CN117525614A - 一种锂电池电芯的制备方法及锂电池电芯 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种锂电池电芯的制备方法及锂电池电芯，先在隔膜的上表面和下表面上分别涂覆粘结剂；然后将涂覆有粘结剂的隔膜加热到70℃以上，加热后将涂覆有粘结剂的隔膜分别与锂负极的上表面和下表面贴合，隔膜将锂负极完全包覆，形成复合电极材料；最后将正极片设置在复合电极材料其中一侧的隔膜上，得到锂电池电芯。该锂电池电芯的制造方法将锂负极与空气隔绝，使得锂负极在空气中即可与正极材料贴合，降低了锂负极与正极材料的叠片环境要求；相比于传统的叠片方法，减少了对贴合前对锂负极的裁切和叠片过程，提高了生产效率，简化了生产流程，降低了裁切过程中产生的裁切毛刺，也降低因毛刺导致后续成品电池短路的风险。

Description

一种锂电池电芯的制备方法及锂电池电芯

技术领域

本发明涉及锂电池制造技术领域，尤其涉及一种锂电池电芯的制备方法及锂电池电芯。

背景技术

锂电池的电芯由正极片与负极片、隔膜构成，传统叠片方式为叠片前先将正极、负极卷料通过激光或五金切割等方式，切成特定尺寸的极片，叠片时正负极片分别穿插于隔膜之中，叠在一起，最后胶带捆绑定型，在叠片成型后成为一个扁平的立方体，其中极片和隔膜相接触，极片和隔膜之间没有肉眼可见间隙，由于锂金属极易和空气和水发生化学反应，此种叠片方式需要在惰性氛围，例如如手套箱，中进行叠片，对生产环境要求极高，设备也需要放置在惰性氛围中维护，不适合大批量生产。

中国专利CN115000526A公开了一种电芯叠片结构、制备方法及电化学装置，先将涂层覆盖在隔膜上，按照一定宽度裁切隔膜、正极片和负极片，将裁切后的负极片加热并辊压至粘结隔膜上，形成第一复合体，将裁切完成的正极片预热并辊压至第一复合体的粘结隔膜的另一侧面形成第二复合体；按照隔膜的延伸方向使得第一复合体和第二复合体胶体排列；再依次将为贴合粘结隔膜的负极层一面和相邻的正极层的粘结隔膜侧面贴合，将未贴合的正极层一面与相邻的负极层的粘结隔膜侧面贴合，负极层和正极层交替堆叠设置，设置完成后进行热压制成电芯叠片结构，在该制备方法中，由于锂电池负极具有易燃易爆性质，因此整个制备方法对工艺环境要求较高，通常需要在惰性气体环境中进行。

中国专利CN109244554A公开了一种锂离子电池Z字形叠片设备及其工艺，先将正极卷和负极卷进行模切或裁切，然后在隔膜的上表面和下表面分别粘接模切或裁切后的负极片和正极片，其中正极片与负极片交错分布；然后将隔膜与各个负极片和正极片进行热压复合；最后进行Z字形折叠并裁断隔膜，得到最终的锂离子电池；在该制备方法中，由于需要对正极和负极进行裁切，在裁切过程中在负极片或者正极片边缘可能存在裁切后的毛刺，在后续的成品电池应用中存在短路的风险；且在锂电池叠片过程中，锂金属负极暴露在空气中，由于锂活泼的性质，存在较大的安全风险险。

发明内容

针对现有技术中的锂电池电芯制备方式中，正极片、负极片和隔膜需要经过裁切后进行叠加，并且叠加过程对环境要求很高，叠片设备需要在惰性氛围中维护，不适合大批量生产且生产成本较高；提供一种对生产环境要求较低，适合大批量生产，安全隐患小且易于维护设备，生产效率及产品成品率高的锂电池电芯的制备方法及锂电池电芯。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种锂电池电芯的制备方法，包括如下步骤：步骤一：在隔膜的上表面和下表面上分别涂覆粘结剂；步骤二：将涂覆有粘结剂的隔膜加热到70℃以上，加热后将涂覆有粘结剂的隔膜分别与锂负极的上表面和下表面贴合，隔膜将锂负极完全包覆，形成复合电极材料；步骤三：将正极片设置在复合电极材料其中一侧的隔膜上，得到锂电池电芯。

