CN115172853A - 电池和制备电池的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电池和制备电池的方法，该电池特征在于，包括正极片、负极片和隔膜，所述正极片和所述隔膜中至少之一的至少一面上设有多个间隔分布的凸起，多个所述凸起在所述电池化成时可形成平行于极耳延伸方向的排气通道。该电池在传统电池的基础上对隔膜或正极极片进行改进，通过设置凸起可以在电池化成时在其纵向方向上形成排气通道，不仅有利于化成时气体的排出，还能避免小气泡的集结，有效降低化成时电解液的损耗，并避免电极因局部区域被撑开而导致缺液、析锂、循环性能变差等问题，保证电池的结构稳定性，并提高其电化学性能和使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于电池领域，具体而言，涉及电池和制备电池的方法。
背景技术
电池化成是电池注液后对电池进行首次充电的过程，该过程可以激活电池中的活性物质，使电池活化，目前采用的电池化成方法主要是负压化成和电池夹紧化成。然而，现有化成方法存在有以下技术缺陷：1)负压化成在抽真空过程中会存在壳体收缩，部分电解液被抽走，电池夹紧化成时也会导致部分电解液外溢，二者都会造成电解液的损耗，而电解液不足会造成正极和/或负极吸液不足，最终导致电芯低容、高内阻和低循环，严重损害电池性能；2)现有隔膜大多是横向(与隔膜厚度方向相同)多孔，纵向(与隔膜厚度方向垂直)无孔的结构，化成产生的气体纵向运动时无法汇集，造成排气困难，而如果气体没有及时排除，小气泡会集结形成大气泡，导致电解液液位增加，增大负压化成或加紧化成的失液量，并且，集结形成的大气泡还可能导致电池正负极被局部撑开，使正负极之间因局部间距过大，进而导致局部区域离子传输路径过长或缺少电解液导致析锂，造成化成效果差，电化学性能变差等危害。因此，如何改善化成工艺仍有待进一步研究。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出电池和制备电池的方法，该电池在传统电池的基础上对隔膜或正极极片进行改进，通过设置凸起可以在电池化成时在其纵向方向上(即在平行于极耳的延伸方向上)形成排气通道，不仅有利于化成时气体的排出，还能避免小气泡的集结，有效降低化成时电解液的损耗，并避免电极因局部区域被撑开而导致缺液、析锂、循环性能变差等问题，保证电池的结构稳定性，并提高其电化学性能和使用寿命。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种电池，根据本发明的实施例，该电池包括正极片、负极片和隔膜，所述正极片和所述隔膜中至少之一的至少一面上设有多个间隔分布的凸起，多个所述凸起在所述电池化成时可形成平行于极耳延伸方向的排气通道。
本发明上述实施例的电池通过在正极片或隔膜上设置间隔分布的凸起，可以使正极片和隔膜之间形成凹凸结构，由此可以在电池化成时使正极片和隔膜之间局部接触并在非接触区域形成气体通路，而由于电解液的注液孔或排气孔通常设置在正极侧或负极侧，排气方向在极片或隔膜的纵向方向上(即在平行于极耳的延伸方向上)，因此当电池化成产生气体后，该气体通路不仅有利于小气泡有规律的排出，还能避免因小气泡无法及时排除而聚集形成大气泡，进而导致电解液液位增加，增加负压化成或夹紧化成的失液量的问题，以及正负极片之间因局部区域被撑开而导致缺液、析锂、循环性能变差等问题，保证电池的结构稳定性，并提高其电化学性能和使用寿命；此外，由于电池在充放电循环过程中通常会发生膨胀(如嵌锂或在化成过程中形成SEI膜等)，通过在正极片和隔膜之间形成凹凸结构还可以为电池膨胀提供预留空间，在一定程度上缓解电池的膨胀问题。与现有技术相比，该电池不仅可以减少化成过程中电解液的损失，节约生产成本，还可以避免出现电池表面析锂等问题，能保证电池的结构稳定性，提高其电化学性能尤其是循环性能，并延长其使用寿命，能有效解决或改善现有化成工艺存在的缺陷。
另外，根据本发明上述实施例的电池还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述正极片的两面均设有所述凸起；或者，所述隔膜与极片接触的表面设有所述凸起，所述极片包括正极片和负极片。
