质块有利于卷绕式电芯的散热和便于后续对卷绕式电芯的压平处理。
CN104916861A公开了一种卷绕式电芯的制备方法，属于电池技术领域。卷绕式电芯的制备方法包括如下步骤：在卷绕完成的卷芯取出卷针后留下的卷针空间内插装电芯填充件，得到的插装有电芯填充件的卷芯即为卷绕式电芯。
上述方法制备的卷绕式电芯由于卷芯本身存在应力，放置一段时间后，可能出现一定程度的膨胀，导致无法装入电池壳，因此，发明一种抑制卷绕式电芯膨胀的方法是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决卷绕式电芯膨胀的方法，本发明通过真空气相沉积的方法在卷绕式电芯表面沉积一层聚合物形成卷芯固定层，起到限制卷芯膨胀的作用，提高卷绕式电池入壳工序的效率。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种解决卷绕式电芯膨胀的方法，所述方法步骤以下步骤：
对卷绕式电芯进行真空气相沉积，将聚合物沉积在所述卷绕式电芯的表面；
所述聚合物包括三聚氰胺、聚丙烯腈、涤纶树脂、聚甲基丙烯腈、聚苯乙烯或对二甲苯聚合物中的任意一种或至少两种的组合。
本发明通过真空气相沉积工艺进行镀膜，可以保证镀膜的厚度可控，同时，采用真空气相沉积工艺形成卷芯固定层，起到限制卷芯膨胀的作用，提高卷绕式电池入壳工序的效率。
优选地，所述卷绕式电芯的制备方法包括：将负极极片、隔膜、正极极片依次层叠，使用卷针卷绕后用胶带固定得到所述卷绕式电芯。
优选地，所述负极极片包括石墨负极极片、硅基负极极片或金属锂极片中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述隔膜包括聚乙烯和/或聚丙烯。
优选地，所述正极极片包括NCM正极极片、磷酸铁锂正极极片、硫化物正极极片或氟化碳正极极片中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述胶带的材料为聚丙烯绝缘材料。
优选地，所述聚丙烯绝缘材料包括基材和胶水。
优选地，所述基材包括PP、PET或PI薄膜中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述胶水包括丙烯酸胶水。
优选地，所述胶带的厚度为0.016～0.05mm，例如：0.016mm、0.020mm、0.03mm、0.035mm、0.04mm或0.05mm等。
优选地，所述真空气相沉积的装置包括真空气相沉积涂覆机。
优选地，所述真空气相沉积包括蒸发和裂解。
优选地，所述蒸发的温度为120～200℃，例如：120℃、150℃、160℃、180℃或20℃等。
优选地，所述裂解的温度500～750℃，例如：500℃、550℃、600℃、650℃、700℃或750℃等。
优选地，所述真空气相沉积的压力为1～50毫托，例如：1毫托、5毫托、10毫托、20毫托或50毫托等。
优选地，所述聚合物包括聚对二甲苯和/或聚对二甲苯的衍生物。
本发明通过优选镀层的聚合物材料，可保证其形成的膜具有优异的机械强度，起到良好的限制卷芯膨胀的作用。
优选地，所述聚合物完全包覆所述卷绕式电芯。
优选地，所述聚合物沉积的厚度为0.1～10μm，例如：0.1μm、1μm、3μm、5μm、8μm或10μm等，优选为1～5μm。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过真空气相沉积工艺进行镀膜，可以保证镀膜的厚度可控。通过优选镀层的聚合物材料，可保证其形成的膜具有优异的机械强度，起到良好的限制卷芯膨胀的作用。
(2)本发明所述方法可以将卷绕式电芯的膨胀率控制在2.5％以下，调整聚合物层的厚度，在保证电芯的性能情况下，膨胀率可达0％。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种低膨胀率卷绕式电芯，所述低膨胀率卷绕式电芯的制备方法如下：
(1)将硅基负极极片、PE隔膜和NCM正极极片依次叠好，按照电池设计要求，选用合适的卷针进行卷绕，得到的卷芯用一小段PP基胶带进行固定，得到卷绕式电芯；
(2)将上述卷绕式电芯放入真空气相沉积镀膜机中，设置蒸发温度为150℃，裂解温度为500℃，真空压力为2毫托，使用聚对二甲苯在卷绕式电芯的表面均匀镀上一层厚度为3μm聚合物层，得到所述低膨胀率卷绕式电芯。
实施例2
本实施例提供了一种低膨胀率卷绕式电芯，所述低膨胀率卷绕式电芯的制备方法如下：
(1)将石墨负极极片、PE隔膜和磷酸铁锂正极极片依次叠好，按照电池设计要求，选用合适的卷针进行卷绕，得到的卷芯用一小段PE胶带进行固定，得到卷绕式电芯；
(2)将上述卷芯放入真空气相沉积涂覆机中，设置蒸发温度为170℃，裂解温度为600℃，真空压力为3毫托，使用聚对二甲苯均匀镀上一层厚度为3μm聚合物层，得到所述低膨胀率卷绕式电芯。
实施例3
本实施例提供了一种低膨胀率卷绕式电芯，所述低膨胀率卷绕式电芯的制备方法如下：
(1)将硅基负极极片、PE隔膜和NCM正极极片依次叠好，按照电池设计要求，选用合适的卷针进行卷绕，得到的卷芯用一小段PP胶带进行固定，得到卷绕式电芯；
(2)将上述卷芯放入真空气相沉积涂覆机中，设置蒸发温度为150℃，裂解温度为500℃，真空压力为2毫托，使用聚对二甲苯均匀镀上一层厚度为0.5μm聚合物层，得到所述低膨胀率卷绕式电芯。
实施例4
