一种电芯及其制造方法与流程

1.本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种电芯及其制造方法。


背景技术：

2.极片与隔膜粘合力的好坏直接影响了电池的性能和寿命。为提高电极与隔膜之间的粘合力，常采用在隔膜上涂pvdf胶后与电极热复合的方式来抑制电池中极片与隔膜间的相互移动。但是不适宜的浆料稳定性和流变性、涂布参数不当、或烘干辊压过程中操作、参数不当，均会导致电极表面缺陷，使得极片表面不平整，从而影响电极与隔膜之间的粘合力。
3.现有技术中，为了解决这个问题，工艺上经常采用加大热压压力或升高热压温度的方法，这种强化工艺会使部分区域处于过复合状态，使得电解液难以浸润。此外，由于正负极片的表面情况不同，所需的热压条件也不同，如果两侧所需热压条件差别较大，还会引起热压效果的不对称，引起电池变形褶皱。
4.为此，公开号cn112259802a提出了一种锂离子电池叠片方法，而是在叠片过程中先对正极、负极或隔膜点胶，再堆叠成电芯，通过点胶的方式粘合隔膜和电极，可以达到抑制电池体积变化的目的，但是点胶的均匀性难以控制，可能影响电池的性能。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供一种电极与隔膜具有高粘合力的电芯的制造方法。
6.本发明还提供一种电芯。
7.根据本发明第一方面实施例的电芯的制造方法，包括如下步骤：
8.s1，提供正极片、负极片、隔膜；
9.s2，在所述正极片、隔膜、负极片之间相邻表面中的至少一侧表面涂覆胶液，形成胶层；
10.s3，按照正极片、隔膜、负极片的顺序依次叠置且使得相邻表面中至少一侧形成有所述胶层，再进行叠片或卷绕，得到干电芯；
11.s4，使所述干电芯中所述正极片、隔膜、负极片之间发生热复合，得到电芯。
12.进一步地，所述步骤s2中，在所述正极片和所述负极片的两侧涂覆所述胶液，或在所述正极片与所述负极片其中一者的两侧涂覆所述胶液，同时在所述隔膜的一侧涂覆所述胶液；
13.所述步骤s3中，按照每相邻表面具有至少一侧表面涂覆有所述胶液的方式进行叠置。
14.进一步地，所述步骤s2中，在所述正极片与所述负极片中平整度较低一者表面涂覆所述胶液。
15.进一步地，所述步骤s2中，所述涂覆方式为喷涂、旋涂、或辊涂。
16.进一步地，所述步骤s2包括：
17.步骤s21，将粘结剂分散在溶剂中，得到所述胶液；
18.步骤s22，将所述胶液涂覆在所述正极片、隔膜、负极片之间相邻表面的至少一侧。
19.进一步地，所述粘结剂为选自聚偏氟乙烯树脂、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚氨酯、烯烃类共聚物中的一种或多种。
20.进一步地，所述溶剂选自n-甲基吡咯烷酮、丙酮、醇类、水中的一种或多种。
21.进一步地，所述步骤s21中，所述胶液中还含有氧化铝陶瓷。
22.进一步地，所述步骤s21中，所述胶液中还含有导电粉，所述导电粉选自磷酸钛铝锂、锂镧锆氧、磷酸锗铝锂、锂磷氧氮、硫化物锂离子导体的一种或多种。
23.进一步地，所述胶层的厚度为1～10um。
24.进一步地，所述步骤s4中，在温度70～120℃且压力0.2～20mpa的条件下，压制30min以上以进行所述热复合，得到所述电芯。
25.根据本发明第二方面实施例的电芯，所述电芯为根据上述的任一项所述的方法制备得到的电芯。
26.本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：
27.根据本发明实施例的电芯的制造方法，首先，通过在正极片、隔膜、负极片之间相邻表面中的至少一侧表面涂覆胶液，形成胶层；再按照正极片、隔膜、负极片的顺序依次叠置且使得相邻表面中至少一侧形成有胶层，再进行叠片或卷绕，得到干电芯，最后通过热复合的方式得到电芯。也就是说，通过使得正极片、隔膜、负极片的相邻表面中至少一侧涂覆并形成胶层，此后在叠置时通过配置使得相邻表面中至少一侧形成有胶层，并结合热复合工艺，使得正极片与隔膜、隔膜与负极片之间通过胶层充分粘合，有效提高了各层之间的粘结力的同时，不会产生过复合，提高了电芯的性能。
