一种含有粘接性隔膜的锂电池及其制造方法与流程

本发明涉及锂离子电池
技术领域：
，具体涉及一种含有粘接性隔膜的锂离子电池。
背景技术：
：目前，锂离子电池在动力电池或者数码电池领域，其能量密度，循环寿命和安全性能是最主要的技术指标。隔膜作为锂离子电池的主要组成部分之一，对上述三方面性能提升也具有重要作用。通过在隔膜表面涂覆无机陶瓷材料，有利于改善隔膜的耐热性，从而提升锂离子电池的安全性能。但是在提升电池能量密度方面需要厚度更薄的涂覆隔膜，同时隔膜与电极活性物质之间需要具有一定的粘接性，改善电池的循环性能。在现有技术中，采用传统的无机陶瓷涂覆隔膜的锂离子电池主要有以下问题：①隔膜涂层与电极之间没有粘接力，导致电池的电芯卷绕后在应力作用下出现变形，无法很好的入壳，从而无法进行封装工序；②隔膜涂层与电极之间粘接力较弱，在注液后，隔膜与电极上的活性物质之间分离，导致含有该种隔膜的电池在充放电循环测试过程中，电极活性物质与隔膜界面电阻增加，极化增加，导致循环性能下降。鉴于此，有必要提供一种具有既能改善隔膜与电极之间的粘接性，又可以提升循环性能且安全性又好的隔膜的锂离子电池。技术实现要素：本发明为了克服现有技术的不足，提供一种包括涂覆隔膜的锂离子电池，由于涂覆隔膜具有干式粘接效果，可以改善电芯的入壳工艺，同时，涂覆隔膜具有湿式粘接效果，可以改善电池的循环性能，同时，涂覆隔膜中含有的无机陶瓷涂层，提升耐热性能，可以改善电池的安全性能。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜及电解液，所述隔膜包括聚烯烃基材层和涂覆在所述基材层的至少一侧表面上的涂覆层；所述涂覆层包括陶瓷层或聚合物层中的一种或多种。为了保证电池的紧密度，优选所述锂离子电池的弯曲力为10n到300n。为了保证电池的能量密度，优选聚烯烃基材层的厚度为3μm到20μm；所述涂覆层的厚度为0.1μm到6μm。为了保证隔膜与电极之间的粘接性，优选所述聚合物层具有胶状形态，所述胶状形态即表面通过扫描电子显微镜放大2000倍观察，聚合物层物质没有呈颗粒状聚集在一起。为了确保电池能量密度，优选所述聚烯烃基材层为pe、pp或pe/pp复合物中的至少一种或多种；所述隔膜的孔隙率为40％以上。为了提升隔膜耐热性，优选所述陶瓷层为无机陶瓷粒子；所述无机陶瓷粒子为氧化铝、勃姆石或氢氧化镁中的至少一种或多种。为了确保隔膜与电极之间的粘接性，优选所述无机陶瓷粒子裸露面积相对于所述聚烯烃基材层的面积为1％以下。为了确保隔膜与电极之间的粘接性，优选所述的聚合物层为含氟聚合物、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯中的至少一种或多种。本发明还公开了一种上述锂离子电池的制备方法，其制备方法中包含①卷绕，或叠片；②入壳；③注液；④热压；⑤化成；⑥分容六项工艺步骤。为了确保隔膜与电极之间的粘接性，同时提升电池的循环性能，所述热压工艺为注液工艺前热压，同时注液工艺后再次热压。为了保证热压工艺的粘接效果，优选注液工艺前热压温度t1范围：50℃≤t1≤90℃；注液工艺后再次热压温度t2范围：50℃≤t1≤90℃；注液工艺前热压时间t1范围：5s≤t1≤30s；注液工艺后再次热压时间t2范围：5s≤t2≤30s；热压压力p范围：0.5mpa≤p≤6mpa。相对于现有的技术，本发明具有以下有益效果，电池进行针刺测试，无发火冒烟爆炸发生。电池循环性能达到500周容量保持率≥80％。附图说明图1为本发明实施例1中所使用的粘接性隔膜表面的扫描电子显微镜照片。(放大倍数2000倍)具体实施方式本发明通过下面的实施例将得到更为详细的阐述。1.原料来源：制作电池使用的正极活性物质钴酸锂来源于天津巴莫科技股份有限公司，负极活性物质石墨来源于深圳贝特瑞新能源材料股份有限公司，正极电极粘结剂pvdf来源于阿科玛公司，负极电极粘结剂sbr/cmc来源于成都茵地乐公司，导电剂superp来源于特密高公司。电解液来源于深圳新宙邦科技股份有限公司2.本发明对实施例和对比例中隔膜的测试设备和电池的性能测试设备以及测试项目如表1所示。表1测试项目测试设备形貌表征(sem)日立扫描电子显微镜s-3400n弯曲力表征弯曲试验机ag-is20kn电池内阻日置电池测试仪bt3561电池循环特性电池测试仪bts-4008-5v6a-s1实施例1将正极极片(组成成分：96.8％钴酸锂，1.2％pvdf，2％superp)、负极极片(组成成分：96％石墨，2.8％sbr/cmc，1.2％superp)以及隔膜通过卷绕方式制作成电芯，然后进行注液前热压，温度为50℃，压力为0.5mpa，热压时间为5s。热压好的电芯置入铝塑膜包装壳内，注入电解液(组成成分ec:dmc:emc＝1:1:1，11.5％lipf6，1％vc)，然后进行注液后热压，温度为50℃，压力为0.5mpa，热压时间为5s。