CN111725569A - 一种卷芯和电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种卷芯和电池,卷芯包括:正极片、负极片和位于所述正极片与所述负极片之间的由隔膜卷绕形成的卷层,所述正极片上连接有正极耳,所述负极片上连接有负极耳,所述隔膜上涂覆有涂层,所述涂层为绝缘层,且所述涂层具有孔隙结构。在本发明的卷芯中,通过隔膜将正极片和负极片隔离开,在隔膜上涂覆涂层,涂层中的孔隙结构可以容纳电解液,可以增加卷芯中电解液的含量,提高电池的循环使用性能,涂层具有一定的强度,可以为增强隔膜的强度,锂离子电池在受到外部挤压或碰撞时不易变形或损坏,提高电池安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域,具体涉及一种卷芯和电池。
背景技术
随着锂离子电池能量密度不断提高,陶瓷隔膜厚度不断减薄,使得锂离子电池电解液保有量下降,电池循环性能变差,锂离子电池在受到外部挤压或碰撞时容易变形或损坏,导致电池安全性能降低。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种卷芯和电池,用解决锂离子电池电解液保有量低,电池循环性能差,锂离子电池在受到外部挤压或碰撞时容易变形或损坏,导致电池安全性能降低的问题。
为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:
第一方面,根据本发明实施例的卷芯,包括:
正极片、负极片和位于所述正极片与所述负极片之间的由隔膜卷绕形成的卷层,所述正极片上连接有正极耳,所述负极片上连接有负极耳,所述隔膜上涂覆有涂层,所述涂层为绝缘层,且所述涂层具有孔隙结构。
其中,所述隔膜具有两层,所述负极片设在外层隔膜的外侧,所述正极片设在两层所述隔膜之间,所述涂层设在内层隔膜的内侧。
其中,所述卷层包括多个卷折段,位于卷芯中心的为第一卷折段,自所述第一卷折段开始沿着向外周延伸的方向依次为第二卷折段、第三卷折段,…,第N卷折段,所述负极片至少部分位于所述第一卷折段,所述正极片自所述第三卷折段开始向外周延伸,N为大于3的整数。
其中,所述涂层自所述第二卷折段延伸至所述第三卷折段。
其中,所述涂层在所述卷芯的轴向方向上的宽度与所述隔膜在所述卷芯的轴向方向上的宽度相等。
其中,所述涂层为填充有陶瓷颗粒的高分子材料层。
其中,所述涂层由氧化铝、丙烯酸酯和羧甲基纤维素的混合物形成。
其中,所述正极片上设有正极集流体,所述正极耳连接在所述正极集流体上,所述负极片上设有负极集流体,所述负极耳连接在所述负极集流体上。
其中,所述涂层的厚度为3um-15um。
第二方面,根据本发明实施例的电池,包括如上述实施例中所述的卷芯。
本发明的上述技术方案的有益效果如下:
根据本发明实施例的卷芯,包括:正极片、负极片和位于所述正极片与所述负极片之间的由隔膜卷绕形成的卷层,所述正极片上连接有正极耳,所述负极片上连接有负极耳,所述隔膜上涂覆有涂层,所述涂层为绝缘层,且所述涂层具有孔隙结构。在本发明的卷芯中,通过隔膜将正极片和负极片隔离开,在隔膜上涂覆涂层,涂层中的孔隙结构可以容纳电解液,可以增加卷芯中电解液的含量,提高电池的循环使用性能,涂层具有一定的强度,可以为增强隔膜的强度,锂离子电池在受到外部挤压或碰撞时不易变形或损坏,提高电池安全性能。
附图说明
图1为本发明实施例的卷芯的一个结构示意图。
附图标记
正极片10;正极耳11;正极集流体12;
负极片20;负极耳21;负极集流体22;
隔膜30;第一卷折段31;第二卷折段32;第三卷折段33;
涂层40。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例的附图,对本发明实施例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的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下面具体描述根据本发明实施例的卷芯。