进一步的，隔膜的基底材料为聚乙烯或者聚丙烯，隔膜的厚度范围为8～30um。

进一步的，当隔膜的基底材料为聚乙烯(PE)时，粘结剂的制造材料为硅氧烷或者环氧树脂；当隔膜的基底材料为聚乙烯(PP)时，粘结剂的制造材料为聚氨酯或者氟化钠。

进一步的，位于隔膜上表面的粘结剂的厚度范围为1～10um，位于隔膜下表面的粘结剂的厚度范围为1～10um。

进一步的，位于隔膜上表面的粘结剂的厚度与位于隔膜下表面的粘结剂的厚度相等。

进一步的，粘结剂的制造材料为聚偏二氟乙烯或者聚四氟乙烯。

进一步的，在步骤二中，采用辊压的方式将涂覆有粘结剂的隔膜同时贴合在锂负极的上表面和下表面上，辊压时的压力范围为0.4～5MPa，辊压时的温度范围为70～150℃。

进一步的，在步骤三中，正极片的形状与复合电极材料的形状相对应复合材料为具有S型形状的弯折结构，正极片与所述复合材料交叉重叠设置。

进一步的，在步骤三中，复合材料为绕卷结构，锂正极为绕卷结构，锂正极与复合材料的其中一侧的隔膜相贴合。

本申请还公开了一种通过上述锂电池电芯的制备方法所制备的锂电池电芯，包括多层隔膜、锂负极和锂电池，至少一层隔膜覆盖在锂负极的上表面上，至少一层隔膜覆盖在锂负极的下表面上，多层隔膜能够将锂负极完全包覆；锂正极与位于锂负极其中一个表面上的隔膜相贴合。

本发明所述的一种锂电池电芯的制备方法及锂电池电芯，通过在隔膜的上表面和下表面上分别涂覆具有隔绝水汽功能的涂层，并且将隔膜分别与锂负极的上表面和下表面贴合，将锂负极与空气隔绝，使得由隔膜和锂负极经过加热辊压复合好的复合材料可在空气中与正极材料进行叠片，降低了锂负极与正极材料的叠片环境要求；该制备方法中锂负极可以直接与正极材料进行贴合，相比于传统的叠片方法，减少了对贴合前对锂负极的裁切和叠片过程，提高了生产效率，简化了生产流程，降低了裁切过程中产生的裁切毛刺，从而降低因毛刺导致后续成品电池短路的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式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为本发明所述的锂电池电芯的制备方法的工艺流程图；

图2为本发明所述的一种锂电池电芯的结构示意图；

图3为本发明所述的另一种锂电池电芯的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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做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。

如图1所示，本发明所述的一种锂电池电芯的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：在隔膜的上表面和下表面上分别涂覆粘结剂；

步骤二：将涂覆有粘结剂的隔膜加热到70℃以上，加热后将涂覆有粘结剂的隔膜分别与锂负极的上表面和下表面贴合，隔膜将锂负极完全包覆，形成复合电极材料；

步骤三：将正极片设置在复合电极材料其中一侧的隔膜上，得到锂电池电芯。

本发明所述的一种锂电池电芯的制备方法及锂电池电芯，能够将锂负极与空气隔绝，使得由隔膜和锂负极经过加热辊压复合好的复合材料在空气中即可与正极材料进行叠片，降低了锂负极与正极材料的叠片环境要求；使用该制备方法减少了对贴合前对锂负极的裁切和叠片过程，提高了生产效率，简化了生产流程，降低了裁切过程中产生的裁切毛刺，降低因毛刺导致后续成品电池短路的风险。