热压后的电池进行化成和分容，制作得到的锂离子电池编号为a1。所述隔膜的pe基材孔隙率为41％，pe基材两侧涂覆氧化铝陶瓷，同时陶瓷层上涂覆聚偏氟乙烯聚合物层，隔膜厚度17μm，基材厚度9μm，陶瓷涂覆层厚度3μm，聚合物涂覆层厚度1μm。氧化铝陶瓷陶瓷粒子裸露面积相对于pe基材层的面积为0.5％。聚偏氟乙烯层在电子显微镜下观察没有颗粒状团聚体。实施例2与实施例1不同之处在于：注液前热压，温度为70℃，压力为1.0mpa，热压时间为5s。注液后热压，温度为70℃，压力为1.0mpa，热压时间为5s。制作得到的锂离子电池编号为a2。其他与实施例1相同，不再赘述。实施例3与实施例1不同之处在于：注液前热压，温度为70℃，压力为1.0mpa，热压时间为5s。注液后热压，温度为90℃，压力为1.0mpa，热压时间为5s。制作得到的锂离子电池编号为a3。其他与实施例1相同，不再赘述。实施例4与实施例1不同之处在于：注液前热压，温度为90℃，压力为1.0mpa，热压时间为20s。注液后热压，温度为90℃，压力为1.0mpa，热压时间为5s。制作得到的锂离子电池编号为a4。所述隔膜聚烯烃基材层为pe/pp，pe/pp基材一侧涂覆氧化铝陶瓷，同时陶瓷层上涂覆聚偏氟乙烯聚合物层，隔膜厚度13μm，基材厚度9μm，陶瓷涂覆层厚度3μm，聚合物涂覆层厚度1μm。pe/pp基材的孔隙率为44.4％。其他与实施例1相同，不再赘述。实施例5与实施例1不同之处在于：注液前热压，温度为90℃，压力为6.0mpa，热压时间为5s。注液后热压，温度为90℃，压力为1.0mpa，热压时间为5s。制作得到的锂离子电池编号为a5。其他与实施例1相同，不再赘述。实施例6与实施例1不同之处在于：制作得到的锂离子电池编号为a6。所述隔膜的pe基材孔隙率为41％，基材一侧涂覆勃姆石，同时勃姆石层上涂覆聚四氟乙烯聚合物层，隔膜厚度16.1μm，基材厚度9μm，勃姆石涂覆层厚度7μm，聚四氟乙烯涂覆层厚度0.1μm。勃姆石粒子裸露面积相对于pe基材层的面积为10％。实施例7与实施例1不同之处在于：注液前热压，温度为70℃，压力为1.0mpa，热压时间为5s。注液后热压，温度为90℃，压力为1.0mpa，热压时间为5s。制作得到的锂离子电池编号为a7。所述隔膜的pe基材孔隙率为41％，基材两侧涂覆聚偏氟乙烯，隔膜厚度13μm，基材厚度9μm，聚偏氟乙烯涂覆层厚度2μm。其他与实施例1相同，不再赘述。实施例8与实施例1不同之处在于：卷绕后的电池直接置入铝塑膜包装壳内，注入电解液(组成成分ec:dmc:emc＝1:1:1，11.5％lipf6，1％vc)，进行化成和分容，制作得到的锂离子电池编号为a8。所述隔膜的pe基材孔隙率为41％，基材两侧涂覆氢氧化镁，隔膜厚度13μm，基材厚度9μm，氢氧化镁涂覆层厚度2μm。其他与实施例1相同，不再赘述。对比例1将正极极片(组成成分：96.8％钴酸锂，1.2％pvdf，2％superp)、负极极片(组成成分：96％石墨，2.8％sbr/cmc，1.2％superp)以及隔膜通过卷绕方式制作成电芯，电芯置入铝塑膜包装壳内，注入电解液(组成成分ec:dmc:emc＝1:1:1，11.5％lipf6，1％vc)，密封后的电池进行化成和分容，得到锂离子电池b1。所述隔膜为pe基材，隔膜厚度12μm。对实施例1-8所制备的锂离子电池样品a1-a8，以及对比例1制备的锂离子电池样品b1的各项性能进行测试，测试项目如下：(1)电池弯曲力测试将实施例1-8和对比例1的电芯通过弯曲试验机进行三点弯曲测试，以电芯形变15mm距离的对应施加力作为电芯的弯曲力。(2)循环性能测试将实施例1-8和对比例1的电池样品进行循环性能测试。1c/1c循环性能测试条件：温度25℃，以1c电流恒流充电至4.25v，恒压充电至电流小于等于0.05c，搁置5分钟，以1c电流恒流放电至3.0v，搁置5分钟，重复以上充电和放电步骤，循环500周，得到循环后电池放电容量的保持率。放电容量保持率＝500周循环后放电容量/初始放电容量*100％。循环开始前，测试电池的电阻，500周循环后测试电池的内阻，得到内阻变化率。内阻变化率＝500周循环后测试电池内阻/初始电阻*100％。(3)针刺性能测试(安全性测试)将实施例1-8和对比例1的电池样品进行针刺性能测试(安全性测试)。针刺条件：钢针直径3mm，针刺速度：25mm/s，每颗电池使用新的钢针进行测试。在电池表面贴付热电偶，采集针刺过程中电池表面最高温度。以上测试结果见表2。表2根据以上测试结果可知，与纯聚烯烃隔膜的锂离子电池b1和不含有粘接性涂覆隔膜的锂离子电池相比，含有粘接性隔膜的锂离子电池的弯曲力更大，结构紧密度更好，循环性能和针刺安全性能更加优异。当前第1页12