在本发明的一些实施例中，位于所述正极片表面或所述隔膜表面的多个所述凸起均匀分布；和/或，位于所述正极片表面或所述隔膜表面的多个所述凸起成列分布，每列所述凸起包括至少一个凸起，每列所述凸起的布置方向平行于极耳的延伸方向。
在本发明的一些实施例中，所述正极片上设有所述凸起，所述凸起位于所述正极片的活性物质层上。
在本发明的一些实施例中，所述隔膜上设有所述凸起，所述凸起位于所述隔膜的本体上；或者，所述隔膜包括隔膜本体和间隔设在所述隔膜本体表面的涂层，所述涂层形成所述凸起。
在本发明的一些实施例中，所述涂层为陶瓷涂层或聚合物弹性体涂层。
在本发明的一些实施例中，涂层包括离子导体。
在本发明的一些实施例中，所述陶瓷涂层包括金属氧化物和粘结剂，其中，所述金属氧化物与所述粘结剂的质量比为(0.1-9.9)：(9.9-0.1)，所述金属氧化物包括选自Al2O3、ZrO2和LLZTO中的至少之一，所述粘结剂包括PVDF。
在本发明的一些实施例中，所述聚合物弹性体涂层包括选自PVDF、聚酰乙烯和聚四氟乙烯中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，电池满足以下条件中的至少之一：所述凸起的高度不小于1μm，且不大于所述隔膜厚度的1/2；所述隔膜厚度为13～23μm；位于所述正极片表面或所述隔膜表面上的相邻两个所述凸起的间距不小于1μm，且不大于膈膜厚度。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种制备电池的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：
S100：在正极片和隔膜中至少之一的至少一面上形成多个间隔分布的凸起；
S200：对所述正极片、负极片和所述隔膜进行叠片或卷绕；
S300：将叠片体或卷绕体置于电池壳体中进行密封。
与现有技术相比，该方法通过对正极片和隔膜至少之一进行特殊加工，得到的电池具有上述电池全部特征及效果，此处不再赘述。总的来说，该方法不仅改进工艺简单，有利于实现工业化生产，而且制备得到的电池能够减少化成时电解液的损失，提高化成效果，同时还可以避免因化成过程中排气受阻导致气泡集结，影响电池结构进而导致电池表面析锂等问题，提高电池的循环性能和使用寿命。
在本发明的一些实施例中，所述电池为上述实施例中电池。
在本发明的一些实施例中，制备该电池的方法还包括：S400：向密封得到的电芯中注入电解液并进行电芯化成。
在本发明的一些实施例中，步骤S100中，采用辊压法在所述隔膜表面和/或所述正极片表面形成多个间隔分布的凸起。
在本发明的一些实施例中，步骤S100中，在所述隔膜本体表面形成间隔式分布的涂层，得到多个间隔分布的凸起。
在本发明的一些实施例中，步骤S400中，实施所述电芯化成的装置包括：第一集液罐、出液管和第二集液罐，所述第一集液罐与电芯注液孔相连；所述出液管包括第一支管和第二支管，所述第二支管与所述第一支管连通并高于所述第一支管设置，所述第一支管所述第一集液罐连通，所述第二支管水平设置并与所述抽真空设备相连，所述第一支管上设有第一阀门；所述第二集液罐高于所述第一集液罐布置，且所述第二集液罐的上部与所述第二支管连通，所述第二集液罐的底部通过回液管与所述第一支管连通，所述回液管上设有第二阀门，且所述回液管与所述第一支管的连通位置低于所述第一阀门。采用该化成装置既可以顺利排气，还可将化成过程中排出的电解液再回流至电芯内，进一步降低电解液的损耗。
在本发明的一些实施例中，步骤S100中，所述辊压法为间隔式辊压或波浪压花辊压。