其中，在步骤一中，电芯所采用的隔膜为涂胶改性隔膜，具体的，所述隔膜的基底材料为聚乙烯(PE)或者聚丙烯(PP)材料，所述隔膜的厚度范围为8～30um；将具有一定粘结强度的粘结剂，分别完整地涂覆在所述隔膜的上表面和下表面上，所述隔膜上表面涂覆的粘结剂的面积与隔膜上表面面积相等，所述隔膜下表面涂覆的粘结剂的面积与隔膜下表面面积相等，这样能够最大程度地与后续的锂负极相贴合以及包覆，减少锂负极因暴露在空气中发生氧化的风险；其中，为了保证粘结剂有足够粘结强度与锂负极相粘结的同时减少粘结剂对锂电池电芯内阻的影响，位于所述隔膜上表面的粘结剂的厚度范围为1～10um，位于所述隔膜下表面的粘结剂的厚度范围为1～10um，位于所述隔膜上表面的粘结剂的厚度与位于所述隔膜下表面的粘结剂的厚度相等；通过在隔膜表面上涂覆粘结剂，使得后续隔膜能够与锂负极更好地贴合，形成牢固的粘结多层复合材料；进一步的，所述粘结剂具有疏水亲油的功能，由于所述粘结剂除粘结功能外，还具备疏水亲油的功能，当粘结剂与其他材料，例如锂负极材料，前后贴合时，粘结剂能够防止被贴合的材料受到空气以及水蒸气的影响，通过隔绝水汽来保护从而中间的锂负极材料；优选的，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯(PVDF)或者聚四氟乙烯(PTFE)；更优选的，所述粘结剂为具有抗氧化或者耐腐蚀功能的粘结剂，所述粘结剂除了粘结功能外，还具有抗氧化或者耐腐蚀的功能，这样能够防止与之贴合的材料因氧化或者腐蚀而损坏；其中，当所述隔膜的基底材料为聚乙烯(PE)时，所述粘结剂的制造材料为硅氧烷或者环氧树脂；当所述隔膜的基底材料为聚乙烯(PP)时，所述粘结剂的制造材料为聚氨酯或者氟化钠；通过在隔膜上涂覆具有抗氧化或者耐腐蚀功能的粘结剂，实现了粘结效果的同时能够对隔膜和锂负极提供额外的保护，延长材料使用寿命并且适用于多种环境条件下的使用。

当完成在隔膜上表面和下表面涂覆粘结剂后，在步骤二中，将涂覆有粘结剂的隔膜加热到70℃以上，例如70～150℃，使得粘结剂发生微观融化，更好地提高粘结剂的粘结性能，使得粘结剂能够更加紧密牢固的与后续的锂负极贴合并且将锂负极进行包覆保护；完成对粘结剂的加热后，加热后将涂覆有粘结剂的隔膜分别与锂负极的上表面和下表面贴合，形成复合电极材料；具体的，通过加热辊压的方式，将涂覆有粘结剂的隔膜分别贴合在锂负极的上表面和下表面上，具体步骤为：将上下表面均涂覆有粘结剂的隔膜卷料，分别与用于辊压复合的复合机构的上辊和下辊相连，将需要覆盖的锂负极材料卷设置在两个隔膜卷料的中间，用于辊压复合的复合机构的上辊带动涂覆有粘结剂的隔膜卷料转动，用于辊压复合的复合机构的下辊带动涂覆有粘结剂的隔膜卷料转动，锂负极位于两个隔膜卷料的中间并且穿过复合机构的上辊和下辊，当复合机构的上辊和下辊分别带动隔膜卷料转动时，由于锂负极穿过两个隔膜卷料中间，通过调整复合机构的上辊和下辊各自的压力，在隔膜材料上粘结剂的作用下，将涂覆有粘结剂的隔膜材料分别粘结在锂负极材料的上下表面上，结合锂负极表面较强的粘性，隔膜与锂负极紧密贴合组成隔膜/锂负极/隔膜的层叠结构，形成复合材料；在辊压粘结过程中，辊压时的温度为70～150℃，辊压时的压力范围为0.4～5MPa；更具体的，为了完整的将锂负极覆盖住，提高锂负极的稳定性，使得锂负极在空气中也能稳定且不会发生氧化反应，优选的，所述隔膜与所述锂负极相互贴合的表面的面积相等，在将隔膜和锂负极加热和辊压时，所述隔膜和所述锂负极彼此对齐贴合设置，所述隔膜完整覆盖在所述锂负极的表面上，上下两层隔膜将锂负极加在中间完全包覆，从而保护锂负极在空气中也能稳定，避免发生氧化反应而损坏锂负极；由于锂负极已经通过加热辊压的方式，与上表面和下表面上涂覆有粘结剂的隔膜相贴合，形成复合材料，相对于传统的叠片工艺，无需对锂负极进行夹取或者裁剪，减少了锂负极边缘产生因裁剪产生毛刺的风险，也提高了生产效率，简化了生产流程。

在步骤三中，为了使得正极片和步骤二中贴合得到的含有锂负极的复合材料更好地贴合，优选的，所采用的正极片的形状和复合材料的形状相对应，通过裁剪将正极片裁剪为与复合材料形状相对应的形状；之后将正极片通过叠片或者卷绕的方式布置在复合电极材料其中一侧的隔膜上，得到锂电池电芯；

当采用叠片方式时，先将复合材料卷料反复折叠，形成Z型形状的弯折结构，再将裁剪后的正极片交叉设置在Z型形状的弯折结构中，与复合材料交叉重叠设置，叠片后得到具有特定层数的锂电池电芯；

