CN114284568B - 一种电芯的制备方法、系统、电芯和电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种电芯的制备方法、系统、电芯和电池。电芯的制备方法，包括：将正极层叠体进行热复合，得到正极片基材料带；正极层叠体包括正极集流体料带，以及在正极集流体料带的至少一侧表面依次层叠的第一正极活性膜和第二正极活性膜；将负极层叠体进行热复合，得到负极片基材料带；负极层叠体包括负极集流体料带，以及在负极集流体料带的至少一侧表面层叠负极活性膜。将正极片基材料带与隔膜复合得到的正极复合料带裁切成正极复合片，与负极片基材料带的裁切片层叠；或者，将负极片基材料带与隔膜复合得到的负极复合料带裁切呈负极复合片，与正极片基材料带的裁切片层叠。电芯的良品率，安全性和电化学性优异。

Description

一种电芯的制备方法、系统、电芯和电池
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电芯的制备方法、系统、电芯和电池。
背景技术
无论是湿法涂布工艺，还是干法电极工艺，目前在电芯制备过程中主要采用叠片，卷绕等工艺，与叠片工艺相比，卷绕工艺中存在内阻偏高，高倍率放电容量偏少，放电平台低，不易做太厚电芯且厚底不宜控制，电池形状单一，容易变形等劣势，现在越来越多的电池厂家开始选择叠片工艺，但是在叠片工艺相对卷绕工艺，操作复杂，良品率低，极片与隔膜之间对齐度不宜控制，且容易出现错位等问题，从而引起正负极错位或直接接触短路造成安全问题。
另外，现有的功率型锂离子动力电池正极材料不能兼顾获得优异的电池比能量、比功率、大倍率充电、低温性能、循环性能等性能。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种电芯的制备方法，以提高叠片的速度，提高叠片的对齐度，良品率；并且使得到的电芯具有优异的电化学性能和安全性能。
本发明的另一个目的在于提供一种实施如上所述的电芯的制备方法所采用的系统。其安全性能高。
本发明的另一个目的在于提供一种所述的电芯的制备方法制备得到的电芯。该电芯安全性能高，电化学性能优异。
本发明的另一个目的在于提供一种电池，包括如上所述的电芯。该电池具有优异的电化学性能和安全性能。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种电芯的制备方法，包括以下步骤：
将正极层叠体进行第一热复合，得到正极片基材料带；所述正极层叠体包括正极集流体料带，以及在所述正极集流体料带的至少一侧表面依次层叠的第一正极活性膜和第二正极活性膜；所述第一正极活性膜包括三元正极活性材料；第二正极活性膜包括磷酸铁锂；
将负极层叠体进行第二热复合，得到负极片基材料带；所述负极层叠体包括负极集流体料带，以及在所述负极集流体料带的至少一侧表面层叠负极活性膜；
将正极片基材料带的两侧表面分别与正极隔膜料带进行第三热复合，得到正极复合料带，将所述正极复合料带裁切后的正极复合片与负极片基材料带裁切后的负极片进行交替层叠；或者，将负极片基材料带的两侧表面与负极隔膜料带进行第三热复合，得到负极复合料带，将负极复合料带裁切后的负极复合片与正极片基材料带裁切后的正极片进行交替层叠。
优选地，所述三元正极活性材料的化学式包括：Li1+xNiyCozMntAsO2-δ，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤t≤1，0≤s≤1，0≤δ≤0.2；
A包括Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Er、Tm、Yb、Lu、W、Pt或和Au中的至少一种；
优选地，所述三元正极活性材料包括LiCoO2、LiNiO2、LiFePO4、LiNi0.5Mn0.5O2、Li(NiCoMn)1/3O2、Li1.2Ni0.13Mn0.54Co0.13O2和LiMn2O4中的至少一种。
优选地，所述磷酸铁锂的化学式包括：LiFe1-qMqPO4，其中，0≤q≤1；
M包括Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Er、Tm、Yb、Lu、W、Pt或和Au中的至少一种。
优选地，以质量百分比计，所述第一正极活性膜包括三元正极活性材料85％～99.4％、导电剂0.5％～5％和可纤维化粘结剂0.1％～10％；
优选地，以质量百分比计，所述第二正极活性膜包括磷酸铁锂85％～99.4％、导电剂0.5％～5％和可纤维化粘结剂0.1％～10％；
