一种锂离子电池及其制备方法和用途与流程

本发明属于电池领域，涉及一种锂离子电池及其制备方法和用途，由其涉及一种基于叠片式电芯提升安全性的锂离子电池及其制备方法和用途。
背景技术：
：动力锂离子电芯因其能量密度高，使用寿命长等因素，已为新能源汽车所广泛使用，其销量逐年攀升；基于锂离子电池的快速推广，使用领域越来越多，对其安全性能要求也越来越高，按照级别可分为：电池包的安全、电池模组的安全、单体电芯的安全。单体电芯的安全是最为关键的，只有保证单体电芯的安全性能才能确保电池模组及电池包的安全；关于单体电芯的安全改善，其可分为材料、体系的改善和电芯结构的改善；材料、体系的改善主要包括利用热稳定性较好的正负极材料、添加阻燃添加剂的电解液、热收缩更好的锂离子隔膜；电芯结构的改善方面包括过流保护装置(fuse)、过充保护设计(overchargesafetydesign，osd)、针刺保护设计(nailsafetydesign,nsd)等结构器件以及电芯极组的结构方式改善。cn103247818a公开了一种高比能量软包装叠片式磷酸铁锂电池及其制造方法，所述电池包括有电池外壳，电池外壳内设置有正极极片与负极极片，正极极片与负极极片之间设置有隔膜层，隔膜层上分布有微孔，同时，正极极片上连接有正极极耳，负极极片上连接有负极极耳，正极极耳、负极极耳与电池外壳的结合处均设置有独立的绝缘膜，电池外壳内设置有电解液；cn111063942a公开了一种叠片式锂离子电池，包括正负极片、隔膜、正负输出极耳箔、正负极耳，所述正极片和负极片交错堆叠，以隔膜相隔，所述电芯的两端各设置至少一个正负极耳，所述每张正极片相对的两个端部，各设置至少一个正输出极耳箔，每一端上下对应的正输出极耳箔固定连接，并与相应的正极耳相连；所述每张负极片相对的两个端部，各设置至少一个负输出极耳箔，每一端上下对应的负输出极耳箔固定连接，并与相应的负极耳相连；上述文献中的叠片式电芯极组的设计并未改善其内部热蔓延的方式，电芯极组安全性仍有待提升。因此，开发一种基于叠片式电芯极组的安全改善的锂离子电池及其制备方法仍具有重要意义。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种锂离子电池及其制备方法和用途，尤其是提供一种基于叠片式电芯提升安全性的锂离子电池及其制备方法，所述锂离子电池包括叠片式电芯极组，所述叠片式电芯极组的侧边设置有耐高温阻燃材料，使得叠片式电芯内的热扩散蔓延方式由x/z方向的二维扩散蔓延转变为卷绕形式的z方向的一维扩散蔓延，减少叠片式电芯失效时对壳体的热冲击，同时，耐高温阻燃材料的设置能有效降低热扩散的热传导速率及失效时的破坏性，进而有效减弱叠片式电芯因失效造成的损坏，提高叠片式电芯的安全性，且耐高温阻燃材料的设置还能有效改善叠片式电芯极组侧边的稳定性。为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：第一方面，本发明提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括叠片式电芯极组，所述叠片式电芯极组的侧边设置有耐高温阻燃材料。