在本发明的一些实施例中，步骤S400包括：S410：向所述电芯中注入电解液；S420：使所述第一集液罐与所述电芯的注液孔相连，依次打开所述第一阀门和所述抽真空设备，利用所述第一集液罐和所述第二集液罐收集从电芯中排出的电解液；S430：通过集液罐和出液管中的液位变化和状态判断是否排气完成；S440：排气完成后关闭所述第一阀门并打开所述第二阀门，同时关闭或调节所述抽真空设备的压力值直至位于所述第二集液罐中的电解液能够回流至所述第一支管，以便实现电解液的回流。由此既可以顺利排气，也可以进一步降低化成过程中电解液的损耗。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的电池中设有凸起的隔膜或正极片的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的电池中设有凸起的隔膜或正极片的俯视图；
图3是根据本发明再一个实施例的电池中设有凸起的隔膜或正极片的俯视图；
图4是根据本发明一个实施例的电池中正极片和位于正极片两侧的隔膜的叠片结构示意图；
图5是根据本发明一个具体实施例的电池中正极片、隔膜和负极片的叠片结构示意图；
图6是根据本发明一个实施例的电池制备方法流程图；
图7是根据本发明一个实施例的电池化成装置的结构示意图。
附图说明：
20：极片或隔膜；21：正极片；22：隔膜；23：负极片；30：凸起；40：凸起之间的间隔空间；
11：第一集液罐；12：电芯注液孔；13：出液管第一支管；14：出液管第二支管；15：第一阀门；16：第二集液罐；17：回液管；18：第二阀门。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”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”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种电池。根据本发明的实施例，参考图1理解，该电池包括正极片21、负极片23和隔膜22，正极片21和隔膜22中至少之一的至少一面上设有多个间隔分布的凸起30，多个凸起30在电池化成时可形成平行于极耳延伸方向的排气通道，其中，图1中20表示正极片21或隔膜22。该电池中，通过在正极片21或隔膜22上设置间隔分布的凸起30，可以使正极片和隔膜之间形成凹凸结构，其中凹形结构即凸起30之间形成的间隔空间40(如图1中所示)。由此可以在电池化成时使正极片和隔膜之间局部接触并在非接触区域(即间隔空间40所在区域)形成气体通路，而由于电解液的注液孔或排气孔通常设置在正极侧或负极侧，排气方向在极片或隔膜的纵向方向上，因此当电池化成产生气体时，该气体通路不仅有利于小气泡有规律的排出，还能避免因小气泡无法及时排除而聚集形成大气泡，进而导致电解液液位增加，增加负压化成或夹紧化成的失液量的问题，以及正负极片之间因局部区域被撑开而导致缺液、析锂、循环性能变差等问题，保证电池的结构稳定性，并提高其电化学性能和使用寿命；此外，由于电池在充放电循环过程中通常会发生膨胀(如嵌锂或在化成过程中形成SEI膜等)，通过在正极片和隔膜之间形成凹凸结构还可以为电池膨胀提供预留空间，在一定程度上缓解电池的膨胀问题。与现有技术相比，该电池不仅可以减少化成过程中电解液的损失，节约生产成本，还可以避免出现电池表面析锂等问题，能保证电池的结构稳定性，提高其电化学性能尤其是循环性能，并延长其使用寿命，能有效解决或改善现有化成工艺存在的缺陷。
下面参考图1～5对本发明上述实施例的电池进行详细描述。
根据本发明的实施例，参考图2和图3理解，正极片21和隔膜22上形成的多个凸起30的形状和分布方式并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择，只要能够使极片和隔膜之间形成纵向的排气通路即可，例如，位于正极片21表面或隔膜22表面的多个凸起30可以均匀分布或成列分布等，凸起在正极片21或隔膜22上的投影可以为圆形、环形、矩形、梯形或其它多边形等。
根据本发明的一个具体示例，参考图2理解，多个凸起30可以为多个凸起块，多个凸起块可以在正极片21或隔膜22均匀分布，多个凸起块之间形成的间隔空间40可在电池化成中作为纵向排气通道，由此可以使化成产生的小气泡有规律的排出，避免凸起块分布不均导致隔膜和极片之间可能存在大面积紧密贴合进而影响纵向排气通道连续性的问题。根据本发明的再一个具体示例，参考图3理解，多个凸起30可以为多个凸起条，多个凸起条可以在正极片21或隔膜22上成列均匀分布，多个凸起条之间形成的间隔空间40可在电池化成中作为纵向排气通道，优选使凸起条的延伸方向朝向电芯的极耳或注液(排气)孔方向，由此更有利于保持纵向排气通道的在排气方向上的连续性，改善化成排气效果。可以理解的是，本发明中所述的“横向”方向与隔膜或极片的厚度方向一致，“纵向”方向与隔膜或极片的厚度方向垂直，即平行于隔膜或极片表面，纵向方向上的排气通路能够实现与注液孔或排气孔的连通。
