CN114512724A - 一种叠片电芯及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种叠片电芯及其制备方法和应用，所述制备方法包括：将正极极片、隔膜和负极极片依次层叠形成叠片结构，所述叠片结构包括顶部表面、底部表面和四周的层叠面，将所述叠片结构的四周的层叠面分别浸入热固胶液体中，所述热固胶液体盛放于与所述叠片结构相匹配的模具中，对所述模具进行超声处理，随后对所述层叠面上的热固胶进行固化处理，形成包边结构后得到所述叠片电芯。本发明采用热固胶对叠片结构进行包边处理，固定每一片极片，能够有效解决极片过长导致的串片问题，增强电芯挠度，并且提高叠片电芯的绝缘性，入壳方便，结构简单。此外，叠片芯通过导热的热固胶包边材料与电池壳体接触，能够加速电芯散热。
Description
技术领域
本发明属于电池生产制造技术领域，尤其涉及一种叠片电芯及其制备方法和应用。
背景技术
随着CTP/CTC技术的发展，对电池能量密度要求越来越高，而电池的尺寸也越来越长，长条形的叠片电池的应用成为研究重点，例如：刀片电池和L6电池等，极片尺寸可达到0.5～1米。然而，叠片电池采用过长的极片时，很容易造成串片，从而影响电池的容量和安全性能；同时，电池尺寸加长，挠度变大，造成入壳困难。
目前，主要通过在电芯的两侧加侧板或者电芯整体包裹绝缘壳等方法，实现电芯绝缘，以及解决入壳困难的问题，但是上述工艺结构件多，工序复杂，无法有效解决串片的问题。
CN108206247A公开了一种电芯、电子设备和电芯的封装方法，所述电芯包括：壳体和电池芯，其中，壳体包括钢质的下壳和钢质的上壳，上壳和下壳的表面上设有绝缘层，下壳和上壳通过焊接密封连接并形成密封腔，壳体上设有正极触片和负极触片；电池芯为叠片式电池芯，叠片式电池芯固定在密封腔内，且叠片式电池芯的正极耳和负极耳分别与正极触片和负极触片连接。该电芯整体结构强度优异，实现了电芯的绝缘设置。
CN207038560U公开一种钮扣式锂电芯密封结构，钮扣式锂电芯密封结构包括电芯盖、密封圈及电芯壳。电芯盖具有包边结构，包边结构形成第一包边、第二包边及第三包边，第三包边形成锁边段及封口段；电芯壳具有密封边结构，密封边结构形成第一密封边、第二密封边、第三密封边及第四密封边；第一包边与第四密封边通过密封圈相互抵持，第二包边与第三密封边通过密封圈相互抵持，第三包边的锁边段与第二密封边通过密封圈相互抵持，第三包边的封口段与第一密封边通过密封圈相互抵持。该钮扣式锂电芯密封结构对电芯盖的包边结构以及对电芯壳的密封边结构进行优化，防止密封圈在封口过程中受损、破裂而导致漏液现象，从而提高整体的密封性。
CN107528087A公开了一种锂离子电池叠片电芯及其制备方法。所述叠片电芯通过胶水粘住隔膜来固定隔膜、正极极片以及负极极片。所述的锂离子电池叠片电芯的制备方法包括：通过胶水粘住隔膜来固定隔膜、正极极片以及负极极片，得到所述锂离子电池叠片电芯。该锂离子叠片电芯不使用胶纸而通过胶水粘住隔膜来固定隔膜、正极极片以及负极极片，这样的设计不增加叠片电芯的厚度和重量，电芯的表面平整，避免了电芯堆叠成电池包时，电芯性能衰减严重的问题。
上述文献均有效提高了电芯的密封性和绝缘性，但是均未能有效解决叠片电芯中极片过长导致的串片以及挠度变大，入壳困难的问题。因此，急需开发一种新型叠片电芯结构，解决极片过长导致的串片和入壳困难的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种叠片电芯及其制备方法和应用，本发明提供的叠片电芯采用热固胶包边设计，能够有效解决极片过长时导致的串片问题，并且可以提高电芯挠度，入壳方便。此外，电芯通过导热的热固胶包边材料与电池壳体接触，能够加速电芯散热。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种叠片电芯的制备方法，所述制备方法包括：
将正极极片、隔膜和负极极片依次层叠形成叠片结构，所述叠片结构包括顶部表面、和底部表面和四周的层叠面，将所述叠片结构的四周的层叠面分别浸入热固胶液体中，所述热固胶液体盛放于与所述叠片结构相匹配的模具中，对所述模具进行超声处理，随后对所述层叠面上的热固胶进行固化处理，形成包边结构后得到所述叠片电芯。
