CN110739491A - 一种用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法。一种用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，包括步骤：S1、制作极片和隔膜；S2、电芯装配；S3、注液与一次高温老化；S4、化成；S5、二次高温老化和二封。相较于现有技术，本发明提供的一种用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，在生产过程中先注液，后经过一次/二次高温老化以及二封操作后，进行整形制作完成的电池，既保证了正、负极片以及涂胶隔膜的良好粘结效果，又使得电芯内部的正负极片和隔膜得到充分浸润和活化。

Description

一种用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法

技术领域

本发明涉及电池制作领域，尤其涉及一种用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法。

背景技术

软包锂离子电池因其尺寸变化灵活、能量比高、重量轻等优点，已广泛应用于3C数码、新能源交通工具、储能、军工和航空航天等领域。

由于其机械强度差，尤其是大尺寸的高比能量软包锂离子电池的硬度较低，在加工制作和使用过程中，容易受外力影响导致变形，进而影响其安全性与使用寿命。申请号为CN201610943353的专利，提供了一种使用复合凝胶隔膜的软包锂离子电池制作方法，采用表面涂覆PVDF(Poly vinyli dene fluoride，聚偏氟乙烯)与HFP(hexafluoropropylene，六氟丙烯)共聚物的聚丙烯膜作为隔膜，并创造性地对电芯进行热压融合，使得隔膜上面涂覆的PVDF能与极片融为一体，从而使得电芯在作业运转过程中避免出现极片移位等不良现象，同时对其他工艺步骤与工艺参数进行了优化，使得最终制得的电池硬度与能量密度较高，循环性能和安全性能也得到提升。

但是，这种附加的热冷压工艺使极片与涂胶隔膜在注液前粘结过紧，容易导致正、负极片以及涂胶隔膜的浸润效果不佳，对电池的循环性能和安全性有一定影响。

因此，本领域存在不足，亟需发明人对此问题进行研发与创新，需要发明一种能够既保证正、负极片以及涂胶隔膜的良好粘结效果，又使得电芯内部的正负极片和隔膜得到充分浸润和活化，使得最终制得的电池循环性能和安全性能得到进一步提升的技术方案。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，能够既保证正、负极片以及涂胶隔膜的良好粘结效果，又使得电芯内部的正负极片和隔膜得到充分浸润和活化，使得最终制得的电池循环性能和安全性能得到进一步提升。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，包括步骤：

S1、制作极片和隔膜：制作正极片、负极片，选用表面涂覆PVDF与HFP共聚物的聚乙烯PE陶瓷隔膜，放入温度为70-90℃、真空度小于或等于100Pa的真空烤箱内，烘烤2.5-3.5h后，待温度降至常温后取出隔膜；

S2、电芯装配：将所述正极片、所述隔膜和所述负极片通过Z字型叠片制作成叠芯，后经过极耳焊接、一封，得到半成品电芯；将所述半成品电芯放入真空烤箱，温度为80-100℃，真空度为80-100Pa，烘烤24-30h，温度降至常温后取出电芯；

S3、注液与一次高温老化：在湿度RH≤10％的情况下对电芯进行注液，形成电池，将电池放入放入老化房，在温度为40-50℃高温老化24-30h；

S4、化成：将一次老化后的电池放入夹具化成柜中，执行分阶段化成操作；

S5、二次高温老化和二封：将化成后的电池放入老化房，在温度为40-50℃条件下，二次高温老化24-30h，然后进行二封及整形，制成软包锂离子电池产品。

优选的所述的用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，所述一封为铝塑膜顶封与侧封。

优选的所述的用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，所述二封为铝塑膜切边和封装成型。

优选的所述的用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，所述化成时间为1-3h。

优选的所述的用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，所述分阶段化成包括一次化成和二次化成；

所述一次化成的化成条件包括：

温度为70-90℃，压力为0.8-2.0MPa，时间10-30min；

所述二次化成的化成条件包括：

温度为50-70℃，压力为0.8-2.0MPa，时间为剩余化成时间。

优选的所述的用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，所述步骤S5中，所述整形的条件为：温度80-100℃，压力1.2-2.0MPa，时间30-60S。

优选的所述的用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，所述步骤S1包括：

制作正极片：将正极活性材料、正极粘结剂、正极导电剂、正极溶剂按照第一预定比例混合制成正极浆料，经过涂布、烘干、辊压和模切，制得正极片。

优选的所述的用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，所述正极粘结剂为PVDF。

优选的所述的用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，所述步骤S1包括：

制作负极片：将负极活性材料、负极粘结剂、负极导电剂、负极溶剂按照第二预定比例混合制成负极浆料，经过涂布、烘干、辊压和模切，制得负极片。

优选的所述的用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，所述负极粘结剂为丁苯橡胶。

相较于现有技术，本发明提供的一种用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，在生产过程中先注液，后经过一次/二次高温老化以及二封操作后，进行整形制作完成的电池，既保证了正、负极片以及涂胶隔膜的良好粘结效果，又使得电芯内部的正负极片和隔膜得到充分浸润和活化。

附图说明

图1是本发明提供的用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法的流程图。

PE(polyethylene，聚乙烯)