根据本发明的实施例，参考图4理解，可以在电池正极片21的两面均设置凸起30，由此每个正极片21和与其相邻的隔膜22之间都会形成纵向的排气通路，电池在化成过程中产生的气体直接进入上述排气通路或通过隔膜上微孔进入上述排气通路，通过抽真空或对电池外部施加一定的压力，可以有效的将化成过程中的气体排出到电池外部。可以理解的是，为保证离子传输，隔膜在其厚度方向是存在有微孔的，该微孔可实现微小气泡通过。根据本发明的实施例，参考图5理解，可以在电池隔膜22与极片接触的表面设有凸起30，极片包括正极片和负极片。电池中，正极片和负极片交替排布，且正极片和负极片之间设有隔膜，电池叠片单元的最外层或卷绕电池的最外层都设有隔膜，通过使电池隔膜与极片接触的表面设置凸起，可以使得隔膜与正负极片之间均会形成纵向的排气通道，减少气体排出阻力，更有利于气泡排出到电池外部。
根据本发明的实施例，位于正极片21上的凸起可以设在正极片的活性物质层上，具体可以通过辊压法实现，例如可以利用辊压方式对正极极片进行波浪压花辊压，辊压模具可以为圆筒形，模具外表面可以设有凸起，例如可以使辊压模具外表面上的凸起呈连续结构且凸起区域内形成有多个间隔分布的凹槽，其中所述凹槽可以为块状或条状等，由此可以在正极活性物质层上形成多个间隔分布的凸起30，且使多个间隔分布的凸起30之间形成凹形连续的间隔空间，由此在化成过程中可以在正极片和隔膜之间形成纵向的排气通路。
根据本发明的实施例，设在隔膜22上凸起30既可以直接形成在隔膜的本体上，也可以在隔膜22本体上形成涂层，通过所述涂层得到多个间隔分布的凸起30，具体地，该涂层可以由多个间隔设在隔膜本体表面的子涂层组成，每个子涂层形成一个凸起。其中，当在隔膜本体表面直接形成凸起30时，可以采用热辊压的方式对隔膜(如PE)进行间隔式辊压，其中热辊压的模具可以为圆筒形，圆筒形外表面与预设的隔膜表面结构及化成排气通道相互匹配；当在隔膜22本体上形成涂层来得到凸起结构时，可以在隔膜表面间隔式喷涂涂层或点涂，利用涂层形成凸起，其中涂层厚度与凸起的高度一致。可以理解的是，隔膜涂层的组成并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择，例如可以为陶瓷涂层或聚合物弹性体涂层等，考虑到隔膜涂层可能会对离子传输路径、电池内阻等性能产生不利影响，可以优选在隔膜涂层中添加适量可提高离子导电率、降低隔膜与极片之间的界面阻抗等的组分。
根据本发明的实施例，在隔膜本体上形成的涂层可以陶瓷涂层，陶瓷涂层中可以包括快离子导体，由此可以显著提高陶瓷涂层的离子电导率，降低隔膜和极片之间的界面阻抗，避免或显著降低因涂层导致离子传输路径变长或界面阻抗变大等问题而对电池电化学性能产生的负面影响。根据本发明的一些具体示例，陶瓷涂层的组成可以包括金属氧化物和粘结剂，其中，金属氧化物与粘结剂的质量比可以为(0.1-9.9)：(9.9-0.1)，例如可以为0.1/9.9、0.5/9.5、1/9、1.5/8.5、2/8、2.5/7.5、3/7、3.5/6.5、4/6、4.5/5.5、5/5、5.5/4.5、6/4/6.5/3.5、7/3、8/2、9/1或9.9/0.1等，考虑到金属氧化物含量过多可能会影响涂层的粘结强度，还可以优选使金属氧化物与粘结剂的质量比不大于8/2；进一步地，金属氧化物可以包括选自Al2O3、ZrO2和LLZTO(钽掺杂锂镧锆氧)中的至少之一，粘结剂可以优选为PVDF(聚偏氟乙烯)，通过选用上述金属氧化物，更有利于提高隔膜的热稳定性、机械强度和润湿性，特别是当金属氧化物中包括LLZTO时，还可以进一步提高隔膜的离子导电率，同时，可以使陶瓷涂层可以抗更高的电压，降低隔膜的电化学腐蚀。需要说明的是，本发明中金属氧化物的粒径可以优选为纳米级，例如可以不大于200nm或100nm，由此更有利于提高陶瓷涂层的平整性。