本发明仅将正极极片、隔膜和负极极片依次层叠的叠片结构四周的层叠面处分别浸入热固胶液体中，热固胶液体自叠片结构的层叠面向内填充一定的深度，从而形成包边结构，固定极片；而并非将整个叠片结构浸入热固胶液体中，也并非将整个叠片结构的空隙均填充上热固胶液体。此外，本发明中热固胶也体盛放在模具中，模具的尺寸与叠片结构的尺寸相适配，从而限制了叠片结构中各极片的位移。
需要说明的是，本发明中叠片结构的层叠面是正极极片、隔膜和负极极片堆叠形成的外缘面，由叠片结构四周的层叠面可以看到正极极片、隔膜和负极极片的四周边缘，热固胶液体可以由叠片结构四周层叠面浸入叠片结构内部。
本发明提供的叠片电芯的制备方法采用热固胶对叠片结构进行包边处理，可以固定每一片极片，从而能够有效解决极片过长时导致的串片问题，同时包边可以增强电芯挠度，并且提高叠片电芯的绝缘性，入壳方便，结构简单。此外，叠片芯通过导热的热固胶包边材料与电池壳体接触，能够加速电芯散热。
作为本发明一种优选的技术方案，所述叠片结构的层叠面浸入所述热固胶液体中的深度为1～2mm，例如可以是1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或2mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中叠片结构的层叠面浸入热固胶液体中的深度为1～2mm，这是由于在此深度范围内，即可实现对每一片极片的固定，达到防止串片，提高电芯挠度和绝缘性，入壳方便，以及增强散热的效果。此外，需要说明的是，将极耳所在的层叠面浸入到热固胶液体中进行包边处理前，将极耳保护套套设在极耳上，从而避免极耳表面粘附有热固胶液体。
作为本发明一种优选的技术方案，所述超声处理的频率为40～60KHz，例如可以是40KHz、42KHz、44KHz、46KHz、48KHz、50KHz、52KHz、54KHz、56KHz、58KHz或60KHz，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述超声处理的时间为3～10min，例如可以是3min、3.5min、4min、4.5min、5min、5.5min、6min、6.5min、7min、7.5min、8min、8.5min、9min、9.5min或10min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明将叠片结构的层叠面浸入到热固胶液体中后，采用超声处理排除正极极片、隔膜和负极极片间隙中的气泡。
作为本发明一种优选的技术方案，所述固化处理包括加热固化或紫外线固化。
本发明对加热固化的温度和时间，以及紫外线固化的时间不作具体要求和特殊限定，本领域的技术人员可以根据热固胶的性质，确定加热固化的温度和时间，或紫外线固化的时间。
作为本发明一种优选的技术方案，所述制备方法还包括：
将所述叠片结构的顶部表面和底部表面分别浸入所述热固胶液体中，进行所述固化处理后在所述底部表面和底部表面均形成热固胶层。
本发明中，对叠片结构的层叠面进行包边处理后，还可以将顶部表面和底部表面分别进入热固胶液体中，在顶部表面和底部表面分别形成热固胶层，从而叠片电芯的外围均包覆有热固胶，形成整体，进一步加强对极片的固定作用，防止串片，提高挠度和绝缘性，加速电芯散热。
作为本发明一种优选的技术方案，所述制备方法还包括：
将聚丙烯酸酯、导热硅胶、甲醇和抗氧剂混合制备所述热固胶液体。
优选地，所述聚丙烯酸酯、导热硅胶、甲醇和抗氧剂的质量份数比为(70～80):(20～30):(5～15):(5～10)，例如可以是70:20:5:5、71:21:6:7、72:22:7:6、73:23:8:10、74:24:9:8、75:25:10:9、76:26:11:10、77:27:12:5、78:28:13:6、79:29:14:7、80:30:15:8、70:30:15:10、80:20:5:5，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
第二方面，本发明提供了一种叠片电芯，所述叠片电芯由第一方面所述的制备方法制备得到。
所述叠片电芯包括由正极极片、隔膜和负极极片依次层叠得到的叠片结构，所述叠片结构包括顶部表面、底部表面和四周的层叠面，所述层叠面上设置有包边结构，所述包边结构包括热固胶包边层，部分所述热固胶包边层填充于所述正极极片、隔膜和负极极片的间隙中。
