CN114824594B - 一种复合铝塑膜及预锂化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合铝塑膜，包括基体、锂铜复合片；基体上设置有第一冲坑、缺口；缺口和第一冲坑之间设置有气袋；第一冲坑内设置有锂铜复合片，锂铜复合片与铝塑膜中的铝箔相贴合；缺口内的铝箔与外电路进行连接。本发明在复合铝塑膜中设置有基体、锂铜复合片，通过将锂铜复合片设置到铝塑膜基体内，再使用该复合铝塑膜进行预锂化，操作简单，可制造性高，制造成本低，预锂化效果稳定，电芯首效以及容量保持率改善明显；通过将缺口设置在气袋所在的一侧，预锂化完成后，切除气袋时就连同缺口一起切除了，不会增加额外工序和动作，可与产线现有工艺流程完美衔接。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池生产制造技术领域，具体为一种复合铝塑膜及预锂化方法。
背景技术
锂离子电池作为目前主流的储能器件之一，广泛应用于新能源汽车、各类便携式电子器件及以及通信设备中；随着锂离子电池下游领域的不断进步，尤其是新能源汽车行业的爆炸式发展，人们对锂离子电池的首效以及容量保持率提出了更高的要求。
锂离子电池在首次充电过程中，负极表面会和电解液发生反应生成固体电解质膜(SEI)，这种电解质膜虽然对锂离子电池的循环稳定性有益，但是会消耗掉正极的锂离子，并且这种反应是不可逆的，因而造成了电池的首次库伦效率(ICE)降低，降低了电池的容量；目前，为了解决负极材料首次库伦效率低的问题，人们发展了化学还原法、人造SEI膜法和电化学预锂化法，其中电化学预锂化法是一种最直接的解决锂离子负极材料ICE低的方法。
目前在电化学预锂中大都还在实验探索阶段，对于不同规格型号的电芯预锂基本也都在进行实验试制，大多数都在工装设备内进行电化学补锂后再进行组装，对产线的现有工艺改动较大，并且制造成本较高，预锂效果也不稳定，可制造性差，难以推广量产使用；如公布号为CN109119593A的对比文件，其公开了一种预锂化用锂铜复合电极；使用低成本、易制取的锂铜复合电极作为第三极，导入到相应的电芯结构中；在经过恒电流充放电的电化学预锂化后，将易脱出的第三极由电芯中取出，进行二次抽气-封装；对比文件的工艺是直接在电芯内部内置锂铜三电极，需要额外增加三电极复合工序，复合时需要对锂铜复合带进行定位，并且封装时还要考虑到第三极耳的封装，注液预锂后还需要打开电芯取出三电极，操作较为复杂，且过程一致性不好管控，可产业化程度低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种复合铝塑膜及预锂化方法，解决现有技术中预锂化时操作复杂，对产线的现有工艺改动较大，过程一致性不好管控，可制造性差，难以推广量产使用。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种复合铝塑膜，包括基体、锂铜复合片；所述基体上设置有第一冲坑、缺口；所述缺口和第一冲坑之间设置有气袋；所述第一冲坑内设置有锂铜复合片，所述锂铜复合片与铝塑膜中的铝箔相贴合；所述缺口内的铝箔与外电路进行连接。
有益效果：通过将锂铜复合片设置到铝塑膜基体内，再使用该复合铝塑膜进行预锂化，操作简单，可制造性高，制造成本低，预锂化效果稳定，电芯首效以及容量保持率改善明显；通过将缺口设置在气袋所在的一侧，预锂化完成后，切除气袋时就连同缺口一起切除了，不会增加额外工序和动作，可与产线现有工艺流程完美衔接。
进一步的，所述基体从上到下依次包括粘结层、铝箔层、保护层，所述粘结层、铝箔层、保护层相互复合而成，所述第一冲坑的凹陷处去除了顶部的粘结层。
有益效果：通过在第一冲坑的凹陷处去除粘结层，能够将锂铜复合片与铝箔层进行贴合。
进一步的，所述粘结层和保护层的材料均为聚丙烯、聚乙烯中的一种。
进一步的，所述缺口由去除粘结层和保护层或只去除保护层而成。
有益效果：通过将保护层去除，能够实现锂金属外部电连接。