根据本发明的实施例，在隔膜本体上形成的涂层可以聚合物弹性体涂层，其中，聚合物弹性体涂层具有一定的弹性，当电池在充放电循环过程中发生膨胀后，会对凸起产生一定的挤压，聚合物弹性体涂层在挤压作用下厚度会逐渐减小(直至被压平)，使隔膜和极片之间的间距逐渐减小直至完全接触，由此既可以在一定程度上缓解电池的膨胀，还有利于化成后隔膜和极片的充分接触，保证较高的离子传导率；退一步讲，即便聚合物弹性体涂层无法被压平，部分隔膜和极片在聚合物弹性体涂层厚度减薄后仍无法充分接触，由于虹吸效应，电池在后续使用过程中也能吸收存储电解液，不会产生缺液问题。根据本发明的一些具体示例，聚合物弹性体涂层的组成可以包括选自PVDF(聚偏氟乙烯)、聚酰乙烯和聚四氟乙烯中的至少之一，为进一步提高聚合物弹性体涂层的粘结性能，还可以优选使聚合物弹性体涂层为PVDF与聚酰乙烯和/或聚四氟乙烯的复合涂层或纯PVDF涂层。
根据本发明的实施例，本发明中电池隔膜22的厚度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择，优选隔膜22的厚度可以为13～23μm，例如可以为15μm、17μm、19μm或21μm等。在相同条件下，隔膜厚度越厚，在电池中的厚度或体积占比越大，相应电池容量就会降低，同时在隔膜孔隙率确定的情况下，隔膜厚度越厚，离子传输路径更长，且隔膜的透气率也会变差，使得电池的内阻增高，电化学性能下降；但是另一方面，隔膜厚度变大时其抵抗穿刺的能力也相应提高，会提高电池的安全性。本发明中通过控制电池隔膜厚度为上述范围，可以同时兼顾电池的安全性能和电化学性能，在保证隔膜生产可靠性和电池安全性的前提下，使电池具有较高的电池容量和较低内阻。
根据本发明的实施例，凸起30的高度可以不小于1μm，且不大于隔膜22厚度的1/2。发明人发现，当凸起的高度过小时，隔膜和极片之间的间距过小难以在隔膜和极片的纵向方向上形成连续、有效的排气通路，影响化成过程中的排气效果；而当凸起的高度过大时，一方面，会导致隔膜和极片之间非接触区域的间距过大，极易导致该非接触区域出现电解液缺液，造成电池析锂等问题，另一方面，在后续充放电循环过程中，过高厚度的凸起在电池膨胀力的挤压作用下，很难维持隔膜和极片之间间距或接触面的均匀性，容易出现局部缺液或界面阻抗不均匀等的问题，影响电池的电化学性能；再者，当通过辊压方式在隔膜本体上形成凸起时，在隔膜双面设置凸起的前提下，过高的凸起高度还可能会导致隔膜局部强度显著变差，耐枝晶刺穿的能力不足，导致电池的安全性显著下降。本发明中通过控制凸起高度为上述范围，不仅可以在隔膜和极片的纵向方向上形成较好的排气通路，保证化学排气效果，还可以避免出现缺液和析锂的问题，同时，还可以保证隔膜强度，并更有利于凸起结构在电池膨胀过程中被均匀压平或厚度显著降低，从而既能缓解电池膨胀产生的内应力，还有利于隔膜和极片的均匀接触，当凸起被压平时，极片和隔膜之间的电解液可以均匀分布；而由于凸起厚度较小，即便凸起不能被完全压片，也能在极片和隔膜之间形成虹吸效果，不会出现缺液问题。需要说明的是，本发明中凸起的“高度”方向与极片或隔膜的厚度方向一致。
根据本发明的实施例，位于正极片21表面或位于隔膜22表面上的相邻两个凸起30的间距可以不小于1μm。发明人发现，若当相邻两个凸起的间距过小时，同样难以在隔膜和极片的纵向方向上形成连续、有效的排气通路，影响化成过程中的排气效果；优选地，位于正极片21表面或位于隔膜22表面上的相邻两个凸起30的间距还可以优选不大于隔膜的厚度，若凸起的间距过大，由于极片和隔膜厚度较薄且长宽尺寸较大，隔膜和极片整体较软，过大的凸起间距难以保证凸起间隔区域的极片和隔膜均能形成间隔空间，无法保证排气通路的连续性和均匀性，且即便凸起间隔区域的极片和隔膜不接触，也难以确保极片和隔膜之间间距的均匀性，同样可能出现局部缺液等问题，本发明中通过控制凸起间距为上述范围，不仅更有利于形成连续、有效的排气通路，保证化成排气效果，还有利于提高电池结构的均匀性和电化学性能的稳定性。