优选地，所述第一正极活性膜的厚度为20～300μm；
优选地，所述第二正极活性膜的厚度为所述第一正极活性膜的厚度的0.1％～20％。
优选地，所述正极集流体包括正极集流体基体，以及设置于所述正极集流体基体至少一侧表面的碳层；
优选地，所述负极集流体包括负极集流体基体，以及设置于所述负极集流体基体至少一侧表面的碳层；
优选地，所述正极集流体或者所述负极集流体中，单侧碳层的厚度分别为1～5μm；
优选地，所述第一热复合、第二热复合、第三热复合和第四热复合分别采用辊压的方式；
优选地，所述第一热复合、第二热复合、第三热复合和第四热复合的温度分别为20～200℃。
优选地，所述负极活性膜中的负极活性材料包括石墨、硅和氧化亚硅中的至少一种；
优选地，以质量百分比计，所述负极活性膜包括负极活性材料85％～99.4％、导电剂0.5％～5％和可纤维化粘结剂0.1％～10％；
优选地，所述负极活性膜的厚度为20-350μm。
实施如上所述的电芯的制备方法所采用的系统，包括：正极片基材料带制作单元、负极片基材料带制作单元、隔膜热复合单元和叠片单元；
所述正极片基材料带制作单元包括1～2个第一正极活性膜供给装置、1～2个第二正极活性膜供给装置、正极集流体料带供给装置和第一热复合装置；
所述负极片基材料带制作单元包括1～2个负极活性膜供给装置、负极集流体料带供给装置和第二热复合装置；
所述隔膜热复合单元选自正极隔膜热复合单元或者负极隔膜热复合单元；所述正极隔膜热复合单元用以获得正极复合料带，所述正极隔膜热复合单元包括2个正极隔膜料带供给装置、第三热复合装置；所述负极隔膜热复合单元用以获得负极复合料带，所述负极隔膜热复合单元包括2个负极隔膜料带供给装置、第四热复合装置；
所述叠片单元包括第一裁切装置、第二裁切装置和叠片装置；所述第一裁切装置用于将所述正极片基材料带裁切成多个正极片，或者用于将所述正极复合料带裁切成多个正极复合片；所述第二裁切装置用于将所述负极片基材料带裁切成多个负极片，或者用于将所述负极复合料带裁切成多个负极复合片。
优选地，所述正极集流体料带供给装置的上方和下方均分别依次设置有所述第一正极活性膜供给装置和第二正极活性膜供给装置，且所述第一正极活性膜供给装置靠近所述正极集流体料带供给装置。
如上所述的电芯的制备方法制备得到的电芯。
一种电池，包括如上所述的电芯。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明采用的电芯制备方法，具有以下优势：能在现有体系电池基础上再提升能量密度；可精简掉匀浆和极片烘烤2道工序，减少电极车间厂房占地面积以及降低设备直接投资；降低设备及厂建投资成本，环境管控运营成本；干法电极制备无需NMP溶剂，节省原材料成本且有利于环境安全；干法极片可制作厚电极，柔韧性好，安全性高，且有希望用于预锂和固态电池技术开发领域。
(2)本发明实施如上所述的电芯的制备方法所采用的系统安全性能高。
(3)本发明的电芯得到的电池具有优异的电化学性能和安全性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中电芯制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例1中电芯系统的示意图；
图3为本发明实施例3中电芯制备方法的流程示意图；
图4为本发明实施例5中电芯系统的示意图；
图5为本发明中一种电芯的结构单元示意图；
图6为本发明实施例1、对比例1、对比例2的电芯制备得到的电池的循环性能。
附图标记：
1-正极片基材料带制作单元、100-正极集流体料带供给装置、101-第二正极活性膜供给装置、102-第一正极活性膜供给装置、103-第一热复合装置、2-负极片基材料带制作单元、200-负极集流体料带供给装置、201-负极活性膜供给装置、202-第二热复合装置、3-隔膜热复合单元、301-正极隔膜料带供给装置、302-第三热复合装置、303-负极隔膜料带供给装置、304-第四热复合装置、4-叠片单元、401-第一裁切装置、402-第二裁切装置、403-叠片装置。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
根据本发明的一个方面，本发明涉及一种电芯的制备方法，包括以下步骤：
将正极层叠体进行第一热复合，得到正极片基材料带；所述正极层叠体包括正极集流体料带，以及在所述正极集流体料带的至少一侧表面依次层叠的第一正极活性膜和第二正极活性膜；所述第一正极活性膜包括三元正极活性材料；第二正极活性膜包括磷酸铁锂；
