利用涂覆隔膜加工鋰離子電池電芯的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電池加工領(lǐng)域，公開了一種利用涂覆隔膜加工鋰離子電池電芯的方法，包括以下步驟：（1）、涂覆隔膜；（2）、卷芯；（3）、注液；采用涂覆隔膜的鋰離子電池的注液量G2為：G2=G1+G1*（T2/T1）*K；（4）、預(yù)充電；（5）、冷熱壓；（6）、化成。本發(fā)明具有延長了鋰離子電池的循環(huán)壽命、提高了鋰離子電池的電化學性能和安全性能的優(yōu)點。
【專利說明】利用涂覆隔膜加工鋰離子電池電芯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池加工領(lǐng)域，尤其是涉及一種能提高鋰離子電池的電化學性能及安全性能的利用涂覆隔膜加工鋰離子電池電芯的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池自面世以來，以其相對于其他二次電池所具有的能量密度高、循環(huán)壽命長、自放電率小、無記憶效應(yīng)及綠色環(huán)保等優(yōu)點，成為化學電源領(lǐng)域中最具競爭優(yōu)勢的電池。目前，鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、數(shù)碼產(chǎn)品以及電動汽車、混合動力汽車甚至航空航天等領(lǐng)域。
[0003]然而，隨著鋰離子電池的廣泛應(yīng)用，不時出現(xiàn)手機、筆記本電腦、電動自行車中的鋰離子電池漏液、起火甚至爆炸的安全事故。因此，鋰離子電池的安全問題得到廣泛的關(guān)注，提高鋰離子電池的安全性能一直是電池領(lǐng)域迫切研究的熱點。為提高鋰離子電池的安全性能，人們從改善正負極材料的結(jié)構(gòu)、電解液添加劑、隔膜表面改性等各方面著手研究。其中，對隔膜的基膜進行涂覆改性處理是提高鋰離子電池安全性能的重要方向之一。
[0004]隨著工藝技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，隨著隔膜產(chǎn)品的種類不斷增加，新隔膜產(chǎn)品的性能也得到了很大程度的提高。但是傳統(tǒng)的鋰離子電池制程工藝已經(jīng)不能夠滿足新型涂覆隔膜的生產(chǎn)要求，不能充分發(fā)揮新型涂覆隔膜的優(yōu)良特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服傳統(tǒng)的鋰離子電池制程工藝的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種能滿足新型涂覆隔膜在鋰離子電池的生產(chǎn)制作中對制備工藝的要求，提高鋰離子電池的電化學性能及安全性能的加工鋰離子電池電芯的方法。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)措施實現(xiàn)的，一種利用涂覆隔膜加工鋰離子電池電芯的方法，包括以下步驟:
[0007](I)、涂覆隔膜；在基膜的一表面涂覆一層凝膠聚合物涂層；在基膜的另一表面涂覆一層陶瓷涂層；
[0008](2)、卷芯；將正極片對應(yīng)凝膠聚合物涂層、負極片對應(yīng)陶瓷涂層，通過卷繞或者疊片制作成卷芯；
[0009](3)、注液；采用涂覆隔膜的鋰離子電池的注液量G2為:
[0010]G2=G1+G1* (T2/T1) *K ;
[0011]其中，Gl—傳統(tǒng)工藝注液量；
[0012]G2-采用涂覆隔膜的鋰離子電池的注液量；
[0013]Tl—普通未涂覆隔膜的厚度；
[0014]Τ2-涂覆隔膜的涂層厚度；
[0015]K—調(diào)整系數(shù)，大小為20%_70% ；
[0016](4)、預(yù)充電；采用0.01-0.1C的階梯式恒流方式對注液后的電芯進行充電，從而在負極表面形成一層比較均勻致密的SEI膜，其充電量占電池容量的20%-40% ;所述階梯式恒流方式為在不同的階段，充電電流不同，依次變大；
[0017](5)、冷熱壓；先通過熱壓使凝膠聚合物涂層在高溫條件下溶脹，使其在加壓下和正極片粘結(jié)在一起，再通過冷壓定型；熱壓參數(shù):溫度為50-85°C，壓力為0.2-0.6MPa，時間為 1-1Omin ;冷壓參數(shù):0-30°C，壓力 0.2-0.6MPa，時間為 1-1Omin ；