进一步的，所述锂铜复合片从上到下依次包括锂片、铜片，所述锂片、铜片相互复合而成。
进一步的，所述铜片顶部的中间位置处为凹陷设置，所述凹陷处复合有锂片；所述铜片底部的四周位置处固定有第一隔离层，所述第一冲坑内与第一隔离层接触之处固定有与第一隔离层相适配的第二隔离层，所述第二隔离层的形状与第一隔离层相同。
有益效果：通过在锂片和铝箔层之间设置铜片，能够有效防止铝金属和锂金属在通电情况下形成锂铝合金。
进一步的，所述第一隔离层、第二隔离层的材料均为聚丙烯、聚乙烯中的一种。
有益效果：通过将第一隔离层、第二隔离层的材料设置成聚丙烯、聚乙烯中的一种，不仅可以起到绝缘的作用，而且聚丙烯、聚乙烯加热时能够融化，进而可以将锂铜复合片固定到第一冲坑内。
进一步的，所述第二隔离层与粘结层为一体式连接。
进一步的，所述基体还包括第二冲坑，所述第二冲坑设置在缺口和第一冲坑之间，所述第二冲坑内设置有气袋。
本发明还公开了一种使用上述任一技术方案所述复合铝塑膜的预锂化方法，包括以下步骤：
S1通过合浆、涂布、辊压分切、模切、叠片或卷绕、极耳焊接工序完成电芯组装；然后在电芯上下面各覆盖一层薄膜，然后放入烘箱烘烤；
S2将烘烤后的电芯封装到两个镜像盖合的复合铝塑膜内；
S3向两个盖合的复合铝塑膜内注液，注液完成后，将两个复合铝塑膜进行密封，然后进行真空浸润；
S4静置后连接电池测试设备进行电化学预锂，将测试设备正极夹具连接电芯的负极极耳，负极夹具连接在两个复合铝塑膜相互卡合的缺口上，完成电连接；工步设置为恒流放电，放电电流一般在0.01-0.1A之间；
S5预锂结束后进行化成、老化、将气袋和第一冲坑之间的复合铝塑膜进行封口、脱气、分容，脱气时将设置有气袋的一侧切除，此时缺口会被一并切除。
有益效果：通过将锂铜复合片设置到铝塑膜基体内，再使用该复合铝塑膜进行预锂化，操作简单，可制造性高，制造成本低，预锂化效果稳定，电芯首效以及容量保持率改善明显；通过将缺口设置在气袋所在的一侧，预锂化完成后，切除气袋时就连同缺口一起切除了，不会增加额外工序和动作，可与产线现有工艺流程完美衔接；通过在电芯上下面各覆盖一层薄膜，能阻断锂离子传输，以防止电芯首片负极表面消耗过多的锂离子。
本发明的优点在于：
本发明在复合铝塑膜中设置有基体、锂铜复合片，通过将锂铜复合片设置到铝塑膜基体内，再使用该复合铝塑膜进行预锂化，操作简单，可制造性高，制造成本低，预锂化效果稳定，电芯首效以及容量保持率改善明显；通过将缺口设置在气袋所在的一侧，预锂化完成后，切除气袋时就连同缺口一起切除了，不会增加额外工序和动作，可与产线现有工艺流程完美衔接。
本发明通过在电芯上下面各覆盖一层薄膜，能阻断锂离子传输，以防止电芯首片负极表面消耗过多的锂离子。
本发明通过在第一冲坑的凹陷处去除粘结层，能够将锂铜复合片与铝箔层进行贴合。
本发明通过将保护层去除，能够实现锂金属外部电连接。
本发明通过在锂片和铝箔层之间设置铜片，能够有效防止铝金属和锂金属在通电情况下形成锂铝合金。
本发明通过将第一隔离层、第二隔离层的材料设置成聚丙烯、聚乙烯中的一种，不仅可以起到绝缘的作用，而且聚丙烯、聚乙烯加热时能够融化，进而可以将锂铜复合片固定到第一冲坑内。
附图说明
图1为本发明实施例一复合铝塑膜的立体爆炸图；
图2为图1中A处当锂铜复合片与基体组装后的局部正剖图；
图3为本发明实施例二预锂化方法的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种复合铝塑膜，包括基体1、锂铜复合片3。
如图1所示，基体1上设置有第一冲坑11、第二冲坑12、缺口13；第一冲坑11内固定有锂铜复合片3，第二冲坑12内放置有气袋(图未示)，第一冲坑11和第二冲坑12为矩形设置，设置在基体1的中间位置处；缺口13为扇形设置，设置在基体1上靠近第二冲坑12一侧的一边角位置处，用于连接外电路。