附图说明
28.图1为根据本发明实施例的电芯的制备方法的流程图；
29.图2为根据本发明一个实施例的干电芯的结构示意图；
30.图3为根据本发明另一个实施例的干电芯的结构示意图。
31.附图标记：
32.100.正极片；200.隔膜；300.负极片；400.胶层。
具体实施方式
33.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。
34.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。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“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。
35.下面首先具体描述本发明第一方面实施例的电芯的制造方法。
36.根据本发明实施例的电芯的制造方法，如图1所示，包括如下步骤：
37.s1，提供正极片100、负极片300、隔膜200；
38.s2，在正极片100、隔膜200、负极片300之间相邻表面中的至少一侧表面涂覆胶液，形成胶层400；
39.s3，按照正极片100、隔膜200、负极片300的顺序依次叠置且使得相邻表面中至少一侧形成有胶层400，再进行叠片或卷绕，得到干电芯；
40.s4，使干电芯中正极片100、隔膜200、负极片300之间发生热复合，得到电芯。
41.也就是说，首先，通过在正极片100、隔膜200、负极片300之间相邻表面中的至少一侧表面涂覆胶液，形成胶层400；再按照正极片100、隔膜200、负极片300的顺序依次叠置且使得相邻表面中至少一侧形成有胶层400，再进行叠片或卷绕，得到干电芯。具体而言，以正极片100、隔膜200、负极片300为一个电极组，在得到电极组之后，将多个电极组之间通过隔膜200隔开并叠置从而串联多组电极组，或者将电极组与隔膜200组合后进行卷绕，得到干电芯。最后，通过热复合的方式使得电极组内、电极组之间复合，得到电芯。根据本发明实施例的电芯的制备方法，由于在每一层之间均设有胶层，此后结合热复合工艺，从而能够有效提高正极片100与隔膜200、隔膜200与负极片300之间的粘合力的同时，不会产生过复合，提高了电芯的性能。
42.关于正极片100、负极片300、隔膜200，可以采用常规的方法制备，本技术对此不作具体限定。
43.下面，关于步骤s2即涂覆胶液步骤，以及步骤s3即将各层叠置以形成电极组的步骤，结合附图进行详细说明。
44.作为本发明的一些实施例，步骤s2中，在正极片100和负极片300的两侧涂覆胶液(如图2所示)，或在正极片100与负极片300其中一者的两侧涂覆胶液，同时在隔膜200的一侧涂覆胶液(如图3所示)。相应地，在步骤s3中，按照每相邻表面具有至少一侧表面涂覆有胶液的方式进行叠置。也就是说，只要保证按照每相邻表面具有至少一侧表面涂覆有胶液的方式进行叠置，以使得正极片100、隔膜200、负极片300的相邻表面中至少一侧涂覆并形成胶层400即可。
45.作为第一种干电芯的制备方案，如图2所示，在步骤s2中，可以采用同时在正极片100和负极片300的两侧涂覆胶液，隔膜200上不涂覆胶液的涂胶方式，进而在步骤s3中，通过依次叠置正极片100、隔膜200、负极片300可以使得每相邻表面的正极片100或负极片300上涂覆有胶液。具体而言，如图2所示，步骤s2中，在正极片100、负极片300的两侧(对应于图2的上、下两侧)均涂覆胶液，从而正极片100、负极片300的两侧(对应于图2的上、下两侧)均可形成胶层400，进而步骤s3中，只要将正极片100、隔膜200、负极片300依次叠置，在此后串联电极组时即可使得正极片100的两侧与其上下相邻的两片隔膜200可以通过正极片100上的胶层400粘合，负极片300的两侧与其上下相邻的两片隔膜200可以通过负极片300上的胶层400粘合。在该方案中，仅需将两侧均涂覆了胶液的正极片100、未涂覆胶液的隔膜200、以及两侧均涂覆了胶液的负极片300进行依次叠置即可形成干电芯，具有便捷生产的优点，节