将负极层叠体进行第二热复合，得到负极片基材料带；所述负极层叠体包括负极集流体料带，以及在所述负极集流体料带的至少一侧表面层叠负极活性膜；
将正极片基材料带的两侧表面分别与正极隔膜料带进行第三热复合，得到正极复合料带，将所述正极复合料带裁切后的正极复合片与负极片基材料带裁切后的负极片进行交替层叠；或者，将负极片基材料带的两侧表面与负极隔膜料带进行第三热复合，得到负极复合料带，将负极复合料带裁切后的负极复合片与正极片基材料带裁切后的正极片进行交替层叠。
本发明采用的新型干法复合电极加工技术，具有以下优势：(1)能在现有体系电池基础上再提升能量密度；(2)可精简掉匀浆和极片烘烤2道工序，减少电极车间厂房占地面积以及降低设备直接投资；(4)降低设备及厂建投资成本，环境管控运营成本；(4)干法电极制备无需NMP溶剂，节省原材料成本且有利于环境安全；(5)干法极片可制作厚电极，柔韧性好，安全性高，且有希望用于预锂和固态电池技术开发领域。
采用一体化裁片工艺，不仅提高了叠片速度与良品率，而且该类电芯中，干法电极与隔膜一体存在，在电芯遇到外力撞击、针刺等过程中，极片之间不会发生移动错位等问题，而且在针刺过程中，干法电极也会限制隔膜在高温情况下的收缩，从而避免了正负极接触短路，从而提高了安全性。
本发明在干法三元膜上包覆了一层干法磷酸铁锂膜，这种工艺在湿法涂布工艺中很难实现，而借助干法工艺完成该复合极片，不仅保留了三元正极材料的高能量密度优势，还同时利用了磷酸铁锂高安全性的优势，将两者优势互补，大大增强了干法电芯的电化学性能和安全性能。
在一种实施方式中，本发明所述正极层叠体包括正极集流体料带，以及在所述正极集流体料带的一侧表面依次层叠的第一正极活性膜和第二正极活性膜，即正极层叠体的结构依次为正极集流体料带、第一正极活性膜和第二正极活性膜。
在一种实施方式中，本发明所述正极层叠体包括正极集流体料带，以及在所述正极集流体料带的两侧表面依次层叠的第一正极活性膜和第二正极活性膜，即正极层叠体的结构依次为第二正极活性膜、第一正极活性膜、正极集流体料带、第一正极活性膜和第二正极活性膜。
隔膜包含但不限于PP、PE、PI及其他改性类的隔膜材料。
优选地，所述三元正极活性材料的化学式包括：Li1+xNiyCozMntAsO2-δ，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤t≤1，0≤s≤1，0≤δ≤0.2；
A包括Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Er、Tm、Yb、Lu、W、Pt或和Au中的至少一种；
优选地，所述三元正极活性材料包括LiCoO2、LiNiO2、LiFePO4、LiNi0.5Mn0.5O2、Li(NiCoMn)1/3O2、Li1.2Ni0.13Mn0.54Co0.13O2和LiMn2O4中的至少一种。
优选地，所述磷酸铁锂的化学式包括：LiFe1-qMqPO4，其中，0≤q≤1；
M包括Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Er、Tm、Yb、Lu、W、Pt或和Au中的至少一种。
优选地，以质量百分比计，所述第一正极活性膜包括三元正极活性材料85％～99.4％、导电剂0.5％～5％和可纤维化粘结剂0.1％～10％。
优选地，以质量百分比计，所述第二正极活性膜包括磷酸铁锂85％～99.4％、导电剂0.5％～5％和可纤维化粘结剂0.1％～10％。
在一种实施方式中，所述负极活性膜中的负极活性材料包括石墨、硅和氧化亚硅中的至少一种。
优选地，以质量百分比计，所述负极活性膜包括负极活性材料85％～99.4％、导电剂0.5％～5％和可纤维化粘结剂0.1％～10％。
在一种实施方式中，以质量百分比计，三元正极活性材料、磷酸铁锂、负极活性材料分别包括但不限于86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％；导电剂包括但不限于0.5％、1％、2％、3％、4％或5％；可纤维化粘结剂包括但不限于0.5％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％。
优选地，所述负极活性膜的厚度为20～350μm。在一种实施方式中，所述负极活性膜的厚度包括但不限于30μm、50μm、70μm、80μm、100μm、120μm、150μm、180μm、200m、220μm、250μm、270μm、300μm或310μm。