当采用卷绕方式时，将复合材料卷料与正极片卷料对齐贴合，按照螺旋方式进行卷绕，将正极片贴合在复合材料的其中一侧的隔膜上，得到锂电池电芯；

为了使得正极片和复合材料更加紧密的贴合，同时提高贴合过程的贴合效率，优选的，在进行卷绕方式之前，采用辊压的方式时，将复合材料卷料与辊压机的上辊相连，将正极片卷料与辊压机的下辊相连，辊压机的上辊和下辊分别带动复合材料卷料和正极片卷料转动，通过调整辊压机的温度为70～150℃，压力为0.4～5MPa,将正极材料贴合在复合材料其中一侧的隔膜上，然后再将复合材料和正极材料进行卷绕，得到锂电池电芯。

如图2～图3所示；本申请还公开了一种通过上述锂电池电芯的制备方法所制备的锂电池电芯，包括多层隔膜、锂负极1和正极材料2，

至少一层所述隔膜覆盖在锂负极1的上表面上，至少一层所述隔膜覆盖在锂负极1的下表面上，多层所述隔膜能够将所述锂负极1完全包覆；

所述正极材料2与位于所述锂负极1其中一个表面上的所述隔膜相贴合。

其中，所述隔膜由聚乙烯或者聚丙烯制成，所述隔膜的上表面和下表面上分别涂覆有粘结剂，所述粘结剂的厚度范围为1～10um，所述粘结剂具有疏水亲油的功能，通过在所述隔膜上涂覆具有疏水亲油功能的粘结剂，粘结剂能够防止位于多层隔膜中间的所述锂负极发生氧化反应，提高了锂负极在空气中的稳定性，进而降低了锂负极贴合过程中的环境要求；随后通过叠片、卷绕或者辊压的方式，将正极材料贴合在锂负极上的其中一层隔膜上，得到锂电池电芯。

下面结合实施例对本申请所述的锂电池电芯的制备方法作进一步说明

实施例1

步骤一：选取聚乙烯(PE)材料制成的隔膜，在隔膜的上表面和下表面上均涂覆上由聚偏二氟乙烯制成的粘结剂，位于隔膜上表面的粘结剂的厚度为1um，位于隔膜下表面的粘结剂的厚度为1um；位于隔膜上表面的粘结剂的涂覆面积与隔膜上表面面积相等，位于隔膜下表面的粘结剂的涂覆面积与隔膜下表面面积相等；

步骤二：将上表面和下表面均涂覆有粘结剂的隔膜加热到70℃；加热后采用辊压的方式，将涂覆有粘结剂的隔膜分别与锂负极的上表面和下表面贴合，其中锂负极的上表面的面积与相应贴合的涂覆有粘结剂的隔膜的贴合面积相等，锂负极的下表面的面积与相应贴合的涂覆有粘结剂的隔膜的贴合面积相等；隔膜将锂负极完全包覆并形成复合电极材料，其中辊压过程中的温度为70℃，压力为0.4MPa；

步骤三：将正极片裁剪为与复合电极材料表面形状相对应的形状，采用叠片的方式，先将复合材料卷料进行弯折，形成S型形状的弯折结构，再将裁剪后的正极片交叉设置在S型形状的弯折结构中，与复合材料交叉叠片设置，得到锂电池电芯。

实施例2

步骤一：选取聚丙烯(PP)材料制成的隔膜，在隔膜的上表面和下表面上均涂覆上由聚偏二氟乙烯制成的粘结剂，位于隔膜上表面的粘结剂的厚度为5um，位于隔膜下表面的粘结剂的厚度为5um；位于隔膜上表面的粘结剂的涂覆面积与隔膜上表面面积相等，位于隔膜下表面的粘结剂的涂覆面积与隔膜下表面面积相等；

步骤二：将上表面和下表面均涂覆有粘结剂的隔膜加热到80℃；加热后采用辊压的方式，将涂覆有粘结剂的隔膜分别与锂负极的上表面和下表面贴合，其中锂负极的上表面的面积与相应贴合的涂覆有粘结剂的隔膜的贴合面积相等，锂负极的下表面的面积与相应贴合的涂覆有粘结剂的隔膜的贴合面积相等；隔膜将锂负极完全包覆并形成复合电极材料；其中辊压过程中的温度为80℃，压力为3MPa；