如图1、图2所示，基体1从上到下依次包括粘结层14、铝箔层15、保护层16，本实施例示例为基体1由粘结层14、铝箔层15、保护层16复合而成，复合方式包括但不仅限于热压、电镀、喷涂、压延等方法，粘结层14和保护层16的材料均为聚丙烯、聚乙烯等，起到绝缘的作用；第一冲坑11的凹陷处去除了顶部的粘结层14，缺口13由去除粘结层14和保护层16或只去除保护层16而成，本实施例示例为缺口13由去除粘结层14和保护层16而成。
如图1、图2所示，锂铜复合片3从上到下依次包括锂片31、铜片32，本实施例示例为锂铜复合片3由锂片31、铜片32复合而成，复合方式包括但不仅限于热压、电镀、喷涂、压延等方法，通过在锂片31和铝箔层15之间设置铜片32，能够有效防止铝金属和锂金属在通电情况下形成锂铝合金；铜片32顶部的中间位置处为凹陷设置，凹陷处复合有锂片31；铜片32底部的四周位置处固定有第一隔离层33，第一冲坑11内与第一隔离层33接触之处固定有与第一隔离层33相适配的第二隔离层112，第一隔离层33、第二隔离层112的材料均为聚丙烯、聚乙烯等，第二隔离层112的形状与第一隔离层33相同，本实施例示例第二隔离层112与粘结层14为一体式连接；装配时，将铜片32底部四周处的第一隔离层33与第二隔离层112相接触放置，将铜片32底部与铝箔层15相接触放置，然后使用热压设备对第一隔离层33和第二隔离层112进行复合，从而使得铜片32和铝箔层15贴合设置。
本实施例直接将锂铜复合片3复合到铝塑膜上，利用铝塑膜中的铝作为导电介质，预锂后无需取出锂铜复合片3，脱气时直接切除缺口13，本实施例的铝塑膜可直接导入目前的正常电芯生产工艺完成预锂，对产线改动小。
第一种装配方式：将锂铜复合片3复合到铝塑膜上；
步骤1、根据不同电芯规格尺寸在常规铝塑膜生产时预留一块裸露铝箔层15的区域，此区域可通过在正常铝塑膜的顶部去除一层粘接层14形成；此区域可以为矩形或其他任意形状，但不得超过电芯极片的尺寸范围；
步骤2、结合电芯尺寸，利用冲坑设备在铝塑膜上冲坑得第一冲坑11，冲坑的中心位置尽量对应铝塑膜上裸露铝箔位置的中心；
步骤3、在铝塑膜的一边角处去除粘结层14和保护层16，得缺口13，用于连接外电路；
步骤4、锂铜复合片可以利用常规压延方法制得，以矩形锂铜复合片为例，锂铜复合片底部的四周设置铜片32留白，留白区域对侧四周覆有隔离层(材料为聚丙烯、聚乙烯等)；
步骤5、利用特制矩形热压设备将锂铜复合片3的留白区域热压到第一冲坑11内的隔离层上，使锂铜复合片3的铜片32与铝塑膜上裸露的铝箔层15贴合。
第二种装配方式：铝塑膜在生产时即复合锂金属；
步骤1、将铝箔裁剪至所需尺寸；
步骤2、可以利用电镀或者化学镀的方式在铝箔局部区域表面镀铜；
步骤3、在铜表面压延锂金属；
步骤4、将粘接层14裁切至特定形状，预留露铜区域以及连接外电路区域；
步骤5、将保护层16裁切至特定形状，预留连接外电路区域；
步骤6、利用接着剂将粘接层14与保护层16压和到复合铜和锂的铝箔上。
实施例二
如图3所示，一种预锂化方法，具体步骤为：
步骤1、通过常规合浆、涂布、辊压分切、模切、叠片(卷绕)、极耳焊接工序完成电芯组装，以上工艺与目前产线成熟工艺一致，不再一一详述；然后在电芯上下面各覆盖一层薄膜，薄膜的材料为涤纶树脂(PET)，然后放入烘箱烘烤；通过覆盖薄膜，能阻断锂离子传输，以防止电芯首片负极表面消耗过多的锂离子；
步骤2、将烘烤后的电芯装配到本申请实施例一所述的复合铝塑膜内，并在复合铝塑膜的上方镜像盖合另一个复合铝塑膜，然后对远离气袋的三边进行封合；
步骤3、从靠近气袋的一边向两个盖合的复合铝塑膜内注液，注液完成后，将两个复合铝塑膜进行完全密封，然后进行真空浸润；
步骤4、静置后连接电池测试设备进行电化学预锂，将测试设备正极夹具连接电芯的负极极耳，负极夹具连接在两个复合铝塑膜相互卡合的缺口13上，完成电连接；工步设置为恒流放电，放电电流一般在0.01-0.1A之间，初始放电电流可设置为0.1A，截止条件根据放电容量设定，能够保持预锂电芯一致性预锂；
步骤5、预锂结束后进行化成、老化、将气袋和第一冲坑11之间的复合铝塑膜进行封口、脱气、分容等后续工步，脱气时将设置有气袋的一侧切除，此时缺口13会被一并切除，能够保证达到预锂目的后，不影响电池的外观和安全性，同时也不会增加额外工序和动作，可与产线现有工艺流程完美衔接。