本发明提供的叠片电芯能够避免极片过长时出现串片现象，并且可以提高电芯挠度和绝缘性，入壳方便，同时能够增加电芯散热性能。
作为本发明一种优选的技术方案，所述热固胶包边层在所述正极极片、隔膜和负极极片间隙中的填充深度为1～2mm，例如可以是1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或2mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，所述叠片结构的顶部表面和底部表面均设置有热固胶层。
优选地，所述正极极片上连接有正极耳，所述负极极片上连接有负极耳。
第三方面，本发明提供了一种叠片电池，所述叠片电池包括第二方面所述的叠片电芯。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的叠片电芯的制备方法采用热固胶对叠片结构进行包边处理，可以固定每一片极片，从而能够有效解决极片过长时导致的串片问题，同时包边可以增强电芯挠度，并且提高叠片电芯的绝缘性，入壳方便，结构简单。此外，叠片芯通过导热的热固胶包边材料与电池壳体接触，能够加速电芯散热。
附图说明
图1为本发明实施例1-3提供的将叠片结构的一侧层叠面浸入热固胶液体中的示意图。
图2为本发明实施例1-3提供的叠片结构的一侧层叠面包边处理后的结构示意图。
其中，1-叠片结构；2-极耳；3-模具；4-热固胶液体；5-热固胶包边层。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
目前，主要通过在电芯的两侧加侧板或者电芯整体包裹绝缘壳等方法，实现电芯绝缘，以及解决入壳困难的问题，但是上述工艺结构件多，工序复杂，并且无法有效解决串片的问题；而通过对电芯整体灌胶液的方式，虽然可以保证电芯的散热，以及对极片的固定，但是该方法胶液用量过大，电芯内部填充的胶液中常常存在气泡，并且电芯的厚度和质量过大，导致整体的比能量降低，性能衰减严重。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种叠片电芯，所述叠片电芯包括由正极极片、隔膜和负极极片依次层叠得到的叠片结构1，所述叠片结构1包括顶部表面、底部表面和四周的层叠面，所述层叠面上设置有包边结构，所述包边结构包括热固胶包边层5，部分所述热固胶包边层5填充于所述正极极片、隔膜和负极极片的间隙中。
进一步地，所述叠片结构1的顶部表面和底部表面均设置有热固胶层；所述正极极片上连接有正极耳，所述负极极片上连接有负极耳。
实施例1
基于上述一个具体实施方式提供的叠片电芯，本实施例提供了一种叠片电芯的制备方法，所述制备方法包括：
首先将聚丙烯酸酯、导热硅胶、甲醇和抗氧剂混合按75:25:10:8的质量比混合制备热固胶液体4，然后将正极极片、隔膜和负极极片依次层叠形成叠片结构1，随后对叠片结构1四周的层叠面分别进行包边处理，其中，当将极耳2所在的层叠面浸入到热固胶液体4中进行包边处理前，将极耳2保护套套设在极耳2上；
示例性地，本实施例通过对叠片结构1的一个层叠面进行包边来说明具体的包边处理过程，如图1所示，将叠片结构1的一个层叠面浸入盛放于模具3内的热固胶液体4中，浸入的深度为1.5mm，随后采用频率为50KHz的超声振动模具36min，排除正极极片、隔膜和负极极片间隙内的气泡，再进行加热固化后去除模具3，从而完成对叠片结构1一个层叠面的包边处理，如图2所示；
此外，将叠片结构1中顶部表面和底部表面分别浸入热固胶液体4中，加热固化后在顶部表面和底部表面均形成热固胶层，从而得到的叠片电芯的外围均包覆有热固胶，形成整体。
实施例2
基于上述一个具体实施方式提供的叠片电芯，本实施例提供了一种叠片电芯的制备方法，所述制备方法包括：
首先将聚丙烯酸酯、导热硅胶、甲醇和抗氧剂混合按70:30:15:5的质量比混合制备热固胶液体4，然后将正极极片、隔膜和负极极片依次层叠形成叠片结构1，随后对叠片结构1四周的层叠面分别进行包边处理，其中，当将极耳2所在的层叠面浸入到热固胶液体4中进行包边处理前，将极耳2保护套套设在极耳2上；