叠片式锂离子电池相较于卷绕式锂离子电池具有能量密度更高、内部空间利用率更优、寿命更长、内部膨胀率更小、电芯阻值更低等优点；但当电芯发生热失控时，叠片式电芯内热扩散蔓延的方式为x/z方向的二维扩散蔓延，由于叠片式电芯极组的侧边无保护而易形成热蔓延通路，较卷绕式电芯的壳体受到的破坏冲击更大，壳体损害程度更加严重；同时，叠片式电芯由于其极组侧边是层叠结构，不利于每层之间的整体贴合，使得其完整性更差；为解决上述问题，并保留叠片式电芯的优势，本发明所述锂离子电池中在叠片式电芯极组的侧边设置耐高温阻燃材料，其能有效改善叠片式电芯的结构缺陷，并通过耐高温阻燃材料的设置减缓热蔓延的速率、降低热失控的破坏性、提升叠片式电芯的完整性。本发明所述锂离子电池基于叠片式电芯热失控时二维热蔓延对壳体破坏性大、电芯极组完整性差的问题，在叠片式电芯极组的侧边设置耐高温阻燃材料，一方面，其能将叠片式电芯极组内的热蔓延方式由x/z方向的二维热蔓延转变为类似卷绕式电芯的z方向的一维热蔓延，降低叠片式电芯极组热失控对电池壳体的破坏，提高叠片式电芯极组的完整性；另一方面，耐高温阻燃材料能有效降低叠片式电芯极组热失控时的热扩散速率，减弱热失控的破坏程度，提高叠片式电芯极组和壳体的完整性，进而增加叠片式电芯极组的安全性，同时保留了叠片式电芯极组的优势，其对于提升叠片式锂离子电池的综合性能起到关键作用；且耐高温阻燃材料的设置还能有效改善叠片式电芯极组侧边的稳定性。本发明所述锂离子电池安全性的改善是基于叠片式电芯极组结构安全的改善。本发明所述耐高温阻燃材料中的“耐高温”指的是所述材料在500℃下保持30min以上；其中，“阻燃”指的是所述材料能够在500℃内不被燃烧损坏，完整性较好。本发明中叠片式电芯极组的侧边指的是垂直于极耳所在边及极片平面的边。优选地，叠片式电芯极组的两侧侧边均设置有耐高温阻燃材料。优选地，所述耐高温阻燃材料包括耐高温阻燃胶带。本发明中设置在叠片式电芯极组侧边的耐高温阻燃材料以耐高温阻燃胶带的形式存在，其能将叠片式电芯极组的热蔓延方式由x/z方向的二维热蔓延转变为z方向的一维热蔓延，同时，有效减缓叠片式电芯极组失效时热蔓延的速率、减弱热失控破坏程度、提升内部极组及壳体的完整性，且有利于改善叠片式电芯极组侧边的稳定性。优选地，所述叠片式电芯极组为方形铝壳电芯。优选地，所述耐高温阻燃胶带包括云母胶带、氧化镁材料胶带等陶瓷材料胶带中的至少一种。优选地，所述叠片式电芯极组侧边的耐高温阻燃材料的单侧厚度小于极组与壳体侧边间隙。优选地，所述叠片式电芯极组侧边的耐高温阻燃材料的宽度为大于等于极组侧边宽度。本发明中设置位于叠片式电芯极组侧边的耐高温阻燃材料的厚度和宽度在上述范围内，其能有效将叠片式电芯内的热蔓延方式由二维热蔓延转变为卷绕式的一维热蔓延方式，减少叠片式电芯极组热失控对壳体的破坏，同时减缓热蔓延的热传导速率，提高电池的安全性。第二方面，本发明提供了如第一方面所述的锂离子电池的制备方法，所述制备方法包括：叠片式电芯极组制作；及在叠片式电芯极组的侧边包覆耐高温阻燃材料；之后组装，得到锂离子电池。叠片和卷绕是电芯极组的两种制作方法，叠片式电芯极组相较于卷绕式电芯极组具有能量密度更高、内部空间利用率更优、寿命更长的、内部膨胀力更小、电芯阻值更低等优点；但由于其侧边无保护，在叠片式电芯极组热失控时其侧边会形成热蔓延通路，电芯整体性差，侧边壳体破坏更加严重；且其侧边的层叠结构不利于每层之间的整体贴合；为了保留叠片式电芯的性能优势，同时改善其结构缺陷；本申请所述锂离子电池的制备方法基于叠片式电芯极组，在其侧边包覆耐高温阻燃材料，之后组装，得到锂离子电池；采用上述制备方法既保留了叠片式电芯极组的性能优势，又有效改善了其结构缺陷，进而改善基于叠片式电芯极组的锂离子电池的安全性，其对于改善锂离子电池的综合性能具有重要意义。优选地，叠片式电芯极组的制作方法包括：匀浆、涂布、极卷分切、辊压，得到正极极片和负极极片；及将正极极片和负极极片进行叠片，绝缘胶带包覆，得到叠片式电芯极组。