需要说明的是，本发明中所述的电池的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择，例如，该电池既可以为电芯，也可以为由电芯组装得到的电池模组或电池包；再例如，既可以为卷绕电池，也可以为叠片电池；再例如，该电芯既可以为软包电芯，也可以为金属壳体封装的电芯。
基于同样的发明构思，在本发明的再一个方面，本发明提出了一种制备电池的方法。根据本发明的实施例，结合图6理解，该方法包括：S100：在正极片和隔膜中至少之一的至少一面上形成多个间隔分布的凸起；S200：对正极片、负极片和隔膜进行叠片或卷绕；S300：将叠片体或卷绕体置于电池壳体中进行密封。需要说明的是，该制备电池的方法与上述电池是基于同样的发明构思提出的，针对上述电池所描述的特征及效果同样适用于该制备电池的方法，此处不再一一赘述。可以理解的是，该制备电池的方法也可以用于制备上述电池。总的来说，该方法不仅改进工艺简单，有利于实现工业化生产，而且制备得到的电池能够减少化成时电解液的损失，提高化成效果，同时还可以避免因化成过程中排气受阻导致气泡集结，影响电池结构进而导致电池表面析锂等问题，提高电池的循环性能和使用寿命。
根据本发明的实施例，在步骤S100中，可以采用辊压法在隔膜表面和/或正极片表面形成多个间隔分布的凸起，辊压方式可以分别采用间隔式辊压或波浪印花辊压等。其中，针对隔膜进行的辊压工艺、针对正极片进行的辊压工艺及辊压模具的选择等内容已经在前述部分做了详细描述，此处不再赘述。另外，位于隔膜表面或正极片表面的凸起形状及分布方式也在前述部分做了说明，此处不再赘述。
根据本发明的实施例，步骤S100中，还可以在隔膜本体表面形成间隔式分布的涂层，得到多个间隔分布的凸起。其中，涂层的形成工艺、涂层的厚度、涂层的组成等内容已经在前述部分做了详细描述，此处不再赘述。
根据本发明的实施例，制备该电池的方法还包括：S400：向密封得到的电芯中注入电解液并进行电芯化成。其中，结合图7理解，实施电芯化成的装置可以包括：第一集液罐11、出液管和第二集液罐16，其中，第一集液罐11与电芯注液孔12相连；出液管包括第一支管13和第二支管14，第二支管14与第一支管13连通并高于第一支管13设置，第一支管13与第一集液罐11连通，第二支管14水平设置并与抽真空设备相连，第一支管13上设有第一阀门15；第二集液罐16高于第一集液罐11布置，且第二集液罐16的上部与第二支管14连通，第二集液罐16的底部通过回液管17与第一支管13连通，回液管17上设有第二阀门18，且回液管17与第一支管13的连通位置低于第一阀门15。采用该化成装置既可以顺利排气，还可将化成过程中排出的电解液再回流至电芯内，进一步降低电解液的损耗。
根据本发明的实施例，结合图7理解，步骤S400可以进一步包括：S410：向电芯中注入电解液；S420：使第一集液罐11与电芯的注液孔12相连，依次打开第一阀门15和抽真空设备，利用第一集液罐11和第二集液罐16收集从电芯中排出的电解液；S430：通过集液罐和出液管中的液位变化和状态判断是否排气完成；S440：排气完成后关闭第一阀门15并打开第二阀门18，同时关闭或调节抽真空设备的压力值直至位于第二集液罐16中的电解液能够回流至第一支管13，以便实现电解液的回流，电解液回流完成后移去实施电芯化成的装置并对电芯注液孔进行密封，得到最终电池。其中，步骤S440中，优选调节抽真空设备的压力值使第二支管14和第二集液罐16内维持微负压，同时能实现电解液的回流，由此可以进一步保证气体的充分排出，避免电解液在回流过程中再次引入微量气体。综上，采用该化成方法，能够在电池化成过程中将从电芯排出的电解液暂存，待化成结束后，将排出的电解液再回流至电池内部，且在该回流过程不会引入气泡，此过程可以进一步降低化成过程中电解液的损耗。
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。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。
实施例1
制备3.2V、280Ah的方壳电池：
