一种卷绕锂离子电池及其制备方法与流程

1.本发明涉及电池制备的技术领域，特别涉及一种卷绕锂离子电池及其制备方法。


背景技术：

2.随着电芯能量密度要求年年提高，设备自动化水平不断提高，电芯尺寸越来越大，导致采用电芯卷绕工艺生产的电芯出现起拱变形的异常。该异常容易导致电芯安装尺寸受到干涉，电芯性能受到影响，甚至引发安全事故。
3.目前，半自动卷绕生产工艺采用在卷绕过程中插入异形绝缘片，卷绕完手动拔出，根据实际插入1-5个异形绝缘片，这种工艺可以解决电芯起拱变形，但是带来抽离异形绝缘片部分存在一个大的空洞，这个空洞一般体现在电芯转折处，出现正负极片不是紧密接触，电解液不足的异常现象，循环使用过程中该处容易产生析锂等，存在严重的安全隐患。
4.全自动卷绕工艺目前对这个问题的临时解决方案有三种：一是借鉴了半自动卷绕插片作业的技术路线，在全自动卷绕机的卷针上做插片处理，这样生产的电芯还是存在空洞现象。二是采用降低隔膜张力和变卷速等卷绕，部分解决电芯起拱，对薄电芯有效，厚度超过8mm的卷芯全自动卷绕依然存在起拱变形。三是采用涂覆pvdf隔膜，采用热压化成生产工艺，高温高压力控制，部分解决电芯变形起拱，循环几周或几十周后还是出现变形起拱。卷芯的变形起拱成了锂离子电芯卷绕工艺的行业难题。
5.为此，我们提出了一种卷绕锂离子电池及其制备方法。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于提供一种卷绕锂离子电池及其制备方法，具有预留出电池的内部膨胀空间、解决电池制造和使用过程的变形起拱的优点。
7.为实现上述目的，本发明提供了一种卷绕锂离子电池制备方法，方法步骤如下：配制易去除物质溶液，在电池正极片、电池负极片及隔膜其中至少一个上涂布一涂覆厚度为1～10um且涂覆质量为0.5g/m
2-15g/m2的易去除物质溶液，将涂覆后的电池正极片、电池负极片及隔膜进行电池卷绕工艺处理，再去除卷绕完成后的电池内的易去除物质。其中，隔膜为pp膜、pe膜、涂覆氧化铝或或勃姆石的pp膜、涂覆氧化铝或勃姆石的pe膜、pp与pe复合膜、涂覆氧化铝或勃姆石的pp与pe复合膜。优选的，电池正极片厚度范围为80-145um，电池负极片厚度范围为80-150um，隔膜厚度范围为6-40um。
8.优选的，所述易去除物质溶液配制方法：碳酸乙烯酯、萘、联苯、1,3-丙磺酸内酯的一种或几种混合为溶质，乙醇、甲醇、甲苯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、n-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺的一种或几种混合为溶剂，将溶质加入到溶剂中搅拌溶解或加热搅拌溶解得到。易去除物质室温下是固态的。
9.优选的，当易去除物质溶液为单一易去除物质与溶剂混合时，碳酸乙烯酯与溶剂的质量比为1:1～10，或萘与乙醇的质量比为1:1～10，或联苯与乙醇的质量比为1:1～10,或1,3-丙磺酸内酯与溶剂的质量比为1:1～10。
10.优选的，当易去除物质溶液为多种易去除物质与乙醇混合时，碳酸乙烯酯：萘：联苯：1,3-丙磺酸内酯：乙醇的质量比为0～5：0～5：0～5：1～20。
11.优选的，采用微凹版涂布工艺将易去除物质溶液进行涂覆。微凹版印刷工艺具体为：配置好易去除物质溶液，通过微凹版印刷辊把溶液涂覆到隔膜、正极片或负极片上，然后通过烘箱除去乙醇溶剂，一分钟可以印刷涂覆10-50米。
12.优选的，采用喷雾涂布工艺将易去除物质溶液进行涂覆。喷雾涂布工艺具体为：配置好易去除物质溶液，通过喷雾涂布方式把溶液涂覆到隔膜、正极片或负极片上，然后通过烘箱除去乙醇溶剂，一分钟可以喷雾涂覆10-50米。