PVDF(Poly vinyli dene fluoride，聚偏氟乙烯)

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请参阅图1，本发明提供一种用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，包括步骤：

S1、制作极片和隔膜：制作正极片、负极片，选用表面涂覆PVDF与HFP共聚物的聚乙烯PE陶瓷隔膜，放入温度为70-90℃、真空度小于或等于100Pa的真空烤箱内，烘烤2.5-3.5h后，待温度降至常温后取出隔膜；所述常温为20-30℃，一般情况下优选为25℃；

S2、电芯装配：将所述正极片、所述隔膜和所述负极片通过Z字型叠片制作成叠芯，后经过极耳焊接、一封，得到半成品电芯；将所述半成品电芯放入真空烤箱，温度为80-100℃，真空度为80-100Pa，烘烤24-30h，温度降至常温后取出电芯；所述常温为20-30℃，一般情况下优选为25℃；所述Z字型叠片为软包锂离子电池的一种特有的贴片方式，能够提高生产效率，且使电芯的单体容量更大，能够进行更大电流的放电；所述一封即一次封装为铝塑膜顶封与侧封；

S3、注液与一次高温老化：在湿度RH≤10％的情况下对电芯进行注液，形成电池，将电池放入放入老化房，在温度为40-50℃高温老化24-30h；

S4、化成：将一次老化后的电池放入夹具化成柜中，执行分阶段化成操作；

S5、二次高温老化和二封：将化成后的电池放入老化房，在温度为40-50℃条件下，二次高温老化24-30h，然后进行二封及整形，制成软包锂离子电池产品。所述二封即二次封装为铝塑膜切边和封装成型；所述整形的条件为温度80-100℃，压力1.2-2.0MPa，时间30-60S。

具体的，制作正极片为将正极活性材料、正极粘结剂、正极导电剂、正极溶剂按照第一预定比例混合制成正极浆料，经过涂布、烘干、辊压和模切，制得正极片；其中，优选方案为，所述正极活性材料为三元活性材料；所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯；所述正极导电剂包括炭黑、石墨；所述正极溶剂为N-甲基吡咯烷酮；将所述正极浆料均匀地涂覆在正极导电箔的两面，过烘箱干燥后再进行辊压，然后进行分切，再通过刀模裁切成设定尺寸的正极片；所述正极导电箔优选为铝箔；所述第一预定比例为本领域的常规比例，不做限定。制作负极片：将负极活性材料、负极粘结剂、负极导电剂、负极溶剂按照第二预定比例混合制成负极浆料，经过涂布、烘干、辊压和模切，制得负极片；所述负极活性材料为石墨活性材料；所述负极粘结剂为丁苯橡胶；所述负极导电剂为炭黑；所述负极溶剂包括水溶剂、羧甲基纤维素钠；将所述负极浆料均匀地涂覆在负极导电箔的两面，过烘箱干燥后再进行辊压，然后进行分切，再通过刀模裁切成设定尺寸的负极片；所述负极导电箔优选为铜箔；所述第二预定比例为本领域的常规比例，不做限定。

本发明提供的方法在一次高温老化前，先将装配好的电芯进行注液，在一次高温老化完成后的化成结果，就会保持电芯良好的浸润效果，然后在执行化成以及二次高温老化和二封以及整形后，制成电池，依然能够保持电芯良好的浸润效果。

作为优选方案，本实施例中，步骤S4中，所述化成时间为1-3h。

所述分阶段化成包括一次化成和二次化成；

所述一次化成的化成条件包括：

温度为70-90℃，压力为0.8-2.0MPa，时间10-30min；

所述二次化成的化成条件包括：

温度为50-70℃，压力为0.8-2.0MPa，时间为剩余化成时间。

具体的，分温度段化成，在第一段，温度较高，可以使隔膜中的PVDF与HFP共聚物熔融，使极片和隔膜粘结更好；第二段降温，在化成的同时，防止因高温时间过长，导致熔融胶态堵塞隔膜孔。一般情况下，化成总时间为1-3h，充电电能为0.1-1C。

实施例2，浸润效果对比

将质量占比为97％的正极三元活性物质、1.5％的粘结剂聚偏氟乙烯、1.0％的导电炭黑、0.5％的导电石墨混合均匀制成正极浆料，经过涂布、烘干、分条和模切，制得正极片。将质量占比为95.5％的负极石墨活性物质、2.0％的粘结剂丁苯橡胶、1.3％的导电炭黑、1.2％的羧甲基纤维素钠混合均匀制成负极浆料，经过涂布、烘干、分条和模切，制得负极片。选用涂胶陶瓷隔膜，隔膜为表面涂覆PVDF与HFP共聚物的聚乙烯陶瓷隔膜，将隔膜放入恒温为80℃的真空烤箱内，真空度≤100Pa，烘烤3.0h后停止加热，待温度降至常温后取出隔膜。所述隔膜的规格为16μm的PE湿法基膜+双面各涂覆2μm厚度的陶瓷+在此基础上再双面各涂覆1μm的PVDF-HFP胶层。