以上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精神和范围。
Claims (10)
1.一种预锂化用锂离子电池复合铝塑膜，其特征在于，包括基体(1)、锂铜复合片(3)；
所述基体(1)上设置有第一冲坑(11)、缺口(13)；所述缺口(13)和第一冲坑(11)之间设置有气袋；
所述第一冲坑(11)内设置有锂铜复合片(3)，所述锂铜复合片(3)与铝塑膜中的铝箔相贴合；
所述缺口(13)内的铝箔与外电路进行连接；
所述基体(1)从上到下依次包括粘结层(14)、铝箔层(15)、保护层(16)，所述粘结层(14)、铝箔层(15)、保护层(16)相互复合而成，所述第一冲坑(11)的凹陷处去除了顶部的粘结层(14)而漏出裸露铝箔；
所述锂铜复合片(3)从上到下依次包括锂片(31)、铜片(32)，所述锂片(31)、铜片(32)相互复合而成；设置在所述锂片(31)和所述裸露铝箔之间的所述铜片(32)与所述裸露铝箔相贴合。
2.根据权利要求1所述的一种预锂化用锂离子电池复合铝塑膜，其特征在于：所述粘结层(14)和保护层(16)的材料均为聚丙烯、聚乙烯中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种预锂化用锂离子电池复合铝塑膜，其特征在于：所述缺口(13)由去除粘结层(14)和保护层(16)或只去除保护层(16)而成。
4.根据权利要求1所述的一种预锂化用锂离子电池复合铝塑膜，其特征在于：所述铜片(32)顶部的中间位置处为凹陷设置，所述凹陷处复合有锂片(31)；所述铜片(32)底部的四周位置处固定有第一隔离层(33)，所述第一冲坑(11)内与第一隔离层(33)接触之处固定有与第一隔离层(33)相适配的第二隔离层(112)，所述第二隔离层(112)的形状与第一隔离层(33)相同。
5.根据权利要求4所述的一种预锂化用锂离子电池复合铝塑膜，其特征在于：所述第一隔离层(33)、第二隔离层(112)的材料均为聚丙烯、聚乙烯中的一种。
6.根据权利要求4所述的一种预锂化用锂离子电池复合铝塑膜，其特征在于：所述第二隔离层(112)与粘结层(14)为一体式连接。
7.根据权利要求1所述的一种预锂化用锂离子电池复合铝塑膜，其特征在于：所述基体(1)还包括第二冲坑(12)，所述第二冲坑(12)设置在缺口(13)和第一冲坑(11)之间，所述第二冲坑(12)内设置有气袋。
8.根据权利要求7所述的一种预锂化用锂离子电池复合铝塑膜，其特征在于：所述第一冲坑(11)和第二冲坑(12)为矩形设置，设置在基体(1)的中间位置处。
9.根据权利要求7所述的一种预锂化用锂离子电池复合铝塑膜，其特征在于：所述缺口(13)为扇形设置，设置在基体(1)上靠近第二冲坑(12)一侧的一边角位置处。
10.一种使用权利要求1至9任一所述预锂化用锂离子电池复合铝塑膜的预锂化方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1通过合浆、涂布、辊压分切、模切、叠片或卷绕、极耳焊接工序完成电芯组装；然后在电芯上下面各覆盖一层薄膜，然后放入烘箱烘烤；
S2将烘烤后的电芯封装到两个镜像盖合的复合铝塑膜内；
S3向两个盖合的复合铝塑膜内注液，注液完成后，将两个复合铝塑膜进行密封，然后进行真空浸润；
S4静置后连接电池测试设备进行电化学预锂，将测试设备正极夹具连接电芯的负极极耳，负极夹具连接在两个复合铝塑膜相互卡合的缺口(13)上，完成电连接；工步设置为恒流放电，放电电流在0.01-0.1A之间；
S5预锂结束后进行化成、老化、将气袋和第一冲坑(11)之间的复合铝塑膜进行封口、脱气、分容，脱气时将设置有气袋的一侧切除，此时缺口(13)会被一并切除。
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