本发明的第一正极活性膜和第二正极活性膜是运用干法技术，将正极活性材料(三元正极活性材料或磷酸铁锂)、导电剂和可纤维化粘结剂一起，通过高速剪切将可纤维化粘结剂的混合物进行纤维化拉丝，形成网状结构，将其他组分颗粒包裹粘结到一起，进行热辊压后成为自支撑第一正极活性膜或第二正极活性膜。
本发明的负极活性膜是运用干法技术，将负极活性材料、导电剂和可纤维化粘结剂一起，通过高速剪切将可纤维化粘结剂的混合物进行纤维化拉丝，形成网状结构，将其他组分颗粒包裹粘结到一起，进行热辊压后成为自支撑负极活性膜。
在一种实施方式中，第一正极活性膜、第二正极活性膜和负极活性膜中的导电剂分别包括但不限于：乙炔黑、Super-P、碳纳米管、碳纤维、科琴黑、石墨导电剂和石墨烯中的任意一种或多种混合物。
在一种实施方式中，第一正极活性膜、第二正极活性膜和负极活性膜中的可纤维化粘结剂包括但不限于：聚四氟乙烯、丁苯橡胶、聚酰亚胺、聚丙烯和聚乙烯中的任意一种或多种的混合物。
优选地，所述第一正极活性膜的厚度为20～300μm。
在一种实施方式中，所述第一正极活性膜的厚度具体为30μm、50μm、60μm、80μm、100μm、120μm、150μm、160μm、180μm、200μm、250μm、290μm等，还可以选择上述范围的其他数值，在此不做具体限定。
优选地，所述第二正极活性膜的厚度为所述第一正极活性膜的厚度的0.1％～20％。在一种实施方式中，所述第二正极活性膜的厚度为所述第一正极活性膜的厚度的1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％等，还可以选择上述范围的其他数值，在此不做具体限定。
本发明通过限定第一正极活性膜和第二正极活性膜的厚度比例，限定两者活性物质的比例，进而制备得到电化学性能和安全性能优异的电芯。
优选地，所述正极集流体包括正极集流体基体，以及设置于所述正极集流体基体至少一侧表面的碳层。
优选地，所述负极集流体包括负极集流体基体，以及设置于所述负极集流体基体至少一侧表面的碳层。
优选地，所述正极集流体为涂炭铝箔。
优选地，所述负极集流体为涂炭铜箔。
优选地，所述正极集流体或者所述负极集流体中，单侧碳层的厚度分别为1～5μm。在一种实施方式中，所述正极集流体基体或者所述负极集流体基体中，单侧碳层的厚度包括但不限于1μm、2μm、3μm或4μm。
优选地，所述第一热复合、第二热复合、第三热复合和第四热复合分别采用辊压的方式。
在一种实施方式中，热辊压设备的辊径包含100～800mm，优选200mm辊径的辊压机。
优选地，所述第一热复合、第二热复合、第三热复合和第四热复合的温度分别为20～200℃。
在一种实施方式中，热复合的温度包括但不限于40℃、50℃、70℃、90℃、100℃、120℃、150℃、160℃、180℃或200℃。
根据本发明的另一个方面，本发明还涉及实施所述的电芯的制备方法所采用的系统，包括：正极片基材料带制作单元、负极片基材料带制作单元、隔膜热复合单元和叠片单元；
所述正极片基材料带制作单元包括1～2个第一正极活性膜供给装置、1～2个第二正极活性膜供给装置、正极集流体料带供给装置和第一热复合装置；
所述负极片基材料带制作单元包括1～2个负极活性膜供给装置、负极集流体料带供给装置和第二热复合装置；
所述隔膜热复合单元选自正极隔膜热复合单元或者负极隔膜热复合单元；所述正极隔膜热复合单元用以获得正极复合料带，所述正极隔膜热复合单元包括2个正极隔膜料带供给装置、第三热复合装置；所述负极隔膜热复合单元用以获得负极复合料带，所述负极隔膜热复合单元包括2个负极隔膜料带供给装置、第四热复合装置；
所述叠片单元包括第一裁切装置、第二裁切装置和叠片装置；所述第一裁切装置用于将所述正极片基材料带裁切成多个正极片，或者用于将所述正极复合料带裁切成多个正极复合片；所述第二裁切装置用于将所述负极片基材料带裁切成多个负极片，或者用于将所述负极复合料带裁切成多个负极复合片。
本发明的电芯制备系统更加简化，易操作，安全性高。
叠片装置可采用机械手等，可实现料片的抓取、叠放。
在一种实施方式中，第一正极活性膜供给装置、每个第二正极活性膜供给装置或正极集流体料带供给装置与第一热复合装置之间分别设置有辅辊，用以分别调节第一正极活性膜、第二正极活性膜和正极集流体料带的角度。
在一种实施方式中，每个所述正极隔膜料带供给装置和所述第三热复合装置之间设置有辅助辊，用以调整正极隔膜料带的角度。第一热复合装置和第三热复合装置之间设置有辅助辊。
在一种实施方式中，每个所述负极隔膜料带供给装置和所述第四热复合装置之间设置有辅助辊，用以调整负极隔膜料带的角度。
优选地，所述正极集流体料带供给装置的上方和下方均分别依次设置有所述第一正极活性膜供给装置和第二正极活性膜供给装置，且所述第一正极活性膜供给装置靠近所述正极集流体料带供给装置。