省了叠置过程中对正极片100、隔膜200和负极片300的筛选过程，提高电芯的生产效率。
46.作为第二种干电芯的制备方案，如图3所示，在步骤s2中，可以采用在正极片100与负极片300其中一者的两侧涂覆胶液，同时在隔膜200的一侧涂覆胶液的涂胶方式，进而在步骤s3中，通过依次叠置正极片100、隔膜200、负极片300可以使得每相邻表面的正极片100或负极片300上涂覆有胶液。具体而言，以在正极片100的两侧涂覆胶液为例，如图3所示，步骤s2中，在正极片100的两侧(对应于图3的上、下两侧)均涂覆胶液，从而正极片100的两侧(对应于图3的上、下两侧)均可形成胶层400，并且在隔膜200的一侧(对应于图3的下侧)涂覆胶液，从而在隔膜200的一侧(对应于图3的下侧)形成胶层400，进而步骤s3中，按照每相邻表面具有至少一侧表面涂覆有胶液的方式进行叠置，使得正极片100的两侧与其上下相邻的两片隔膜200可以通过正极片100上的胶层400粘合，而负极片300与隔膜200则可通过隔膜200上的胶层400粘合，亦即，在叠置的过程中，将隔膜200的形成有胶层400的一侧与负极片300叠置，而隔膜200的未形成胶层400的一侧，则可以通过正极片100上的胶层400与正极片粘合，由此，即可实现电极组之间的复合。此外，对于负极片300两侧设置胶层400的同时在隔膜200的一侧设置胶层的方案，与图3所示方案类似，在此不再进行详细描述。在该方案中，仅需对正极片100/负极片300的两侧以及隔膜200的一侧，即三个表面进行涂胶，可以减少涂胶时间，从而提高生产效率。
47.除了上述两种方案之外，当然，也可以在正极片100、隔膜200、负极片300的每一层的单侧均设置胶层400，其也可以满足粘合的效果。
48.由于极片(包括正极片100、负极片300)的支撑性比隔膜200更好，可以承载更厚的涂层而不掉粉，所以涂胶步骤中可以引用更多的功能性添加剂，一起涂覆到极片表面，也可以使用多层涂布的方法分层按次序涂布到极片表面，赋予胶层更多的功能，进一步提高制得电池的性能。故而，上述方案中，优选在极片两侧涂覆胶液形成胶层。
49.进一步地，步骤s2中，在正极片100与负极片300中平整度较低一者表面涂覆胶液。也就是说，可以依据正极片100、负极片300表面的平整度，选择在平整度低的一者的表面涂覆胶液。
50.例如，正极使用高镍材料，在制备正极片的过程中当浆料出现凝胶化，则导致正极片涂布时难以控制，最终易于导致正极片表面凹凸不平。
51.又例如，在制备负极片的过程中，如负极浆料流变性不当，负极片涂布时难以控制，最终易于导致负极片表面凹凸不平。
52.根据本技术的电芯的制备方法，通过在正极片100与负极片300表面涂覆胶液可以改善该极片的表面的平整度，从而更有利于与隔膜200复合、粘连，进一步提高极片与隔板的粘合力和电芯性能。
53.具体而言，对于正极片100与负极片300的表面平整度均较差的情况下，优选采用上述第一种方案，即在正极片100、负极片300的两侧均设置胶层，而在隔膜200一侧不需设置胶层400；在正极片100的表面平整度较好，而负极片300的表面平整度较差的情况下，优先选择在负极片300的两侧均设置胶层400；反之，在正极片100的表面平整度较差，而负极片300的表面平整度较好的情况下，优先选择在正极片300的两侧均设置胶层400。
54.在本技术的一些实施例中，步骤s2中胶液的具体涂覆方式，例如可以为喷涂、旋涂、或辊涂。也就是说，可以根据胶液的粘度、喷涂的区域、面积等选择喷涂方式。例如对于