对比组电池制备

使用常规方法以上述材料制备电池，步骤如下：

制作电芯：将正极极片、隔膜及负极极片重叠后卷绕成电芯；

热压融合：将电芯置于热压机中进行热压融合；

降温定型：将电芯置于冷压机中进行冷压降温定型；

制作电池：将电芯经极耳焊接、铝塑膜封装，得到电池；

电池烘烤：将电池放入真空烤箱，温度设定为90℃，抽真空值至-0.10MPa后开始烘烤，烘烤36h后停止加热，温度降至35℃以下后取出电芯，对电池进行注液；

陈化：将注液后的电池放入陈化房，在50℃温度下，陈化36h。

将正极片、负极片和隔膜叠放成电芯后，先进行冷热压，然后注液后陈化制成容量为18Ah的电池。

实验组电池制备

使用本发明提供的方法以与所述对比组相同材料制备电池，步骤如下：

将正极片、涂胶陶瓷隔膜和负极片通过”Z”字型叠片制作成叠芯，后经过极耳焊接、铝塑膜顶封与侧封，得到半成品电芯。

将电芯放入真空烤箱，温度设为90℃，真空度≤100Pa，烘烤24h后停止加热，温度降至常温后取出电芯。

在相对湿度RH≤10％的条件下对电芯进行注液，将注液后的电池放入老化房，在45℃的条件下老化24h。

将老化后的电芯置于夹具化成柜中，分阶段化成充电。

将化成后的电芯放入老化房，在45℃的条件下老化24h。

将老化后的电芯进行铝塑膜切边，铝塑膜切边和封装成型后，在温度为90℃，压力2.0MPa，整形30-60s，然后进行分容、分档，制得软包锂离子电芯产品。

将正极片、隔膜、负极片以Z字型叠放后，经过极耳焊接、铝塑膜顶封与侧封、烘烤后注液，在化成过程中，分阶段化成，以及二次高温老化和二封后制成容量为18Ah的电池。

得到结果如下表所示：

	单个成品电芯保液量	电芯保液系数	单个成品电芯隔膜保液量	隔膜保液系数
					对比组	54.5g	3.03g/Ah	7.58g	9.475g/m<sup>2</sup>
实验组	57.8g	3.21g/Ah	8.84g	11.05g/m<sup>2</sup>

电池中正/负极片和隔膜的浸润效果将直接影响电池中电芯保液量和隔膜保液量，进而影响电池电能储量，由上表可以看到，由本发明提供的制备软包锂电池的方法能够有效的将电池中电芯保液量和隔膜保液量都提高显著。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，其特征在于，包括步骤：

S1、制作极片和隔膜：制作正极片、负极片，选用表面涂覆PVDF与HFP共聚物的聚乙烯PE陶瓷隔膜，放入温度为70-90℃、真空度小于或等于100Pa的真空烤箱内，烘烤2.5-3.5h后，待温度降至常温后取出隔膜；

S2、电芯装配：将所述正极片、所述隔膜和所述负极片通过Z字型叠片制作成叠芯，后经过极耳焊接、一封，得到半成品电芯；将所述半成品电芯放入真空烤箱，温度为80-100℃，真空度为80-100Pa，烘烤24-30h，温度降至常温后取出电芯；

S3、注液与一次高温老化：在湿度RH≤10％的情况下对电芯进行注液，形成电池，将电池放入放入老化房，在温度为40-50℃高温老化24-30h；

S4、化成：将一次老化后的电池放入夹具化成柜中，执行分阶段化成操作；

S5、二次高温老化和二封：将化成后的电池放入老化房，在温度为40-50℃条件下，二次高温老化24-30h，然后进行二封及整形，制成软包锂离子电池产品。

2.根据权利要求1所述的用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，其特征在于，所述一封为铝塑膜顶封与侧封。

3.根据权利要求1所述的用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，其特征在于，所述二封为铝塑膜切边和封装成型。

4.根据权利要求1所述的用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，其特征在于，所述化成时间为1-3h。

5.根据权利要求4所述的用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，其特征在于，所述分阶段化成包括一次化成和二次化成；

所述一次化成的化成条件包括：

温度为70-90℃，压力为0.8-2.0MPa，时间10-30min；

所述二次化成的化成条件包括：

温度为50-70℃，压力为0.8-2.0MPa，时间为剩余化成时间。

6.根据权利要求1所述的用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述整形的条件为：温度80-100℃，压力1.2-2.0MPa，时间30-60S。

7.根据权利要求1所述的用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

制作正极片：将正极活性材料、正极粘结剂、正极导电剂、正极溶剂按照第一预定比例混合制成正极浆料，经过涂布、烘干、辊压和模切，制得正极片。

8.根据权利要求7所述的用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，其特征在于，所述正极粘结剂为PVDF。

9.根据权利要求1所述的用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

制作负极片：将负极活性材料、负极粘结剂、负极导电剂、负极溶剂按照第二预定比例混合制成负极浆料，经过涂布、烘干、辊压和模切，制得负极片。

10.根据权利要求9所述的用涂胶隔膜制作软包锂电池的制作方法，其特征在于，所述负极粘结剂为丁苯橡胶。