[0018](6)、化成；采用階梯式恒流方式充電，在不同的階段，充電電流不同，依次變大，電流大小為0.1-0.5C，其充電量占電池容量的60%-100%。
[0019]具體的，所述化成之后還包括二封、老化、分容工序。
[0020]作為一種優(yōu)選方式，所述基膜的材質(zhì)為聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯。
[0021]作為一種優(yōu)選方式，所述凝膠聚合物涂層的厚度為0.5-3 μ m0
[0022]作為一種優(yōu)選方式，所述陶瓷涂層的厚度為2-5 μ m。
[0023]作為一種優(yōu)選方式，所述步驟(I)中的凝膠聚合物涂料為油性體系或者水性體系。
[0024]作為一種優(yōu)選方式，所述步驟(I)中的涂覆所用陶瓷漿料為水性體系。
[0025]具體的，所述步驟(4)中的階梯式恒流充電為，第一階段充電:0.05C恒流充電120min，截止電壓3.95V ;第二階段充電:0.1C恒流充電120min，截止電壓3.95V。
[0026]具體的，所述步驟(6)中的階梯性恒流充電為，第一階段充電:0.1C恒流充電210min，截止電壓3.95V，第二階段充電:0.2C恒流充電60min。
[0027]為了防止電芯在冷熱壓過程中發(fā)生短路，所述步驟(5)中在預(yù)充電之后的電芯負極耳上套上熱縮套管。
[0028]本
【發(fā)明內(nèi)容】
采用了一種新的鋰離子電池制備工藝，與傳統(tǒng)制備工藝相比，在電芯制作過程中，對電芯的注液量、化成工藝進行了調(diào)整，并在電芯化成過程中增加了冷熱壓工藝，更大程度的滿足涂覆膜對鋰離子電池制備工藝的要求，能有效地提高鋰離子電池的電性能和安全性能。聚烯烴隔膜具有疏水性，而鋰離子電池所用的電解液又是采用的極性有機溶劑，隔膜對電解液的吸收能力和浸潤性能較差。然而，隔膜上的聚合物涂層和陶瓷涂層改變了隔膜與電解液的界面結(jié)構(gòu)，使得隔膜與電解液的接觸角變小，增強了隔膜對電解液的浸潤性能，也增加了電解液的吸收量。如果按照傳統(tǒng)的注液量設(shè)計，電解液的量不能夠滿足鋰離子電池在使用過程中的需要，制約了電池的使用壽命。采用新的注液，可以方便快捷的計算出電解液的最佳注液量，滿足鋰離子電池在使用過程中是需求，延長了鋰離子電池的循環(huán)壽命。鋰離子電池在首次充放電過程中，即在鋰離子開始嵌入石墨電極之前(>
0.3V)，有機電解液會在碳負極表面形成一層電子絕緣、離子可導的SEI膜，而SEI膜的均勻性、致密性等和電池的電化學、安全等性能密切相關(guān)。在基膜上涂覆了一層聚合物涂層，較傳統(tǒng)的工藝中沒有針對將凝膠涂層和極片粘結(jié)在一起的制備工藝，提高鋰離子在正負極間的傳輸性，使得鋰離子電池的電性能和安全性能得到升高。本發(fā)明對傳統(tǒng)的化成工藝進行了革新，將鋰離子電池活化的過程分為預(yù)充電和化成兩部分，并在預(yù)充電和化成中間增加了冷熱壓工藝，不僅能夠確保負極表面形成一層均勻致密的SEI膜，而且使隔膜的聚合物涂覆層能夠和正極片緊密的粘結(jié)在一起。在電池化成之前、注液一封之后增加了小電流預(yù)充電工藝，有效的保證了 SEI的形成條件。因3.0-3.5V為SEI膜的主要形成區(qū)間，采用小電流恒流方式充電能夠在負極表面形成一層比較均勻致密的SEI膜。在預(yù)充電之后增加冷熱壓工藝，先通過熱壓使凝膠聚合物涂層在高溫條件下溶脹，在一定的壓力下和正極片粘結(jié)在一起，再通過冷壓定型。凝膠聚合物吸收電解液之后，減少了電池內(nèi)部游離的液態(tài)電解液。通過冷熱壓工藝可以使正極片與凝膠聚合物涂層能夠很好的粘結(jié)在一起，增加了電池的硬度，減小了電芯的厚度，提高了電池的體積比能量，同時也縮短了鋰離子在電池內(nèi)部的傳輸距離，降低了電池的內(nèi)阻。冷熱壓之后再對電池進行化成，徹底激發(fā)正負極活性物質(zhì)的活性，使其轉(zhuǎn)化成具有正常電化學作用的物質(zhì)，保證鋰離子電池的電化學性能。
[0029]采用本發(fā)明的新方法，有以下幾方面的優(yōu)點:
[0030]1、可以快速準確的計算出新型涂覆隔膜的最佳注液量，滿足鋰離子電池在使用過程中的需求，延長了鋰離子電池的循環(huán)壽命；
[0031]2、使凝膠聚合物涂層與正極較好的粘結(jié)在一起，減小了鋰離子傳輸?shù)淖枇途嚯x，增強了電池的硬度，提高了鋰離子電池的電化學性能和安全性能。
[0032]【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明實施例中凝膠聚合物涂層與正極粘結(jié)效果圖；