步骤三：采用卷绕方式时，将复合材料卷料与正极片卷料对齐贴合，按照螺旋方式进行卷绕，将正极片贴合在复合材料的其中一侧的隔膜上，得到锂电池电芯。

实施例3

步骤一：选取聚乙烯(PE)材料制成的隔膜，在隔膜的上表面和下表面上均涂覆上由聚四氟乙烯制成的粘结剂，位于隔膜上表面的粘结剂的厚度为10um，位于隔膜下表面的粘结剂的厚度为10um；位于隔膜上表面的粘结剂的涂覆面积与隔膜上表面面积相等，位于隔膜下表面的粘结剂的涂覆面积与隔膜下表面面积相等；

步骤二：将上表面和下表面均涂覆有粘结剂的隔膜加热到150℃；加热后采用辊压的方式，将涂覆有粘结剂的隔膜分别与锂负极的上表面和下表面贴合，其中锂负极的上表面的面积与相应贴合的涂覆有粘结剂的隔膜的贴合面积相等，锂负极的下表面的面积与相应贴合的涂覆有粘结剂的隔膜的贴合面积相等；隔膜将锂负极完全包覆并形成复合电极材料；其中辊压过程中的温度为150℃，压力为5MPa；

步骤三：采用辊压的方式时，将复合材料卷料与辊压机的上辊相连，将正极片卷料与辊压机的下辊相连，辊压机的上辊和下辊分别带动复合材料卷料和正极片卷料转动，调整辊压机的温度为150℃，调整辊压机的压力为5MPa，将正极材料贴合在复合材料其中一侧的隔膜上，得到锂电池电芯。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种锂电池电芯的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：在隔膜的上表面和下表面上分别涂覆粘结剂；

步骤二：将涂覆有粘结剂的隔膜加热到70℃以上，加热后将涂覆有粘结剂的隔膜分别与锂负极的上表面和下表面贴合，隔膜将锂负极完全包覆，形成复合电极材料；

步骤三：将正极片设置在复合电极材料其中一侧的隔膜上，得到锂电池电芯。

2.根据权利要求1所述的一种锂电池电芯的制备方法，其特征在于：所述隔膜的基底材料为聚乙烯或者聚丙烯，所述隔膜的厚度范围为8～30um。

3.根据权利要求2所述的一种锂电池电芯的制备方法，其特征在于：当所述隔膜的基底材料为聚乙烯(PE)时，所述粘结剂的制造材料为硅氧烷或者环氧树脂；当所述隔膜的基底材料为聚乙烯(PP)时，所述粘结剂的制造材料为聚氨酯或者氟化钠。

4.根据权利要求1所述的一种锂电池电芯的制备方法，其特征在于：位于隔膜上表面的粘结剂的厚度范围为1～10um，位于隔膜下表面的粘结剂的厚度范围为1～10um。

5.根据权利要求4所述的一种锂电池电芯的制备方法，其特征在于：位于隔膜上表面的粘结剂的厚度与位于隔膜下表面的粘结剂的厚度相等。

6.根据权利要求1所述的一种锂电池电芯的制备方法，其特征在于：所述粘结剂的制造材料为聚偏二氟乙烯或者聚四氟乙烯。

7.根据权利要求1所述的一种锂电池电芯的制备方法，其特征在于：在步骤二中，采用加热辊压的方式将涂覆有粘结剂的隔膜同时贴合在锂负极的上表面和下表面上，加热辊压时的压力范围为0.4～5MPa，加热辊压时的温度范围为70～150℃。

8.根据权利要求1所述的一种锂电池电芯的制备方法，其特征在于：在步骤三中，所述正极片的形状与所述复合电极材料的形状相对应所述复合材料为具有Z型形状的弯折结构，所述正极片与所述复合材料交叉重叠设置。

9.根据权利要求1所述的一种锂电池电芯的制备方法，其特征在于：在步骤三中，所述复合材料为绕卷结构，所述正极材料为绕卷结构，所述正极材料与所述复合材料的其中一侧的隔膜相贴合。

10.根据权利要求1～9中任意一项所述的一种锂电池电芯的制备方法所制备的锂电池电芯，包括多层隔膜、锂负极和正极材料，其特征在于：

至少一层所述隔膜覆盖在锂负极的上表面上，至少一层所述隔膜覆盖在锂负极的下表面上，多层所述隔膜能够将所述锂负极完全包覆；

所述正极材料与位于所述锂负极其中一个表面上的所述隔膜相贴合。