S100：在PE隔膜两侧上分别间隔式喷涂涂层形成多个间隔分布的凸起，隔膜厚度为14μm，其中单侧凸起高度为2μm，(涂层)凸起的组成为纳米级氧化铝和PVDF，二者的质量比为1:1，多个涂层凸起在隔膜上均匀分布，相邻两个涂层凸起之间的间距为10μm；
S200：对正极片、负极片和隔膜进行卷绕，其中正极极片活性物质包括LFP(磷酸铁锂)、PVDF和导电剂SP，其中LFP、PVDF和SP的质量比为97：2：1，箔材为铝箔，厚度为160μm；负极极片包括石墨、粘结剂和导电剂，其中石墨、粘结剂和导电剂的质量比为97：2：1，箔材为铜箔，厚度为120μm；正负极为锂离子电池通用制备方法。
S300：将卷绕体置于电池壳体中进行密封；
S400：向密封得到的电芯中注入电解液，并进行电芯化成，其中，电解液中LiPF6(六氟磷酸锂)和DMC(碳酸二甲酯)质量比为1：7。采用图7所示的化成装置，其中化成操作包括：向电芯中注入电解液；使第一集液罐与电芯的注液孔相连，依次打开第一阀门和抽真空设备，利用第一集液罐和第二集液罐收集从电芯中排出的电解液；通过集液罐和出液管中的液位变化和状态判断是否排气完成；排气完成后关闭第一阀门并打开第二阀门，同时调节抽真空设备的压力值(保持微负压状态)直至位于第二集液罐中的电解液能够回流至第一支管，实现电解液的回流，电解液回流完成后移去电芯化成的装置并对电芯注液孔进行密封。
实施例2
与实施例1区别在于，单侧凸起高度为1μm。
实施例3
与实施例1区别在于，单侧凸起高度为6μm。
实施例4
与实施例1区别在于：
S100：采用辊压方式对正极片进行波浪压花辊压，在正极片两侧的活性物质层上分别形成多个间隔分布的凸起，正极片的总厚度为160μm，单侧凸起高度为2μm，正极极片活性物质包括LFP、PVDF和SP，其中LFP、PVDF和SP的质量比为97：2：1，厚度为144μm，多个凸起在正极片表面上均匀分布分布，相邻两个涂层凸起之间的间距为10μm。
实施例5
与实施例1区别在于，(涂层)凸起的组成仅为PVDF。
实施例6
与实施例1区别在于，采用普通负压化成装置进行电芯化成。
对比例1
与实施例1区别在于，单侧凸起高度为8μm。
对比例2
与实施例1区别在于，单侧凸起高度为0.5μm。
对比例3
与实施例1区别在于，PE隔膜的厚度为18μm，隔膜上未设置凸起。
对比例4
与实施例1区别在于，PE隔膜的厚度为18μm，隔膜上未设置凸起，且采用普通负压化成装置进行电芯化成。
对比例5
与实施例1区别在于，PE隔膜的厚度为14μm，隔膜两侧上均形成连续的涂层，单侧涂层厚度为2μm，且采用普通负压化成装置进行电芯化成。
在相同检测条件下对实施例1～6以及对比例1～5制得的电池进行测试：
1、测试实施例与对比例化成前后的电解液保存量，对比实施例和对比例电池减少化成失液的情况，测试结果如表1所示；
2、将以上对比例和实施例电池拆解，检测界面析锂情况，测试结果如表1所示；
3、测试电池的循环保持率，测试结果如表1所示。
结果与结论：
结合实施例1～6、对比例1～5和表1可知，采用本发明上述实施例的技术方案，通过在隔膜或极片上设置凸起，可以降低电解液的失液量，避免化成过程中因为小气泡无法及时排除而聚集形成大气泡，进而导致电解液液位增加导致失液量增加的问题，以及进而导致的电极因局部区域被撑开而导致缺液、析锂、循环性能变差等问题；另外，随凸起高度的增加，化成过程中的失液量也越少；此外，通过采用本发明中上述实施例中的化成装置，还可以将化成过程中排出的电解液重新回用于电池中，提高电解液的利用率。需要说明的是，对比例2和对比例3中电解液的设备回收量大的原因在于，凸起高度较低或未设置凸起导致化成时气泡无法及时排除而导致排出的电解液增加，而采用本申请上述实施例中的化成装置可实现排出的电解液继续回用。
表1实施例1～6及对比例1～5的测试结果
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种电池，其特征在于，包括正极片、负极片和隔膜，所述正极片和所述隔膜中至少之一的至少一面上设有多个间隔分布的凸起，多个所述凸起在所述电池化成时可形成平行于极耳延伸方向的排气通道。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述正极片的两面均设有所述凸起；或者，所述隔膜与极片接触的表面设有所述凸起，所述极片包括正极片和负极片。