如图1所示,根据本发明实施例的卷芯包括正极片10、负极片20和位于正极片10与负极片20之间的由隔膜30卷绕形成的卷层,正极片10上连接有正极耳11,负极片20上连接有负极耳21,隔膜30上涂覆有涂层40,涂层40为绝缘层,且涂层40具有孔隙结构。
也就是说,卷芯主要由正极片10、负极片20和卷层构成,其中,卷层位于正极片10与负极片20之间,且卷层由隔膜30卷绕形成,通过隔膜30卷绕形成的卷层将正极片10与负极片20隔离开。在正极片10上连接有正极耳11,在负极片20上连接有负极耳21,在隔膜30上可以涂覆有涂层40,涂层40可以沿着隔膜卷绕的方向延伸,涂层40为绝缘层,且涂层40具有孔隙结构,通过孔隙结构可以储存电解液,增加卷芯中电解液的含量。在本发明的卷芯中,通过隔膜30将正极片10和负极片20隔离开,在隔膜30上涂覆涂层40,涂层40中的孔隙结构可以容纳电解液,可以增加卷芯中电解液的含量,提高电池的循环使用性能,涂层具有一定的强度,可以为增强隔膜的强度,锂离子电池在受到外部挤压或碰撞时不易变形或损坏,提高电池安全性能。另外,涂层40可以具有一定的弹性,当外界挤压或碰撞卷芯时,涂层40具有缓冲作用,当卷芯发生膨胀时可以挤压涂层40,通过涂层40可以吸收卷芯产生的膨胀,将卷芯应用于电池中,能够保持电池的完整性和稳定性。
在本发明的一些实施例中,隔膜30可以具有两层,负极片20可以设在外层隔膜的外侧,正极片10可以设在两层隔膜30之间,防止正极片10与负极片20接触,涂层40可以设在内层隔膜的内侧。
在本发明的实施例中,卷层可以包括多个卷折段,位于卷芯中心的为第一卷折段31,自第一卷折段31开始沿着向外周延伸的方向依次为第二卷折段32、第三卷折段33,…,第N卷折段,负极片20至少部分位于第一卷折段31,正极片10自第三卷折段33开始向外周延伸,N为大于3的整数,相邻的两个卷折段可以围成一周,比如,第一卷折段31和第二卷折段32可以围成一周,一周可以呈椭圆状。
在一些实施例中,涂层40自第二卷折段32延伸至第三卷折段33,涂层40具有绝缘性,不需要在第二卷折段32至第三卷折段33的位置贴绝缘胶带,有利于改善电池的平整度。
可选地,涂层40在卷芯的轴向方向上的宽度与隔膜30在卷芯的轴向方向上的宽度可以相等,使得涂层40在卷芯的轴向方向上覆盖隔膜30,增加储存电解液的量,增强隔膜的强度。
其中,涂层40中可以含有无机物和有机物,无机物和有机物可以为绝缘材料,无机物可以为陶瓷材料,有机物可以为橡胶、树脂等高分子材料,比如,无机物可以为氮化硅、二氧化硅、氧化铝或氮化铝中的至少一种,无机物可以为纳米材料,有机物可以为聚丙烯或聚氨酯,涂层40中无机物所占的重量比例可以不低于80%,通过无机物可以增强涂层的强度,通过高分子材料有利于改善涂层的柔韧性。涂层40的孔隙率可以根据实际需要选择,涂层40的孔隙率可以为20%-50%,比如,涂层40的孔隙率可以为20%%。
根据一些实施例,涂层40可以为填充有陶瓷颗粒的高分子材料层,比如填充有纳米氧化铝的丙烯酸树脂。
可选地,陶瓷颗粒可以包括二氧化硅、三氧化二铝、二氧化锆、氢氧化镁、勃姆石、硫酸钡、氟金云母、氟磷灰石、莫来石、堇青石、钛酸铝、二氧化钛、氧化铜、氧化锌、氮化硼、氮化铝、氮化镁、凹凸棒石中的至少一种。比如,陶瓷颗粒可以为二氧化硅或三氧化二铝。高分子材料可以包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚苯乙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚氨酯、芳纶中的至少一种。
可选地,涂层40可以具有较好的导热性,有利于热量沿着涂层40在卷芯的轴向方向进行热量传递,有利于卷芯的热量散失,防止卷芯温度过高。比如,涂层40自第二卷折段32延伸至第三卷折段33时,有利于卷芯中心的热量散失,防止卷芯中心的温度过高,避免锂离子电池在充放电过程中卷芯内部隔膜与集流体接触处温度较高,避免发生短路导致电池安全性能降低。