13.优选的，去除卷绕完成后的锂离子电池内的易去除物质的去除方法为抽真空干燥处理、加热干燥处理的一种或两者结合。其中，抽真空干燥处理方法为一次去除或两次去除。
14.具体的，一次去除方法为：将卷绕好电芯装入周转盒，然后将周转盒放入真空干燥箱抽真空干燥去除容易去除物质，抽真空干燥参数：真空度10000pa～1pa，温度：50-130℃，时间：0.1-36h。一次去除方法可以将易去除物质大部分去除。
15.两次去除方法为：将卷绕好电芯装入周转盒，然后将周转盒放入真空干燥箱抽真空干燥去除容易去除物质，抽真空干燥参数：真空度10000pa～1pa，温度：50-130℃，时间：0.1-10h，电芯注液前进行真空干燥，抽真空干燥参数：真空度1000pa～1pa，温度：50-130℃，时间：2-24h。两次去除方法可以将易去除物质全部去除。
16.优选的，易去除物质去除为全部去除或部分去除，部分去除后剩余易去除物质转化为电池内部有用物质或惰性物质。其中，且添加的碳酸乙烯酯、联苯等物质是电解液里面的成分，剩余易去除物质为微量残留，不会影响电池的性能。且，该本方案中的碳酸乙烯酯、萘、联苯、1,3-丙磺酸内酯价格便宜，成本较低。
17.优选的，所述隔膜为pp膜、pe膜、涂覆氧化铝或勃姆石pp膜、涂覆氧化铝或勃姆石pe膜、pp与pe复合膜、涂覆氧化铝或勃姆石pp与pe复合膜。
18.优选的，所述卷绕工艺为全自动卷绕或半自动卷绕。
19.一种根据上述制备方法制得的锂离子电池，包括顺序卷绕的电池正极片、电池负极片以及置于所述电池正极片与所述电池负极片之间的隔膜，所述电池正极片、所述电池负极片及所述隔膜其中至少一个涂布有易去除物质溶液。
20.现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的卷绕锂离子电池制备方法采用在电池正极片、电池负极片及隔膜其中至少一个上涂布一易去除物质溶液，卷绕后去除易去除物质，从而预留出电池的内部膨胀空间，控制电池的变形起拱，解决了电池制造和使用过程中变形起拱；且本发明中的易去除物质较为便宜，成本较低，工艺简单，可快速产业化。
具体实施方式
21.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
22.实施例1
23.将碳酸乙烯酯与乙醇的按照质量比为1:10搅拌溶解成易去除物质溶液，采用微凹
版涂布工艺在120um厚度的电池正极片上涂布一涂覆厚度为10um且涂覆质量为10g/m2的易去除物质溶液，将涂覆后的电池正极片与电池负极片及pe膜进行电池卷绕工艺处理，电池负极片的厚度为120um，pe膜的厚度为16um；将卷绕好电芯装入周转盒，然后将周转盒放入真空干燥箱抽真空干燥去除容易去除物质，抽真空干燥参数：真空度1000pa，温度：50℃，时间：36h。
24.实施例2
25.将萘与乙醇的按照质量比为1:5搅拌溶解成易去除物质溶液，采用微凹版涂布工艺在厚度为140um的电池负极片上涂布一涂覆厚度为5um且涂覆质量为5g/m2的易去除物质溶液，将涂覆后的电池负极片与电池正极片及涂覆氧化铝的pe膜进行电池卷绕工艺处理，电池正极片的厚度为145um，涂覆氧化铝的pe膜的厚度为20um；将卷绕好电芯装入周转盒，然后将周转盒放入真空干燥箱抽真空干燥去除容易去除物质，抽真空干燥参数：真空度1pa，温度：130℃，时间：1h。
26.实施例3