[0034]圖2為本發(fā)明實施例與對比例的倍率放電曲線圖；
[0035]圖3為本發(fā)明實施例與對比例的電池循環(huán)性能對比圖。
[0036]
[0037]【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0039]實施例:
[0040]一種利用涂覆隔膜加工鋰離子電池電芯的方法，包括以下步驟:
[0041](I)、涂覆隔膜；在基膜的一表面涂覆一層凝膠聚合物涂層；在基膜的另一表面涂覆一層陶瓷涂層；凝膠聚合物涂層的厚度為0.5-3 μ m，凝膠聚合物涂料為油性體系或者水性體系，陶瓷涂層的厚度為2-5 μ m，涂覆所用陶瓷漿料為水性體系；
[0042]在本實施例中，采用厚度為20 μ m的涂覆隔膜，其中基膜厚度為16 μ m、凝膠聚合物涂覆層厚度為I μ m、陶瓷涂覆層厚度為3 μ m ;基膜的材質(zhì)可選擇聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯中的任一種。
[0043](2)、卷芯；將正極片對應(yīng)凝膠聚合物涂層、負極片對應(yīng)陶瓷涂層，通過卷繞或者疊片制作成卷芯；在本實施例中以繞成494068P-1500mAh的卷芯為例進行說明；
[0044]然后將卷芯經(jīng)過熱壓整形、絕緣短路測試、頂側(cè)封、高溫真空烘烤等工序后，取出放入手套箱準備注液；
[0045](3)、注液；采用涂覆隔膜的鋰離子電池的注液量G2為:
[0046]G2=G1+G1* (T2/T1) *K ;
[0047]其中，Gl—傳統(tǒng)工藝注液量；
[0048]G2-采用涂覆隔膜的鋰離子電池的注液量；
[0049]Tl—普通未涂覆隔膜的厚度；
[0050]Τ2—涂覆隔膜的涂層厚度；
[0051]K—調(diào)整系數(shù)，大小為20%_70% ；
[0052]設(shè)定采用常規(guī)隔膜注液系數(shù)為350mAh/g，那么按照上述的注液量公式計算，每個電芯的最佳注液量等于4.72g，本實施例中的調(diào)整系數(shù)為40%，(每個電芯的傳統(tǒng)工藝注液量Gl=1500/350g=4.29g, G2=4.29+4.29* (4/16) *40%=4.72g)；
[0053]注液之后經(jīng)完成真空靜置、一封等工序?qū)㈦娦緩氖痔紫渲腥〕?，放?2_24h后進行階梯性預(yù)充電；
[0054](4)、預(yù)充電；采用0.01-0.1C的階梯式恒流方式對注液后的電芯進行充電，從而在負極表面形成一層比較均勻致密的SEI膜，其充電量占電池容量的20%-40% ;所述階梯式恒流充電為在不同的階段，充電電流不同，依次變大；
[0055]在本實施例中階梯式恒流充電為，第一階段充電:0.05C恒流充電120min，截止電壓3.95V ;第二階段充電:0.1C恒流充電120min，截止電壓3.95V ；
[0056](5)、冷熱壓；在預(yù)充電之后的電芯負極耳上套上熱縮套管，用于防止電芯在冷熱壓過程中發(fā)生短路，先通過熱壓使凝膠聚合物涂層在高溫條件下溶脹，使其在加壓下和正極片粘結(jié)在一起，再通過冷壓定型；熱壓參數(shù):溫度為50-85°C，壓力為0.2-0.6MPa，時間為1-1Omin ;冷壓參數(shù):0-30°C，壓力 0.2-0.6MPa，時間為 1-1Omin ；
[0057]參考圖1，為本實施例中凝膠聚合物涂層與正極粘結(jié)效果圖；
[0058](6)、化成；采用階梯式恒流方式充電，使其活性物質(zhì)具有正常的電化學作用，在不同的階段，充電電流不同，依次變大，電流大小為0.1-0.5C，其充電量占電池容量的60%-100% ；
[0059]在本實施例中階梯式恒流充電為，第一階段充電:0.1C恒流充電210min，截止電壓3.95V，第二階 段充電:0.2C恒流充電60min。
[0060]電芯化成之后經(jīng)二封、老化、分容等工序完成電芯的制作。
[0061]對比例:
[0062]采用與實施例相同的材料和卷繞工藝，制作卷芯，然后將卷芯進行熱壓整形、絕緣短路測試、頂側(cè)封、高溫真空烘烤后取出放入手套箱內(nèi)準備注液。
[0063]設(shè)定注液系數(shù)為350mAh/g，那么每個電芯的注液量=1500/350g=4.29g。