在一些实施例中,涂层40可以由氧化铝、丙烯酸酯和羧甲基纤维素的混合物形成,氧化铝、丙烯酸酯和羧甲基纤维素的比例可以根据需要选择,比如氧化铝、丙烯酸酯和羧甲基纤维素的重量比例可以为80:10:10或70:15:15。通过氧化铝能够增强涂层的强度,丙烯酸酯和羧甲基纤维素能够形成渐层,羧甲基纤维素在电解液中可以发生溶胀,溶胀后的羧甲基纤维素使得涂层40具有一定的弹性,当外界挤压或碰撞卷芯时,涂层40具有缓冲作用,另外,将卷芯应用于电池中,当卷芯发生膨胀时可以挤压涂层40,通过涂层40可以吸收卷芯产生的膨胀。
可选地,正极片10上可以设有正极集流体12,正极耳11连接在正极集流体12上,负极片20上设有负极集流体22,负极耳21连接在负极集流体22上。其中,正极集流体12可以为铝箔,负极集流体22可以为铜箔,负极集流体22可以部分位于卷芯的中心,负极耳21可以位于卷芯的中心;正极集流体12可以从第二卷折段32延伸至第三卷折段33,正极耳11可以位于邻近第二卷折段32的位置,涂层40可以呈U形,在第二卷折段32至第三卷折段33的隔膜增加的涂层40可以提升隔膜的强度,可以将正极片10和负极片20的极耳位置的绝缘胶带去掉,有利于改善电池的平整度。
可选地,涂层40的厚度可以为3um-15um,比如涂层40的厚度可以为3um、10um或15um,具体厚度可以根据实际情况选择。
本发明实施例提供一种电池,电池包括上述实施例中所述的卷芯。具有本发明实施例中卷芯的电池,可以增加电池中电解液的含量,提高电池的循环使用性能,锂离子电池在受到外部挤压或碰撞时不易变形或损坏,提高电池安全性能。另外,涂层具有一定的弹性,涂层具有缓冲作用,将卷芯应用于电池中,当电池发生膨胀时可以挤压涂层,通过涂层可以吸收电池产生的膨胀,能够保持电池的完整性和稳定性。
本发明实施例中的卷芯和电池可以通过不同的方法制备,下面通过一些具体的实施例来对本发明作进一步说明。
实施例1
正极片的制备:将正极活性物质钴酸锂、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比97:2:1混合均匀,并加入到溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中,制成具有一定粘度的正极浆料;将正极浆料均匀涂布在正极集流体铝箔上,在90℃下烘干后冷压、分条,做成电池正极片,在正极集流体的头部位置可以焊接铝极耳,极耳位置不贴绝缘胶带;
负极片的制备:将负极活性物质石墨、导电剂乙炔黑、增稠剂羟甲基纤维素钠(NaCMC)、粘结剂丁苯橡胶(SBR)按质量比97:1:1:1混合均匀,制成电池负极浆料;将负极浆料均匀涂布在负极集流体铜箔上,在85℃下烘干后进行冷压、分条,做成电池负极片,在负极集流体的头部位置焊接镍极,极耳位置不贴绝缘胶带;
涂层浆料制备:将氧化铝、丙烯酸酯、羧甲基纤维素按80:10:10的重量比例与去离子水混合,制备成固含量50%的浆料;
隔膜涂覆:取PE(聚乙烯)基材的陶瓷隔膜,在对应卷芯的第二卷折段至第三卷折段的位置处涂上涂层浆料,厚度为5μm,然后烘干;
卷芯制备:将正极片、涂覆后的隔膜、负极片,含涂层浆料的隔膜对应第二卷折段至第三卷折段位置卷成卷芯。
将制备好的卷芯用铝塑膜包装、注液、封口。然后,对制得的电芯进行测试。
实施例2
正极片的制备:将正极活性物质钴酸锂、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比97:2:1混合均匀,并加入到溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中,制成具有一定粘度的正极浆料;将正极浆料均匀涂布在正极集流体铝箔上,在90℃下烘干后冷压、分条,做成电池正极片,在正极集流体的头部位置可以焊接铝极耳,极耳位置不贴绝缘胶带;
负极片的制备:将负极活性物质石墨、导电剂乙炔黑、增稠剂羟甲基纤维素钠(NaCMC)、粘结剂丁苯橡胶(SBR)按质量比97:1:1:1混合均匀,制成电池负极浆料;将负极浆料均匀涂布在负极集流体铜箔上,在85℃下烘干后进行冷压、分条,做成电池负极片,在负极集流体的头部位置焊接镍极,极耳位置不贴绝缘胶带;
涂层浆料制备:将氧化铝、丙烯酸酯、羧甲基纤维素按70:15:15的重量比例与去离子水混合,制备成固含量50%的浆料;
