CN108682895A - 一种锂离子电芯的制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子电芯的制作工艺,包括以下步骤：1)制作电芯：将正极片、隔离膜和负极片通过叠片或卷绕的方式制成裸电芯；2)预压：将裸电芯置于密闭空间的下压板上，驱动装置驱动上压板下压以固定待压裸电芯；3)抽气：以≤‑50kPa的负压对密闭空间进行抽气；4)热压：通过加热使裸电芯温度维持在30～200℃，并以0.1～10MPa的压力对裸电芯施压3～300s；5)成型：使上压板上升，取出热压成型的裸电芯。本发明在热压成型过程增加抽气处理步骤，使极片与隔离膜接触更加均匀一致，从而避免充电界面黑斑，降低因析锂带来的内短路等安全风险，并提升电池充放电循环中的容量保持性能，使电池循环寿命提升20％以上。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电芯的制作工艺。
背景技术
循环寿命和安全性能是锂离子电池的两个重要性能指标。其中，电池循环寿命缩短的一个主要因素是电芯变形，尤其是卷绕型结构的锂离子电芯，随着电池不断地循环充放电，其正负极片厚度增加，卷芯内部应力增大而导致电芯变形。目前，行业内普遍的做法是在隔膜表层涂覆粘性功能涂层，并通过加热或加压等方式使隔膜与正负极片起到良好的粘接效果，从而解决电池循环过程中的变形问题。
然而，该做法存在以下缺陷：如图1所示，隔膜1的粘性涂层2厚度不均匀，同时正负极片也存在厚度波动，这样卷绕时隔膜偏厚位置会与极片3粘接形成密闭区域4，造成气体残留；这样，充电时阳极界面易在储气位置形成黑斑、锂枝晶，消耗电解液速度加快，导致电池循环容量快速衰减；此外，锂枝晶堆积到一定程度会刺破隔膜造成电池内短路，影响电池安全性能。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种锂离子电芯的制作工艺，该工艺除能够防止电芯循环变形外，还可降低因隔膜涂覆厚度差异造成的电芯界面不均匀性，有效提高电池循环性能和安全性能。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种锂离子电芯的制作工艺，包括以下步骤：
步骤1)、制作电芯：将正极片、隔离膜和负极片通过叠片或卷绕的方式制成裸电芯；
步骤2)、预压：将裸电芯置于密闭空间的下压板上，驱动装置驱动上压板下压以固定待压裸电芯；
步骤3)、抽气：以≤-50kPa的负压对密闭空间进行抽气；
步骤4)、热压：通过加热使裸电芯温度维持在30～200℃，并以0.1～10MPa的压力对裸电芯施压3～300s；
步骤5)、成型：使上压板上升，取出热压成型的裸电芯。
相比于现有技术，本发明的制作工艺在对裸电芯进行热压成型时，通过增加抽气处理步骤，使极片和隔离膜之间的残留气体去除，再进行热压，这样能使极片与隔离膜接触更加均匀一致，从而防止电芯充电出现界面黑斑和析锂问题，有效提升电池的循环寿命和安全性能。
作为本发明锂离子电芯的制作工艺的优选方案，步骤2)中，所述裸电芯在预压前采用45～100℃的高温烘烤5min～24h，以使裸电芯内部受热均匀，同时缩短加压时间，提升生产效率。
作为本发明锂离子电芯的制作工艺的优选方案，步骤2)中，所述驱动装置为电机、气压缸或液压缸。
作为本发明锂离子电芯的制作工艺的优选方案，步骤3)中，所述抽气的时间为2～20s。
作为本发明锂离子电芯的制作工艺的优选方案，步骤4)中，施压的压力大小为0.5～10MPa。
作为本发明锂离子电芯的制作工艺的优选方案，步骤4)中，施压方式包括恒压施压和变压施压。其中，恒压施压即保持加压参数恒定，变压施压即施压过程使加压参数分段设置或连续变化。
作为本发明锂离子电芯的制作工艺的优选方案，步骤4)中，加热方式包括电阻加热、红外加热和电磁波加热。
作为本发明锂离子电芯的制作工艺的优选方案，步骤1)中，隔离膜的制作：在隔离基膜的至少一面涂覆粘性涂层，再经过烘烤、分切后制得隔离膜。其中，粘性涂层可以是粘性抗氧化涂层、粘性阻燃涂层等功能涂层。
作为本发明锂离子电芯的制作工艺的优选方案，步骤1)中，正极片及负极片制作：使用常规正极浆料及负极浆料制作方法制作正极浆料及负极浆料，并将正极浆料涂覆在铝箔集流体上，将负极浆料涂覆在铜箔集流体上，然后经过辊压、模切、分条工艺制得正极片及负极片。