3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，位于所述正极片表面或所述隔膜表面的多个所述凸起均匀分布；和/或，
位于所述正极片表面或所述隔膜表面的多个所述凸起成列分布，每列所述凸起包括至少一个所述凸起，每列所述凸起的布置方向平行于极耳的延伸方向。
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述正极片上设有所述凸起，所述凸起位于所述正极片的活性物质层上。
5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述隔膜上设有所述凸起，所述凸起位于所述隔膜的本体上；或者，所述隔膜包括隔膜本体和间隔设在所述隔膜本体表面的涂层，所述涂层形成所述凸起。
6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述涂层为陶瓷涂层或聚合物弹性体涂层；
任选地，所述涂层包括离子导体；
任选地，所述陶瓷涂层包括金属氧化物和粘结剂，其中，所述金属氧化物与所述粘结剂的质量比为(0.1-9.9)：(9.9-0.1)，所述金属氧化物包括选自Al2O3、ZrO2和LLZTO中的至少之一，所述粘结剂包括PVDF；
任选地，所述聚合物弹性体涂层包括选自PVDF、聚酰乙烯和聚四氟乙烯中的至少之一。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的电池，其特征在于，满足以下条件中的至少之一：
所述凸起的高度不小于1μm，且不大于所述隔膜厚度的1/2；
所述隔膜厚度为13～23μm；
位于所述正极片表面或所述隔膜表面上的相邻两个所述凸起的间距不小于1μm。
8.一种制备电池的方法，其特征在于，包括：
S100：在正极片和隔膜中至少之一的至少一面上形成多个间隔分布的凸起；
S200：对所述正极片、负极片和所述隔膜进行叠片或卷绕；
S300：将叠片体或卷绕体置于电池壳体中进行密封。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电池为权利要求1～7中任一项所述的电池；
还包括：S400：向密封得到的电芯中注入电解液并进行电芯化成；
任选地，步骤S100中，采用辊压法在所述隔膜表面和/或所述正极片表面形成多个间隔分布的凸起；
任选地，步骤S100中，在所述隔膜本体表面形成间隔式分布的涂层，得到多个间隔分布的凸起；
任选地，步骤S400中，实施所述电芯化成的装置包括：
第一集液罐，所述第一集液罐与电芯注液孔相连；
出液管，所述出液管包括第一支管和第二支管，所述第二支管与所述第一支管连通并高于所述第一支管设置，所述第一支管所述第一集液罐连通，所述第二支管水平设置并与所述抽真空设备相连，所述第一支管上设有第一阀门；
第二集液罐，所述第二集液罐高于所述第一集液罐布置，且所述第二集液罐的上部与所述第二支管连通，所述第二集液罐的底部通过回液管与所述第一支管连通，所述回液管上设有第二阀门，且所述回液管与所述第一支管的连通位置低于所述第一阀门。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤S100中，所述辊压法为间隔式辊压或波浪压花辊压；
任选地，步骤S400包括：
S410：向所述电芯中注入电解液；
S420：使所述第一集液罐与所述电芯的注液孔相连，依次打开所述第一阀门和所述抽真空设备，利用所述第一集液罐和所述第二集液罐收集从电芯中排出的电解液；
S430：通过集液罐和出液管中的液位变化和状态判断是否排气完成；
S440：排气完成后关闭所述第一阀门并打开所述第二阀门，同时关闭或调节所述抽真空设备的压力值直至位于所述第二集液罐中的电解液能够回流至所述第一支管，以便实现电解液的回流。
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