示例性地，本实施例通过对叠片结构1的一个层叠面进行包边来说明具体的包边处理过程，如图1所示，将叠片结构1的一个层叠面浸入盛放于模具3内的热固胶液体4中，浸入的深度为1mm，随后采用频率为40KHz的超声振动模具310min，排除正极极片、隔膜和负极极片间隙内的气泡，再进行加热固化后去除模具3，从而完成对叠片结构1一个层叠面的包边处理，如图2所示；
此外，将叠片结构1中顶部表面和底部表面分别浸入热固胶液体4中，加热固化后在顶部表面和底部表面均形成热固胶层，从而得到的叠片电芯的外围均包覆有热固胶，形成整体。
实施例3
基于上述一个具体实施方式提供的叠片电芯，本实施例提供了一种叠片电芯的制备方法，所述制备方法包括：
首先将聚丙烯酸酯、导热硅胶、甲醇和抗氧剂混合按80:20:5:10的质量比混合制备热固胶液体4，然后将正极极片、隔膜和负极极片依次层叠形成叠片结构1，随后对叠片结构1四周的层叠面分别进行包边处理，其中，当将极耳2所在的层叠面浸入到热固胶液体4中进行包边处理前，将极耳2保护套套设在极耳2上；
示例性地，本实施例通过对叠片结构1的一个层叠面进行包边来说明具体的包边处理过程，如图1所示，将叠片结构1的一个层叠面浸入盛放于模具3内的热固胶液体4中，浸入的深度为2mm，随后采用频率为60KHz的超声振动模具33min，排除正极极片、隔膜和负极极片间隙内的气泡，再进行加热固化后去除模具3，从而完成对叠片结构1一个层叠面的包边处理，如图2所示；
此外，将叠片结构1中顶部表面和底部表面分别浸入热固胶液体4中，加热固化后在顶部表面和底部表面均形成热固胶层，从而得到的叠片电芯的外围均包覆有热固胶，形成整体。
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)
1.一种叠片电芯的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将正极极片、隔膜和负极极片依次层叠形成叠片结构，所述叠片结构包括顶部表面、底部表面和四周的层叠面，将所述叠片结构的四周的层叠面分别浸入热固胶液体中，所述热固胶液体盛放于与所述叠片结构相匹配的模具中，对所述模具进行超声处理，随后对所述层叠面上的热固胶进行固化处理，形成包边结构后得到所述叠片电芯。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述叠片结构的层叠面浸入所述热固胶液体中的深度为1～2mm。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述超声处理的频率为40～60KHz；
优选地，所述超声处理的时间为3～10min。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述固化处理包括加热固化或紫外线固化。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
将所述叠片结构的顶部表面和底部表面分别浸入所述热固胶液体中，进行所述固化处理后在所述底部表面和底部表面均形成热固胶层。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
将聚丙烯酸酯、导热硅胶、甲醇和抗氧剂混合制备所述热固胶液体；
优选地，所述聚丙烯酸酯、导热硅胶、甲醇和抗氧剂的质量份数比为(70～80):(20～30):(5～15):(5～10)。
7.一种叠片电芯，其特征在于，所述叠片电芯由权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到；
所述叠片电芯包括由正极极片、隔膜和负极极片依次层叠得到的叠片结构，所述叠片结构包括顶部表面、底部表面和四周的层叠面，所述层叠面上设置有包边结构，所述包边结构包括热固胶包边层，部分所述热固胶包边层填充于所述正极极片、隔膜和负极极片的间隙中。
8.根据权利要求7所述的叠片电芯，其特征在于，所述热固胶包边层在所述正极极片、隔膜和负极极片间隙中的填充深度为1～2mm。
9.根据权利要求7或8所述的叠片电芯，其特征在于，所述叠片结构的顶部表面和底部表面均设置有热固胶层；
优选地，所述正极极片上连接有正极耳，所述负极极片上连接有负极耳。
10.一种叠片电池，其特征在于，所述叠片电池包括权利要求7-9任一项所述的叠片电芯。
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