本实施例提供了一种低膨胀率卷绕式电芯，所述低膨胀率卷绕式电芯的制备方法如下：
(1)将硅基负极极片、PE隔膜和NCM正极极片依次叠好，按照电池设计要求，选用合适的卷针进行卷绕，得到的卷芯用一小段PP胶带进行固定，得到卷绕式电芯；
(2)将上述卷芯放入真空气相沉积涂覆机中，设置蒸发温度为150℃，裂解温度为500℃，真空压力为2毫托，使用聚对二甲苯均匀镀上一层厚度为8μm聚合物层，得到所述低膨胀率卷绕式电芯。
实施例5
本实施例提供了一种低膨胀率卷绕式电芯，所述低膨胀率卷绕式电芯的制备方法如下：
(1)将硅基负极极片、PE隔膜和NCM正极极片依次叠好，按照电池设计要求，选用合适的卷针进行卷绕，得到的卷芯用一小段PP胶带进行固定，得到卷绕式电芯；
(2)将上述卷芯放入真空气相沉积涂覆机中，设置蒸发温度为150℃，裂解温度为500℃，真空压力为2毫托，使用三聚氰胺均匀镀上一层厚度为3μm聚合物层，得到所述低膨胀率卷绕式电芯。
对比例1
本实施例提供了一种常规卷绕式电芯，所述卷绕式电芯的制备方法如下：
将硅基负极极片、PE隔膜和NCM正极极片依次叠好，按照电池设计要求，选用合适的卷针进行卷绕，得到的卷芯用一小段PP胶带进行固定，得到卷绕式电芯。
性能测试：
卷芯膨胀率测试及计算方法：以卷芯直径作为膨胀率计算依据，使用游标卡尺对卷芯直径进行测量，分别测得卷绕完成时的卷芯直径d1，以及放置一段时间后(本实验设置为24h)的卷芯直径d2，对应膨胀率计算公式为：(d2-d1)/d1×100％。
测试结果如表1所示：
表1
由表1可以看出，由实施例1-5可得，本发明所述方法可以将卷绕式电芯的膨胀率控制在2.5％以下，调整聚合物层的厚度，在保证电芯的性能情况下，膨胀率可达0％。
由实施例1和实施例3-4对比可得，真空气相沉积过程中，聚合物镀层的厚度会影响卷芯的膨胀程度，将聚合物镀层的厚度控制在1～5μm，卷绕电芯的膨胀程度最小，若聚合物镀层的厚度过薄，则镀层薄膜的机械强度相对较弱，无法完全抵抗卷芯的膨胀应力，对卷芯的膨胀率抑制效果有限，同时，可能由于镀层破裂失去效果，若聚合物镀层的厚度过厚，虽然镀层的机械强度相对较强，但镀层的厚度同时占据了一定的电池内部空间，减小了活性物质在电池中的占比，将降低电池的能量密度。
由实施例1和实施例5对比可得，本发明通过优选镀层的聚合物材料，可保证其形成的膜具有优异的机械强度，起到良好的限制卷芯膨胀的作用。
由实施例1和对比例1对比可得，本发明通过真空气相沉积工艺进行镀膜，可以保证镀膜的厚度可控，采用真空气相沉积工艺形成卷芯固定层，起到限制卷芯膨胀的作用，提高卷绕式电池入壳工序的效率。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种解决卷绕式电芯膨胀的方法，其特征在于，所述方法步骤以下步骤：
对卷绕式电芯进行真空气相沉积，将聚合物沉积在所述卷绕式电芯的表面；
所述聚合物包括三聚氰胺、聚丙烯腈、涤纶树脂、聚甲基丙烯腈、聚苯乙烯或对二甲苯聚合物中的任意一种或至少两种的组合。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述卷绕式电芯的制备方法包括：将负极极片、隔膜、正极极片依次层叠，使用卷针卷绕后用胶带固定得到所述卷绕式电芯。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述负极极片包括石墨负极极片、硅基负极极片或金属锂极片中的任意一种或至少两种的组合。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述隔膜包括聚乙烯和/或聚丙烯。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述正极极片包括NCM正极极片、磷酸铁锂正极极片、硫化物正极极片或氟化碳正极极片中的任意一种或至少两种的组合。
6.如权利要求2任一项所述的方法，其特征在于，所述胶带的材料为聚丙烯绝缘材料；
优选地，所述聚丙烯绝缘材料包括基材和胶水；
优选地，所述基材包括PP、PET或PI薄膜中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述胶水包括丙烯酸胶水；
优选地，所述胶带的厚度为0.016～0.05mm。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述真空气相沉积的装置包括真空气相沉积镀膜机。
8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述真空气相沉积包括蒸发和裂解；
优选地，所述蒸发的温度为120～200℃；
优选地，所述裂解的温度500～750℃；
优选地，所述真空气相沉积的压力为1～50毫托。
9.如权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述聚合物包括聚对二甲苯和/或聚对二甲苯的衍生物。
10.如权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述聚合物完全包覆所述卷绕式电芯；
优选地，所述聚合物沉积的厚度为0.1～10μm，优选为1～5μm。
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