在一种实施方式中，正极片基材料带制作单元和负极片基材料带制作单元可以按照横向的方向布置或者按照纵向的方向布置；优选为纵向方向布置，即正极片基材料带制作单元和负极片基材料带制作单元所涉及的设备按照上下的方向进行设置，不仅节省了设备占地空间，大大减少了生产场地投入，达到了很多的厂建投入降本，而且通过极片、箔材、隔膜等卷材自身的重力，可以更好的将各类卷材展平和对齐，减小了各卷材复合过程中除皱、纠偏的难度，从而提高了一体化带隔膜干法极片制备的良品率。
根据本发明的另一个方面，本发明还涉及所述的电芯的制备方法制备得到的电芯。
本发明的电芯安全性高，电化学性能好。
根据本发明的另一个方面，本发明还涉及一种电池，包括如上所述的电芯。本发明的电池具有优异的电化学性能和安全性能。
下面将结合具体的实施例和对比例进行进一步地解释说明。
图1为本发明实施例1中电芯制备方法的流程示意图。图2为本发明实施例1中电芯系统的示意图。图3为本发明实施例3中电芯制备方法的流程示意图。图4为本发明实施例5中电芯系统的示意图。
图5为本发明中一种电芯的结构单元示意图。即多个此结构单元进行叠加即可得到电芯。
图6为本发明实施例1、对比例1、对比例2的电芯制备得到的电池的循环性能。
实施例1
一种电芯的制备方法，包括以下步骤：
(a)将正极层叠体进行第一热复合，得到正极片基材料带；所述正极层叠体包括正极集流体料带，以及在所述正极集流体料带的两侧表面依次层叠的第一正极活性膜和第二正极活性膜；所述第一正极活性膜包括如下质量百分比的组分：三元正极活性材料90％、乙炔黑3％和聚四氟乙烯7％；第二正极活性膜包括如下质量百分比的组分：磷酸铁锂88％、乙炔黑4％和聚四氟乙烯7％；所述三元正极活性材料为LiNi0.5Mn0.5O2；磷酸铁锂为LiFePO4；所述第一正极活性膜的厚度为10μm；所述第二正极活性膜的厚度为150μm；所述正极集流体包括涂炭铝箔，铝箔厚度为12μm，碳层的厚度为1μm；所述第一热复合采用辊压的方式，温度为100℃；
将正极片基材料带的两侧表面分别与正极隔膜料带进行第三热复合，正极隔膜材质为PP，厚度为14μm，所述第三热复合采用辊压的方式，温度为100℃，得到正极复合料带；将所述正极复合料带进行裁切得到正极复合片；
(b)将负极层叠体进行第二热复合，得到负极片基材料带；所述负极层叠体包括负极集流体料带，以及在所述负极集流体料带的两侧表面层叠设置的负极活性膜；所述负极活性膜包括如下质量百分比的组分：石墨90％、碳纳米管4％和聚四氟乙烯6％；所述负极活性膜的厚度为170μm；负极集流体料带为涂炭铜箔，铜箔的厚度为8μm，碳层的厚度为1μm；将负极片基材料带进行裁切，得到负极片；
(c)将上述正极复合片与负极片进行交替层叠，得到电芯。
实施实施例1中电芯的制备方法所采用的系统，包括：正极片基材料带制作单元1、负极片基材料带制作单元2、隔膜热复合单元3和叠片单元4；其中，正极片基材料带制作单元1和负极片基材料带制作单元按照纵向设置；
所述正极片基材料带制作单元1包括2个第一正极活性膜供给装置102、2个第二正极活性膜供给装置101、正极集流体料带供给装置100和第一热复合装置103；
所述负极片基材料带制作单元2包括2个负极活性膜供给装置201、负极集流体料带供给装置200和第二热复合装置202；
所述隔膜热复合单元3选自正极隔膜热复合单元3；所述正极隔膜热复合单元3用以获得正极复合料带，所述正极隔膜热复合单元3包括2个正极隔膜料带供给装置301、第三热复合装置302；
所述叠片单元4包括第一裁切装置401、第二裁切装置402和叠片装置403；所述第一裁切装置401用于将所述正极复合料带裁切成多个正极复合片；所述第二裁切装置402用于将所述负极片基材料带裁切成多个负极片。
实施例2
一种电芯的制备方法，除第一正极活性膜的厚度为5μm，第二正极活性膜的厚度为300um，第一热复合的温度为150℃，正极隔膜材质为PP/PE复合隔膜，其他条件同实施例1。
实施本实施例中电芯的制备方法所采用的系统同实施例2。
实施例3
一种电芯的制备方法，包括以下步骤：
(a)将正极层叠体进行第一热复合，得到正极片基材料带；所述正极层叠体包括正极集流体料带，以及在所述正极集流体料带的两侧表面依次层叠的第一正极活性膜和第二正极活性膜；所述第一正极活性膜包括如下质量百分比的组分：三元正极活性材料85％、碳纳米管5％和聚酰亚胺10％；第二正极活性膜包括如下质量百分比的组分：磷酸铁锂98％、乙炔黑0.5％和聚丙烯1.5％；所述三元正极活性材料为Li1.2Ni0.13Mn0.54Co0.13O2；磷酸铁锂为LiFePO4；所述第一正极活性膜的厚度为5μm；所述第二正极活性膜的厚度为50μm；所述正极集流体包括涂炭铝箔，铝箔厚度为10μm，碳层的厚度为2μm；所述第一热复合采用辊压的方式，温度为50℃；