上述叠片式电芯极组的制备过程中，电极段可采用常规制作方式进行匀浆，得到正负极浆料，之后涂布、极卷分切、辊压，得到所需尺寸的正极极片和负极极片；之后装配段，采用叠片方式将正极极片和负极极片合成叠片式电芯极组，叠片式电芯机组的外侧设置有绝缘胶带的包覆层。此处将正极极片和负极极片进行叠片时，正极极片和负极极片间隔层叠，正极极片和负极极片之间设置有隔膜层。优选地，在叠片式电芯极组的侧边包覆耐高温阻燃材料的方法包括：在叠片式电芯极组的侧边粘贴耐高温阻燃胶带，固定。在叠片式电芯极组的侧边粘贴耐高温阻燃胶带后，为避免耐高温阻燃胶带串动，影响锂离子电池结构稳定性，本发明所述方法包括对位于叠片式电芯极组侧边的耐高温阻燃胶带进行固定，以提高其稳定性，防止串动，进而改善电池稳定性。优选地，所述耐高温阻燃胶带的上下边缘采用绝缘胶带进行固定。优选地，所述耐高温阻燃胶带的左右边缘采用耐高温阻燃胶带进行固定。此处耐高温阻燃胶带的上下边缘指的是胶带的长度，左右边缘指的是胶带的宽度；其中，上下边缘采用耐高温绝缘胶带，使耐高温阻燃胶带上下方向固定，左右边缘采用耐高温绝缘胶带，使耐高温阻燃胶带左右方向固定。优选地，所述组装的方法还包括将包覆耐高温阻燃材料的叠片式电芯极组的侧边进行绝缘处理。此处所述绝缘处理包括极组与壳体间的绝缘、极耳与壳体间的绝缘。优选地，绝缘处理后还包括入壳、壳体周边焊、注液、预充、化成，得到锂离子电池。作为本发明优选的技术方案，所述锂离子电池的制备方法包括：通过匀浆、涂布、极卷分切、辊压，得到正极极片和负极极片，将正极极片和负极极片进行叠片，绝缘胶带包覆，得到叠片式电芯极组；及在叠片式电芯极组的侧边粘贴耐高温阻燃胶带，所述耐高温阻燃胶带的上下边缘采用绝缘胶带进行固定，所述耐高温阻燃胶带的左右边缘采用耐高温阻燃胶带进行固定；及待固定完成后，对叠片式电芯极组的侧边进行绝缘处理，之后入壳、壳体周边焊、注液、预充、化成，得到锂离子电池。第三方面，本发明提供了如第一方面所述的锂离子电池的用途，所述锂离子电池用于电动汽车。本发明所述锂离子电池基于叠片式电芯极组结构安全的改善，可用于提高电动汽车的安全性能。相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：(1)本发明所述锂离子电池基于叠片式电芯极组，在叠片式电芯极组的侧边设置耐高温阻燃材料，达到了在保留叠片式电芯极组性能优势的基础上，使得叠片式电芯极组内的热扩散蔓延方式由x/z方向的二维扩散蔓延转变为卷绕形式的z方向的一维扩散蔓延，减少叠片式电芯失效时对壳体的热冲击，同时，耐高温阻燃材料的设置能有效降低热扩散的热传导速率及失效时的破坏性，进而有效减弱叠片式电芯因失效造成的损坏，提高叠片式电芯的安全性；(2)本发明所述锂离子电池中叠片式电芯极组的侧边设置耐高温阻燃材料，其能明显改善电芯极组侧边的结构稳定性；(3)本发明所述锂离子电池的制备方法简单，易于工业化应用。附图说明图1是传统卷绕式方形铝壳电芯内的热蔓延方式示意图；图2是传统叠片式方形铝壳电芯内的热蔓延方式示意图；图3是本发明所述锂离子电池内叠片式电芯极组侧边设置耐高温阻燃材料的结构示意图；图4是本发明叠片式电芯极组的电极段的工艺过程示意图；图5是本发明叠片式电芯极组的装配段的工艺过程示意图。具体实施方式下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。