27.将联苯与乙醇的按照质量比为1:3搅拌溶解成易去除物质溶液，采用微凹版涂布工艺在厚度为25um的pp与pe复合膜上涂布一涂覆厚度为4um且涂覆质量为3g/m2的易去除物质溶液，将涂覆后的pp与pe复合膜与电池正极片及电池负极片进行电池卷绕工艺处理，电池正极片的厚度为100um，电池负极片厚度为120um；将卷绕好电芯装入周转盒，然后将周转盒放入真空干燥箱抽真空干燥去除容易去除物质，抽真空干燥参数：真空度500pa，温度：80℃，时间：24h。
28.实施例4
29.将碳酸乙烯酯、联苯与乙醇按照质量比为1:1:5搅拌溶解成易去除物质溶液，采用喷雾涂布工艺在电池正极片、电池负极片及涂覆氧化铝的pp膜上均涂布一涂覆厚度为1um且涂覆质量为0.5g/m2的易去除物质溶液，将涂覆后的电池正极片、电池负极片及涂覆氧化铝的pp膜进行电池卷绕工艺处理，电池正极片厚度为130um，电池负极片厚度为140um，隔膜厚度为35um；将卷绕好电芯装入周转盒，然后将周转盒放入真空干燥箱抽真空干燥去除容易去除物质，抽真空干燥参数：真空度200pa，温度：100℃，时间：5h。
30.实施例5
31.将碳酸乙烯酯、萘：联苯：1,3-丙磺酸内酯：乙醇按照质量比为2:2:3:1：20搅拌溶解成易去除物质溶液，采用喷雾涂布工艺在电池正极片、电池负极片及涂覆勃姆石的pe膜上均涂布，涂覆厚度为2um且涂覆质量为15g/m2的易去除物质溶液，将涂覆后的电池正极片、电池负极片及涂覆勃姆石的pe膜进行电池卷绕工艺处理，电池正极片厚度为110um，电池负极片厚度为100um，涂覆勃姆石的pe膜厚度为15um；将卷绕好电芯装入周转盒，然后将周转盒放入真空干燥箱抽真空干燥去除容易去除物质，抽真空干燥参数：真空度300pa，温度：100℃，时间：5h；再次，电芯注液前进行真空干燥，抽真空干燥参数：真空度100pa，温度：90℃，时间：5h。
32.对比实施例
33.将厚度为120um的电池正极片、厚度为16um的第一隔膜、厚度为120um的电池负极片及16um的第二隔膜依次放置，第一隔膜为pe膜，第二隔膜为pe膜，将电池正极片、电池负极片及隔膜进行电池卷绕工艺处理，得到常规隔膜卷芯。
34.下面对实施例1～实施例5及对比实施例进行性能测试比较：
35.(1)卷绕后真空烘烤测试
36.实施例1～实施例5测试结果：卷芯厚度未见增长，卷芯无明显起拱，隔膜张力较小；对比实施例测试结果：卷芯厚度未见增长，卷芯有起拱现象，隔膜紧绷，张力较大。
37.(2)内阻测试
38.实施例1～实施例5测试结果：注液、化成、成型及夹具加压老化过程中的内阻测试均显示很好的平整性；对比实施例测试结果：除了在注液过程中平整性好，在化成、成型及夹具加压老化过程中的内阻测试均有轻微起拱现象。
39.(3)分容测试
40.实施例1～实施例5测试结果：分容后平整度平整，并无起拱现象；对比实施例测试结果：分容后平整度明显变差，电芯起拱。
41.(4)夹具加压老化后分容测试
42.实施例1～实施例5测试结果：分容后平整度平整，并无起拱现象；对比实施例测试结果：分容后平整度明显起拱。
43.(5)循环测试
44.实施例1～实施例5测试结果：循环300周后平整度平整，并无起拱现象；对比实施例测试结果：循环300周后平整度明显变差，电芯严重起拱。
45.综上所述，本发明制得的卷绕锂离子电池将易去除物质涂覆于卷芯内，并卷绕完成后对易去除物质进行去除，从而预留出电池的内部膨胀空间，控制电池的变形起拱，解决了电池制造和使用过程中变形起拱；且本发明中的易去除物质较为便宜，成本较低，工艺简单，可快速产业化。
46.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。