粘度较低的胶液而言，可以采用喷涂的方式，使用涂胶枪把胶液喷涂在待涂覆面上，采用喷涂的涂覆方式可以获得厚度均匀的胶层400，可以进一步提高极片表面的平整度，此外还具有生产效率高，适宜大面积涂覆的优点；又例如对于需要在规则简单的平面状的简单工件上形成单侧胶层400而言，可以采用旋涂的方式，依靠待涂覆件旋转时产生的离心力及重力作用，将落在待涂覆件上的胶液滴全面流布于其待涂覆面上，采用旋涂的涂覆方式可以胶层400密度大，厚度均匀的胶层400，可以进一步提高极片表面的平整度，提高极片与隔膜200的粘合力；又例如对于大规格的极片和隔膜200而言，还可以采用辊涂的方式，用辊子将胶液辊涂在待涂覆面上，辊涂的涂覆方式的适用性广，既可适用于低粘度的胶液，亦可适用于高粘度的胶液，并且可以同时涂装待涂覆件的两侧表面，具有涂覆速度快，生产效率高的优点。
55.在本技术的一些实施例中，步骤s2具体包括：
56.步骤s21，将粘结剂分散在溶剂中，得到胶液；
57.步骤s22，将胶液涂覆在正极片100、隔膜200、负极片300之间相邻表面的至少一侧。
58.也就是说，使用含有粘结剂和溶剂的胶液，以使得胶液具有更好的分散性和均一性，再将胶液涂覆在正极片100、隔膜200、负极片300之间相邻表面的至少一侧以使得正极片100与隔膜200、隔膜200与负极片300粘合，进一步地提高极片与隔膜200的粘合力。
59.其中，粘结剂可以为选自聚偏氟乙烯树脂、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚氨酯、烯烃类共聚物中的一种或多种。这是考虑到这类粘结剂具有较强的粘接力且具有便于涂覆的优点。
60.此外，溶剂可以选自n-甲基吡咯烷酮、丙酮、醇类中的一种或多种。也就是说，可以依据粘结剂的类型选择与之适配的溶剂，以进一步地提高粘结剂的均匀性和分散性，以使胶液具有最佳的粘结力，使极片与隔膜200的粘合力进一步提高。当然，在选择溶剂时，需要结合具体所使用的粘结剂的相容性进行相应选择。
61.此外，为了提高胶层的功能性，在胶液中还可以含有氧化铝陶瓷。也就是说，通过在胶液中加入氧化铝陶瓷，可以利用其良好耐高温性，避免在热复合过程中极片与隔膜200之间相邻的部分区域出现过复合现象而导致电解液浸润困难，或者因热压条件不同引起电芯褶皱，从而进一步提高电芯性能。
62.进一步地，胶液中还可以含有导电粉，导电粉例如可以为选自磷酸钛铝锂、锂镧锆氧、磷酸锗铝锂、锂磷氧氮、硫化物锂离子导体的一种或多种。也就是说，通过在胶液中加入导电粉，可以加速离子和电子的传输，最终提高锂离子电池的充放电性能。
63.进一步地，胶层400的厚度为1～10μm。也就是说，胶层400的厚度例如可以为1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm，通过控制胶层400厚度，可以保证胶层400具有较好的机械强度，进一步提高极片与隔膜200的粘结力。
64.下面，描述热复合步骤。
65.在本技术的一些实施例中，步骤s4中，在温度70～120℃且压力0.2～20mpa的条件下，压制30min以上以进行热复合，得到电芯。
66.也就是说，通过控制热复合的温度、压力和压制时间，可以抑制极片与隔膜200间发生滑移，进一步提高极片与隔膜200的粘合力。具体的，例如可以在温度为70℃，压力为
20mpa的条件下，压制30min以对干电芯进行热复合，从而可以避免部分区域出现过复合现象，还可以提高极片与隔膜200的粘结力；例如还可以在温度为120℃且压力为10mpa的条件下，压制30min以对干电芯进行热复合，从而可以获得粘结力较佳的电芯。
67.根据本发明第二方面实施例的电芯，该电芯为上述方法制备得到的电芯。也就是说，根据上述第一方面实施例的电芯的制备方法，均可以得到本发明第二方面实施例的电芯，本技术为了简洁，省略其重复说明。
68.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。