将正极片基材料带进行裁切，得到正极片；
(b)将负极层叠体进行第二热复合，得到负极片基材料带；所述负极层叠体包括负极集流体料带，以及在所述负极集流体料带的两侧表面层叠设置的负极活性膜；所述负极活性膜包括如下质量百分比的组分：氧化亚硅95％、碳纳米管1％和聚乙烯4％；所述负极活性膜的厚度为65μm；
将负极片基材料带的两侧表面分别与负极隔膜料带进行第四热复合，负极隔膜材质为PP，厚度为10μm，负极集流体料带为涂炭铜箔，铜箔的厚度为8μm，碳层的厚度为2μm；所述第四热复合采用辊压的方式，温度为80℃，得到负极复合料带；将所述负极复合料带进行裁切得到负极复合片；
(c)将上述负极复合片与正极片进行交替层叠，得到电芯。
实施实施例4的电芯的制备方法所采用的系统，包括：正极片基材料带制作单元1、负极片基材料带制作单元2、隔膜热复合单元3和叠片单元4；
所述正极片基材料带制作单元1包括2个第一正极活性膜供给装置102、2个第二正极活性膜供给装置101、正极集流体料带供给装置100和第一热复合装置103；
所述负极片基材料带制作单元2包括2个负极活性膜供给装置201、负极集流体料带供给装置200和第二热复合装置202；
所述隔膜热复合单元3选自负极隔膜热复合单元3；所述负极隔膜热复合单元3用以获得负极复合料带，所述负极隔膜热复合单元3包括2个负极隔膜料带供给装置303、第四热复合装置304；
所述叠片单元4包括第一裁切装置401、第二裁切装置402和叠片装置403；所述第一裁切装置401用于将所述正极片基材料带裁切成多个正极片；所述第二裁切装置402用于将所述负极复合料带裁切成多个负极复合片。
实施例4
一种电芯的制备方法，除三元正极活性材料为LiNiO2、LiFePO4和Li1.2Ni0.13Mn0.54Co0.13O2，LiNiO2、LiFePO4和Li1.2Ni0.13Mn0.54Co0.13O2的质量比为1:1:1，所述第一正极活性膜的厚度为10μm；所述第二正极活性膜的厚度为50μm，其他条件同实施例1。
对比例1
一种电芯的制备方法，包括以下步骤：
采用湿法匀浆工艺，负极采用石墨、SP(碳黑导电剂)、CMC(羧甲基纤维素钠盐)、SBR(丁苯乳胶)、去离子水，正极采用NCM811、SP(碳黑导电剂)、CNT(碳纳米管)、PVDF(聚偏氟乙烯)、NMP(N-甲基吡咯烷酮)进行制胶、匀浆、涂布、烘烤等工艺制备湿法涂布极片，再将该正负极片进行裁片、叠片组装湿法5Ah电芯。
对比例2
一种电芯的制备方法，除不采用第一正极活性膜，其他条件同实施例1。
实验例
将实施例1、实施例2和对比例1～2中的正极片、负极片进行性能测试，得到的电芯进行制备得到锂电池的性能进行测试，结果如表1所示。
表1性能测试结果
由表1可知，从实施例1和对比例1可以看出，采用干法制备的正负极片厚度是湿法极片的1-2倍，从而大幅度提高了单位极片上的活性物质负载量，这样可有效减少隔膜、集流体等非活性组分的比例，从而提升电池的能量密度。
采用干法极片的制备工艺，整个制备工艺过程无需再添加去离子水、NMP等溶剂，因此也无需再对极片进行烘烤，这样不仅大大降低了建线时设备和场地的投入成本和设备使用维护过程中的成本，而且不使用有毒的NMP也提升了生产过程中的环保性。
本发明在干法三元膜上包覆了一层干法磷酸铁锂膜，电芯能量密度没有特别大的减小，而同时电芯的循环寿命有一定提升，且可以通过150℃热箱测试，该电芯安全性要高于纯干法三元极片的电芯。
本发明的制备方法，将干法电极片与隔膜提前复合在一起，在电芯遇到外力撞击、针刺等过程中，极片之间不会发生移动错位等问题，而且在针刺过程中，干法电极也会限制隔膜在高温情况下的收缩，从而避免了正负极接触短路，从而提高了安全性。
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，但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 (17)

1.一种电芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将正极层叠体进行第一热复合，得到正极片基材料带；所述正极层叠体包括正极集流体料带，以及在所述正极集流体料带的至少一侧表面依次层叠的第一正极活性膜和第二正极活性膜；所述第一正极活性膜包括三元正极活性材料；所述第二正极活性膜包括磷酸铁锂；所述三元正极活性材料包括LiNiO2、LiNi0.5Mn0.5O2、Li(NiCoMn)1/3O2、Li1.2Ni0.13Mn0.54Co0.13O2和LiMn2O4中的至少一种；所述第二正极活性膜的厚度为所述第一正极活性膜的厚度的0.1％～20％；