本发明的有益效果在于：本发明针对隔离膜涂覆厚度差异造成的电池界面不均匀性而导致充电界面黑斑和析锂问题，提供了一种锂离子电芯的制作工艺，该工艺在热压成型过程增加对极片和隔离膜空隙位置抽气处理步骤，使正负极片与隔离膜接触更加均匀一致，从而避免充电界面黑斑，降低因析锂带来的内短路等安全风险，并提升电池充放电循环中的容量保持性能，使电池循环寿命提升20％以上。
附图说明
图1为现有技术中极片与涂覆隔膜接触截面示意图。
图2为本发明的制作工艺的结构示意图。
图中：1-隔膜；2-粘性涂层；3-极片；4-密闭区域；5-裸电芯；6-密封箱体；7-驱动装置；8-上压板；9-下压板。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例，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1
一种锂离子电芯的制作工艺，包括以下步骤：
步骤1)、正极片及负极片制作：使用常规正极浆料及负极浆料制作方法制作正极浆料及负极浆料，并将正极浆料涂覆在铝箔集流体上，将负极浆料涂覆在铜箔集流体上，然后经过辊压、模切、分条工艺制得正极片及负极片；隔离膜的制作：在隔离基膜的至少一面涂覆粘性涂层，再经过烘烤、分切后制得隔离膜；制作电芯：将正极片、隔离膜和负极片通过叠片或卷绕的方式制成裸电芯5；
步骤2)、预压：将裸电芯5置于密封箱体6的下压板9上，驱动装置7驱动上压板8下压以固定待压裸电芯5，驱动装置7为电机、气压缸或液压缸；
步骤3)、抽气：以-50kPa的负压对密封箱体6进行抽气，抽气的时间为12s；
步骤4)、热压：通过电阻加热的方式使裸电芯5温度维持50℃，并以5MPa的恒定压力对裸电芯5施压10s；
步骤5)、成型：使上压板8上升，取出热压成型的裸电芯5，进行下一个裸电芯5的处理。
实施例2
一种锂离子电芯的制作工艺，包括以下步骤：
步骤1)、正极片及负极片制作：使用常规正极浆料及负极浆料制作方法制作正极浆料及负极浆料，并将正极浆料涂覆在铝箔集流体上，将负极浆料涂覆在铜箔集流体上，然后经过辊压、模切、分条工艺制得正极片及负极片；隔离膜的制作：在隔离基膜的至少一面涂覆粘性涂层，再经过烘烤、分切后制得隔离膜；制作电芯：将正极片、隔离膜和负极片通过叠片或卷绕的方式制成裸电芯5；
步骤2)、预压：将裸电芯5置于密封箱体6的下压板9上，驱动装置7驱动上压板8下压以固定待压裸电芯5，驱动装置7为电机、气压缸或液压缸；
步骤3)、抽气：以-60kPa的负压对密封箱体6进行抽气，抽气的时间为20s；
步骤4)、热压：通过电磁波加热的方式使裸电芯5温度维持200℃，并以0.1～10MPa的变压施压方式对裸电芯5施压20s；
步骤5)、成型：使上压板8上升，取出热压成型的裸电芯5，进行下一个裸电芯5的处理。
实施例3
一种锂离子电芯的制作工艺，包括以下步骤：
步骤1)、正极片及负极片制作：使用常规正极浆料及负极浆料制作方法制作正极浆料及负极浆料，并将正极浆料涂覆在铝箔集流体上，将负极浆料涂覆在铜箔集流体上，然后经过辊压、模切、分条工艺制得正极片及负极片；隔离膜的制作：在隔离基膜的至少一面涂覆粘性涂层，再经过烘烤、分切后制得隔离膜；制作电芯：将正极片、隔离膜和负极片通过叠片或卷绕的方式制成裸电芯5；
步骤2)、对裸电芯5采用45℃的高温烘烤24h，以使裸电芯5内部受热均匀；
步骤3)、预压：将裸电芯5置于密封箱体6的下压板9上，驱动装置7驱动上压板8下压以固定待压裸电芯5，驱动装置7为电机、气压缸或液压缸；
步骤4)、抽气：以-50kPa的负压对密封箱体6进行抽气，抽气的时间为2s；
步骤5)、热压：通过电阻加热的方式使裸电芯5温度维持35℃，并以0.5MPa的恒定压力对裸电芯5施压20s；
步骤6)、成型：使上压板8上升，取出热压成型的裸电芯5，进行下一个裸电芯5的处理。
实施例4
一种锂离子电芯的制作工艺，包括以下步骤：