[0064]注液之后經(jīng)完成真空靜置、一封等工序?qū)㈦娦緩氖痔紫渲腥〕?，放?2_24h后進行階梯性充電活化。第一階段:0.05C恒流充電200min，截止電壓3.95V ;第二階段:0.1C恒流充電210min，截止電壓3.95V ;第三階段:0.2C恒流充電60min，截止電壓3.95V。
[0065]電芯活化之后經(jīng)二封、老化、分容等工序完成電芯的制作。
[0066]從兩組電芯中分別隨機挑選10支進行內(nèi)阻測試，測試結(jié)果表1，
[0067]表1
[0068]
【權(quán)利要求】
1.一種利用涂覆隔膜加工鋰離子電池電芯的方法，其特征在于包括以下步驟: (1)、涂覆隔膜；在基膜的一表面涂覆一層凝膠聚合物涂層；在基膜的另一表面涂覆一層陶瓷涂層； (2)、卷芯； 將正極片對應(yīng)凝膠聚合物涂層、負極片對應(yīng)陶瓷涂層，通過卷繞或者疊片制作成卷芯； (3)、注液；采用涂覆隔膜的鋰離子電池的注液量G2為:
G2=G1+G1* (T2/T1) *K ； 其中，Gl-傳統(tǒng)工藝注液量； G2-采用涂覆隔膜的鋰離子電池的注液量； Tl-普通未涂覆隔膜的厚度； Τ2-涂覆隔膜的涂層厚度； K—調(diào)整系數(shù)，大小為20%-70% ； (4)、預(yù)充電；采用0.01-0.1C的階梯式恒流方式對注液后的電芯進行充電，從而在負極表面形成一層比較均勻致密的SEI膜，其充電量占電池容量的20%-40% ;所述階梯式恒流方式為在不同的階段，充電電流不同，依次變大； (5)、冷熱壓；先通過熱壓使凝膠聚合物涂層在高溫條件下溶脹，使其在加壓下和正極片粘結(jié)在一起，再通過冷壓定型；熱壓參數(shù):溫度為50-85°C，壓力為0.2-0.6MPa，時間為1-1Omin ;冷壓參數(shù):0-30°C，壓力 0.2-0.6MPa，時間為 1-1Omin ； (6)、化成；采用階梯式恒流方式充電，在不同的階段，充電電流不同，依次變大，電流大小為0.1-0.5C，其充電量占電池容量的60%-100%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用涂覆隔膜加工鋰離子電池電芯的方法，其特征在于:所述化成之后還包括二封、老化、分容工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用涂覆隔膜加工鋰離子電池電芯的方法，其特征在于:所述基膜的材質(zhì)為聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用涂覆隔膜加工鋰離子電池電芯的方法，其特征在于:所述凝膠聚合物涂層的厚度為0.5-3 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用涂覆隔膜加工鋰離子電池電芯的方法，其特征在于:所述陶瓷涂層的厚度為2-5 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用涂覆隔膜加工鋰離子電池電芯的方法，其特征在于:所述步驟(1)中的凝膠聚合物涂料為油性體系或者水性體系。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用涂覆隔膜加工鋰離子電池電芯的方法，其特征在于:所述步驟(1)中的涂覆所用陶瓷漿料為水性體系。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用涂覆隔膜加工鋰離子電池電芯的方法，其特征在于:所述步驟(4)中的階梯式恒流充電為，第一階段充電:0.05C恒流充電120min，截止電壓3.95V ;第二階段充電:0.1C恒流充電120min，截止電壓3.95V。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用涂覆隔膜加工鋰離子電池電芯的方法，其特征在于:所述步驟(6)中的階梯性恒流充電為，第一階段充電:0.1C恒流充電210min，截止電壓3.95V,第二階段充電:0.2C恒流充電60min。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用涂覆隔膜加工鋰離子電池電芯的方法，其特征在于:所述步驟(5)中在 預(yù)充電之后的電芯負極耳上套上熱縮套管。
【文檔編號】H01M10/0587GK103996877SQ201310613984
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】李世隆, 王今剛, 陳秀峰, 陳良, 楊佳富 申請人:深圳市星源材質(zhì)科技股份有限公司