将负极层叠体进行第二热复合，得到负极片基材料带；所述负极层叠体包括负极集流体料带，以及在所述负极集流体料带的至少一侧表面层叠负极活性膜；
将正极片基材料带的两侧表面分别与正极隔膜料带进行第三热复合，得到正极复合料带，将所述正极复合料带裁切后的正极复合片与负极片基材料带裁切后的负极片进行交替层叠；或者，将负极片基材料带的两侧表面与负极隔膜料带进行第三热复合，得到负极复合料带，将负极复合料带裁切后的负极复合片与正极片基材料带裁切后的正极片进行交替层叠。
2.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于，所述磷酸铁锂的化学式包括：LiFe1-qMqPO4，其中，0≤q≤1；M包括Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Er、Tm、Yb、Lu、W、Pt或和Au中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于，以质量百分比计，所述第一正极活性膜包括三元正极活性材料85％～99.4％、导电剂0.5％～5％和可纤维化粘结剂0.1％～10％。
4.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于，以质量百分比计，所述第二正极活性膜包括磷酸铁锂85％～99.4％、导电剂0.5％～5％和可纤维化粘结剂0.1％～10％。
5.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于，所述第一正极活性膜的厚度为20～300μm。
6.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于，所述正极集流体包括正极集流体基体，以及设置于所述正极集流体基体至少一侧表面的碳层。
7.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于，所述负极集流体包括负极集流体基体，以及设置于所述负极集流体基体至少一侧表面的碳层。
8.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于，所述正极集流体或者所述负极集流体中，单侧碳层的厚度分别为1～5μm。
9.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于，所述第一热复合、第二热复合、第三热复合和第四热复合分别采用辊压的方式。
10.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于，所述第一热复合、第二热复合、第三热复合和第四热复合的温度分别为20～200℃。
11.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于，所述负极活性膜中的负极活性材料包括石墨、硅和氧化亚硅中的至少一种。
12.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于，以质量百分比计，所述负极活性膜包括负极活性材料85％～99.4％、导电剂0.5％～5％和可纤维化粘结剂0.1％～10％。
13.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于，所述负极活性膜的厚度为20～350μm。
14.实施权利要求1～13中任一项所述的电芯的制备方法所采用的系统，其特征在于，包括：正极片基材料带制作单元、负极片基材料带制作单元、隔膜热复合单元和叠片单元；
所述正极片基材料带制作单元包括1～2个第一正极活性膜供给装置、1～2个第二正极活性膜供给装置、正极集流体料带供给装置和第一热复合装置；
所述负极片基材料带制作单元包括1～2个负极活性膜供给装置、负极集流体料带供给装置和第二热复合装置；
所述隔膜热复合单元选自正极隔膜热复合单元或者负极隔膜热复合单元；所述正极隔膜热复合单元用以获得正极复合料带，所述正极隔膜热复合单元包括2个正极隔膜料带供给装置、第三热复合装置；所述负极隔膜热复合单元用以获得负极复合料带，所述负极隔膜热复合单元包括2个负极隔膜料带供给装置、第四热复合装置；