隔膜涂覆:取PE基材的陶瓷隔膜,在对应卷芯的第二卷折段至第三卷折段的位置处涂上涂层浆料,厚度为3μm,然后烘干;
卷芯制备:将正极片、涂覆后的隔膜、负极片,含涂层浆料的隔膜对应第二卷折段至第三卷折段位置卷成卷芯。
将制备好的卷芯用铝塑膜包装、注液、封口。然后,对制得的电芯进行测试。
实施例3
正极片的制备:将正极活性物质钴酸锂、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比97:2:1混合均匀,并加入到溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中,制成具有一定粘度的正极浆料;将正极浆料均匀涂布在正极集流体铝箔上,在90℃下烘干后冷压、分条,做成电池正极片,在正极集流体的头部位置可以焊接铝极耳,极耳位置不贴绝缘胶带;
负极片的制备:将负极活性物质石墨、导电剂乙炔黑、增稠剂羟甲基纤维素钠(NaCMC)、粘结剂丁苯橡胶(SBR)按质量比97:1:1:1混合均匀,制成电池负极浆料;将负极浆料均匀涂布在负极集流体铜箔上,在85℃下烘干后进行冷压、分条,做成电池负极片,在负极集流体的头部位置焊接镍极,极耳位置不贴绝缘胶带;
涂层浆料制备:将氧化铝、丙烯酸酯、羧甲基纤维素按80:10:10的重量比例与去离子水混合,制备成固含量50%的浆料;
隔膜涂覆:取PE基材的陶瓷隔膜,在对应卷芯的第二卷折段至第三卷折段的位置处涂上涂层浆料,厚度为10μm,然后烘干;
卷芯制备:将正极片、涂覆后的隔膜、负极片,含涂层浆料的隔膜对应第二卷折段至第三卷折段位置卷成卷芯。
将制备好的卷芯用铝塑膜包装、注液、封口。然后,对制得的电芯进行测试。
实施例4
正极片的制备:将正极活性物质钴酸锂、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比97:2:1混合均匀,并加入到溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中,制成具有一定粘度的正极浆料;将正极浆料均匀涂布在正极集流体铝箔上,在90℃下烘干后冷压、分条,做成电池正极片,在正极集流体的头部位置可以焊接铝极耳,极耳位置不贴绝缘胶带;
负极片的制备:将负极活性物质石墨、导电剂乙炔黑、增稠剂羟甲基纤维素钠(NaCMC)、粘结剂丁苯橡胶(SBR)按质量比97:1:1:1混合均匀,制成电池负极浆料;将负极浆料均匀涂布在负极集流体铜箔上,在85℃下烘干后进行冷压、分条,做成电池负极片,在负极集流体的头部位置焊接镍极,极耳位置不贴绝缘胶带;
涂层浆料制备:将氧化铝、丙烯酸酯、羧甲基纤维素按80:10:10的重量比例与去离子水混合,制备成固含量50%的浆料;
隔膜涂覆:取PE基材的陶瓷隔膜,在对应卷芯的第二卷折段至第三卷折段的位置处涂上涂层浆料,厚度为15μm,然后烘干;
卷芯制备:将正极片、涂覆后的隔膜、负极片,含涂层浆料的隔膜对应第二卷折段至第三卷折段位置卷成卷芯。
将制备好的卷芯用铝塑膜包装、注液、封口。然后,对制得的电芯进行测试。
对比例1
正极片的制备:将正极活性物质钴酸锂、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比97:2:1混合均匀,并加入到溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中,制成具有一定粘度的正极浆料;将正极浆料均匀涂布在正极集流体铝箔上,在90℃下烘干后冷压、分条,做成电池正极片,在头部位置焊接铝极耳,极耳位置贴绝缘胶带;
负极片的制备:将负极活性物质石墨、导电剂乙炔黑、增稠剂羟甲基纤维素钠(NaCMC)、粘结剂丁苯橡胶(SBR)按质量比97:1:1:1混合均匀,制成电池负极浆料;将负极浆料均匀涂布在负极集流体铜箔上,在85℃下烘干后进行冷压、分条,做成电池负极片,在头部位置焊接镍极,极耳位置贴绝缘胶带。
隔膜:取PE基材的陶瓷隔膜;
将正极片、隔膜、负极片卷成卷芯。
将制备好的卷芯用铝塑膜包装、注液、封口。然后,对制得的电芯进行测试。
对比例2