步骤1)、正极片及负极片制作：使用常规正极浆料及负极浆料制作方法制作正极浆料及负极浆料，并将正极浆料涂覆在铝箔集流体上，将负极浆料涂覆在铜箔集流体上，然后经过辊压、模切、分条工艺制得正极片及负极片；隔离膜的制作：在隔离基膜的至少一面涂覆粘性涂层，再经过烘烤、分切后制得隔离膜；制作电芯：将正极片、隔离膜和负极片通过叠片或卷绕的方式制成裸电芯5；
步骤2)、对裸电芯5采用100℃的高温烘烤5min，以使裸电芯5内部受热均匀；
步骤3)、预压：将裸电芯5置于密封箱体6的下压板9上，驱动装置7驱动上压板8下压以固定待压裸电芯5，驱动装置7为电机、气压缸或液压缸；
步骤4)、抽气：以-60kPa的负压对密封箱体6进行抽气，抽气的时间为20s；
步骤5)、热压：通过电磁波加热的方式使裸电芯5温度维持200℃，并以0.1～10MPa的变压施压方式对裸电芯5施压20s；
步骤6)、成型：使上压板8上升，取出热压成型的裸电芯5，进行下一个裸电芯5的处理。
对比例1
与实施例1不同的是，本对比例省却抽气步骤，其余同实施例1，这里不再赘述。
对比例2
与实施例3不同的是，本对比例省却抽气步骤，其余同实施例3，这里不再赘述。
分别将实施例1～4和对比例1～2的裸电芯进行封装、真空干燥、注液、化成、除气、分容工序制作成锂离子电池，并将制得的电池分别编号为S1～S4和D1～D2。
分别对电池S1～S4和D1～D2进行循环性能测试和安全性能测试。
其中，安全性能测试为：1C过充1小时，外部短路10分钟，130℃热冲击30分钟，1.5m高自由跌落；观察电池是否发生漏液、起火、***情况，若发生漏液、起火、***记为“是”，若无漏液、无起火、无***记为“否”。
测试结果见表1。
表1S1～S4和D1～D2电池循环性能测试和安全性能测试结果
由表1的测试结果可知，首先，S1～S4的电池循环容量保持率均在90％以上，而D1～D2的电池循环容量保持率均在70％左右，表明本发明工艺制作的电池的具有更佳的循环性能；其次，S1～S4的电池均未发生漏液、起火、***的情况，安全性能测试通过率高达100％；而D1～D2的电池发生漏液、起火、***的情况明显增多，安全性能测试通过率仅有37.5％，表明本发明工艺制作的电池的具有更高的安全性能。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (9)
1.一种锂离子电芯的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)、制作电芯：将正极片、隔离膜和负极片通过叠片或卷绕的方式制成裸电芯；
步骤2)、预压：将裸电芯置于密闭空间的下压板上，驱动装置驱动上压板下压以固定待压裸电芯；
步骤3)、抽气：以≤-50kPa的负压对密闭空间进行抽气；
步骤4)、热压：通过加热使裸电芯温度维持在30～200℃，并以0.1～10MPa的压力对裸电芯施压3～300s；
步骤5)、成型：使上压板上升，取出热压成型的裸电芯。
2.根据权利要求1所述的锂离子电芯的制作工艺，其特征在于：步骤2)中，所述裸电芯在预压前采用45～100℃的高温烘烤5min～24h，以使裸电芯内部受热均匀。
3.根据权利要求1所述的锂离子电芯的制作工艺，其特征在于：步骤2)中，所述驱动装置为电机、气压缸或液压缸。
4.根据权利要求1所述的锂离子电芯的制作工艺，其特征在于：步骤3)中，所述抽气的时间为2～20s。
5.根据权利要求1所述的锂离子电芯的制作工艺，其特征在于：步骤4)中，施压的压力大小为0.5～10MPa。
6.根据权利要求1所述的锂离子电芯的制作工艺，其特征在于：步骤4)中，施压方式包括恒压施压和变压施压。
7.根据权利要求1所述的锂离子电芯的制作工艺，其特征在于：步骤4)中，加热方式包括电阻加热、红外加热和电磁波加热。
8.根据权利要求1所述的锂离子电芯的制作工艺，其特征在于：步骤1)中，隔离膜的制作：在隔离基膜的至少一面涂覆粘性涂层，再经过烘烤、分切后制得隔离膜。
9.根据权利要求1所述的锂离子电芯的制作工艺，其特征在于：步骤1)中，正极片及负极片制作：使用常规正极浆料及负极浆料制作方法制作正极浆料及负极浆料，并将正极浆料涂覆在铝箔集流体上，将负极浆料涂覆在铜箔集流体上，然后经过辊压、模切、分条工艺制得正极片及负极片。
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