所述叠片单元包括第一裁切装置、第二裁切装置和叠片装置；所述第一裁切装置用于将所述正极片基材料带裁切成多个正极片，或者用于将所述正极复合料带裁切成多个正极复合片；所述第二裁切装置用于将所述负极片基材料带裁切成多个负极片，或者用于将所述负极复合料带裁切成多个负极复合片。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述正极集流体料带供给装置的上方和下方均分别依次设置有所述第一正极活性膜供给装置和第二正极活性膜供给装置，且所述第一正极活性膜供给装置靠近所述正极集流体料带供给装置。
16.权利要求1～13中任一项所述的电芯的制备方法制备得到的电芯。
17.一种电池，其特征在于，包括权利要求16所述的电芯。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105226234A (zh) * 2015-09-01 2016-01-06 中航锂电（洛阳）有限公司 锂电池复合正极片、锂电池复合负极片及其制备方法、锂电池
CN109698317A (zh) * 2018-12-17 2019-04-30 广东石油化工学院 一种高能量密度复合正极片锂离子电池
CN112005415A (zh) * 2018-06-11 2020-11-27 阿莫绿色技术有限公司 柔性电池、其制备方法以及包括其的辅助电池
CN113130844A (zh) * 2021-04-16 2021-07-16 恒大恒驰新能源汽车研究院(上海)有限公司 锂离子电池的电芯的制备方法、锂离子电池及其应用

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100423326C (zh) * 2005-06-17 2008-10-01 董家琼 一种二次锂离子电池用的具有综合性能的正极片
CN103178227B (zh) * 2011-12-22 2016-05-11 天津东皋膜技术有限公司 具有热压粘合特性的聚乙烯基复合材料微多孔隔膜
JP6868335B2 (ja) * 2015-01-12 2021-05-12 アイメック・ヴェーゼットウェーＩｍｅｃ Ｖｚｗ 固体バッテリおよび製造方法
CN111312992A (zh) * 2020-02-26 2020-06-19 天津国安盟固利新材料科技股份有限公司 二次电池用多功能复合正极片、制备方法及二次电池
CN111952679B (zh) * 2020-08-06 2022-02-25 郜明文 一种基于干法成膜的电芯制备工艺
CN112289976A (zh) * 2020-10-28 2021-01-29 蜂巢能源科技有限公司 正极材料层、其制备方法、正极片和电池
CN113206223B (zh) * 2021-05-08 2023-03-03 江西安驰新能源科技有限公司 一种锂电池极片处理方法及其锂电池制备方法
CN113571672A (zh) * 2021-07-26 2021-10-29 中汽创智科技有限公司 一种干法电极、固态锂离子电池及其制备方法
CN113675362A (zh) * 2021-08-18 2021-11-19 蜂巢能源科技有限公司 干法制备电极片的方法、系统及应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105226234A (zh) * 2015-09-01 2016-01-06 中航锂电（洛阳）有限公司 锂电池复合正极片、锂电池复合负极片及其制备方法、锂电池
CN112005415A (zh) * 2018-06-11 2020-11-27 阿莫绿色技术有限公司 柔性电池、其制备方法以及包括其的辅助电池
CN109698317A (zh) * 2018-12-17 2019-04-30 广东石油化工学院 一种高能量密度复合正极片锂离子电池
CN113130844A (zh) * 2021-04-16 2021-07-16 恒大恒驰新能源汽车研究院(上海)有限公司 锂离子电池的电芯的制备方法、锂离子电池及其应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
活性石墨烯/活性炭干法复合电极片制备及其在超级电容器中的应用;郑超;周旭峰;刘兆平;杨斌;焦旺春;傅冠生;阮殿波;;储能科学与技术(第04期);全文 *

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