正极片的制备:将正极活性物质钴酸锂、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比97:2:1混合均匀,并加入到溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中,制成具有一定粘度的正极浆料;将正极浆料均匀涂布在正极集流体铝箔上,在90℃下烘干后冷压、分条,做成电池正极片,在正极集流体的头部位置焊接铝极耳,极耳位置不贴绝缘胶带;
负极片的制备:将负极活性物质石墨、导电剂乙炔黑、增稠剂羟甲基纤维素钠(NaCMC)、粘结剂丁苯橡胶(SBR)按质量比97:1:1:1混合均匀,制成电池负极浆料;将负极浆料均匀涂布在负极集流体铜箔上,在85℃下烘干后进行冷压、分条,做成电池负极片,在负极集流体的头部位置焊接镍极,极耳位置不贴绝缘胶带;
隔膜:取PE基材的陶瓷隔膜;
将正极片、隔膜、负极片卷成卷芯。
将制备好的卷芯用铝塑膜包装、注液、封口。然后,对制得的电芯进行测试。
实施例1至实施例4中的制备的卷芯的结构具体可以参照图1中所示。
上述实施例1至实施例4以及对比例中的电芯做成电池进行测试,测试结果如下表1所示。
表1不同电芯的电池测试结果
名称 | 电解液保有量 | 130℃烘烤 | 150℃烘烤 | 正面挤压 |
实施例1 | 5.85g | 无燃烧、无漏液 | 无燃烧 | 无燃烧 |
实施例2 | 5.77g | 无燃烧、无漏液 | 无燃烧 | 无燃烧 |
实施例3 | 6.09g | 无燃烧、无漏液 | 无燃烧 | 无燃烧 |
实施例4 | 6.54g | 无燃烧、无漏液 | 无燃烧 | 无燃烧 |
对比例1 | 5.28g | 燃烧 | 燃烧 | 燃烧 |
对比例2 | 5.26g | 燃烧、漏液 | 燃烧 | 燃烧 |
通过表1中的测试结果可知,实施例1至实施例4中增加涂层的电芯的电池中电解液保有量得到提高,电解液量随涂层增厚而逐渐增加,增加涂层的电池在130℃下烘烤未出现燃烧,也未出现漏液,增加涂层的电池可以通过150℃烘烤测试,增加涂层的电池取消头部绝缘胶带可以达到和贴有绝缘胶带相同的效果。
除非另作定义,本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也相应地改变。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种卷芯,其特征在于,包括:
正极片、负极片和位于所述正极片与所述负极片之间的由隔膜卷绕形成的卷层,所述正极片上连接有正极耳,所述负极片上连接有负极耳,所述隔膜上涂覆有涂层,所述涂层为绝缘层,且所述涂层具有孔隙结构。
2.根据权利要求1所述的卷芯,其特征在于,所述隔膜具有两层,所述负极片设在外层隔膜的外侧,所述正极片设在两层所述隔膜之间,所述涂层设在内层隔膜的内侧。
3.根据权利要求2所述的卷芯,其特征在于,所述卷层包括多个卷折段,位于卷芯中心的为第一卷折段,自所述第一卷折段开始沿着向外周延伸的方向依次为第二卷折段、第三卷折段,…,第N卷折段,所述负极片至少部分位于所述第一卷折段,所述正极片自所述第三卷折段开始向外周延伸,N为大于3的整数。
4.根据权利要求3所述的卷芯,其特征在于,所述涂层自所述第二卷折段延伸至所述第三卷折段。
5.根据权利要求1所述的卷芯,其特征在于,所述涂层在所述卷芯的轴向方向上的宽度与所述隔膜在所述卷芯的轴向方向上的宽度相等。
6.根据权利要求1所述的卷芯,其特征在于,所述涂层为填充有陶瓷颗粒的高分子材料层。
7.根据权利要求6所述的卷芯,其特征在于,所述涂层由氧化铝、丙烯酸酯和羧甲基纤维素的混合物形成。
8.根据权利要求1所述的卷芯,其特征在于,所述正极片上设有正极集流体,所述正极耳连接在所述正极集流体上,所述负极片上设有负极集流体,所述负极耳连接在所述负极集流体上。
9.根据权利要求1所述的卷芯,其特征在于,所述涂层的厚度为3um-15um。
10.一种电池,其特征在于,包括如权利要求1-9中任一项所述的卷芯。
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