传统卷绕式方形铝壳电芯内的热蔓延方式示意图如图1所示，由图1可以看出，其内电芯极组内的热蔓延方式为z方向的一维热蔓延，当电芯极组热失控时，其对整体结构破坏较小，但相较于叠片式电芯，其存在能量密度低等缺陷。传统叠片式方形铝壳电芯内的热蔓延方式示意图如图2所示，由图2可以看出，传统叠片式方形铝壳电芯内的热蔓延方式为x/z方向的二维热蔓延方式，当电芯极组热失控时，相较于卷绕式电芯，其对电芯极组侧边壳体的破坏更加严重；且叠片式电芯极组的侧边无保护，其在热失控时会形成热蔓延通路，对电芯极组整体结构的破坏更加严重，完整性差；且叠片式电芯极组的侧边是层叠结构，不利于每层之间的整体贴合，存在结构缺陷。本发明所述锂离子电池的结构示意图如图3所示，由图3可以看出，所述锂离子电池中叠片式电芯极组的侧边增设了耐高温阻燃材料，例如，耐高温阻燃胶带；其能改变叠片式电芯极组内的热蔓延方式，控制叠片式电芯极组侧边的热蔓延通路，减少电芯极组失效时对壳体的破坏，改善叠片式电芯极组的完整性，同时，降低电芯极组热失控时的热扩散速率，提高电芯极组安全性，同时保留了叠片式电芯极组的性能优势，所述耐高温阻燃材料的设置还可紧固叠片式电芯极组的侧边稳定性。本发明叠片式电芯极组的电极段的工艺过程示意图如图4所示，由图4可以看出，所述工艺过程包括正负极匀浆、正负极涂布、正负极卷分切、辊压，正负极分切，得到正极极片和负极极片。本发明叠片式电芯极组的装配段的工艺过程示意图如图5所示，由图5可以看出，所述工艺过程包括以下步骤：叠片极组制作：采用叠片的方式将正极极片和负极极片合成叠片式电芯极组，叠片式电芯极组的侧边采用绝缘胶带包覆；及在叠片式电芯极组的侧边包覆耐高温阻燃材料；进行绝缘处理；及叠片式电芯极组入壳、焊接、注液、预充、化成、包膜，得到锂离子电池。实施例1本实施例中锂离子电池为方形铝壳电芯锂离子电池；其中正极极片为三元材料；负极极片为石墨；叠片顺序为负极-隔膜-正极-隔膜，依次循环，叠片层数为正极极片n、负极极片n+1，隔膜采用两侧涂胶，单侧陶瓷的设计；耐高温阻燃材料采用云母胶带；胶带宽度等于叠片式电芯极组的厚度；胶带的厚度为0.5mm；绝缘胶带采用茶色耐高温胶带。锂离子电池的制备过程采用如图4和图5所述的工艺流程；云母胶带(5453-1玻璃粉云母胶带等)的上下边缘和左右边缘分别采用绝缘胶带和云母胶带固定。实施例2本实施例与实施例1的区别在于，将云母胶带替换为等尺寸的氧化镁材料胶带(具有氧化镁涂层的胶带)，其他参数和条件与实施例1中完全相同。其制备过程中，氧化镁材料胶带的上下边缘和左右边缘分别采用绝缘胶带和氧化镁胶带固定。实施例3本实施例与实施例1的区别在于，制备过程中云母胶带的边缘不进行固定，其他参数和条件与实施例1中完全相同。实施例4本实施例与实施例1的区别在于，将云母胶带等尺寸的替换为陶瓷材料胶带(氧化铝材料胶带)，其他参数和条件与实施例1中完全相同。对比例1本对比例与实施例1的区别在于，叠片式电芯极组的侧边不设置云母胶带，即其侧边无保护，其他参数和条件与实施例1中完全相同。对实施例和对比例所得锂离子电池进行失效过程热蔓延速率及失效后电芯的完整性测试；热蔓延速率的测试方法为失效电芯致使其他电芯失效的时间；失效后完整性测试方法包括残余重量、拆解后极组完整性等。上述测试结果如表1所示，以对比例中的锂离子电池的热蔓延速率和失效后电池的完整性为基础，即对比例中热扩散速率为1，完整性为1；实施例和对比例的测试结果如下表所示；表1失效时热扩散速率失效后完整性实施例11/31.5实施例21/2.51.4实施例31/31.2实施例41/2.51.3对比例111由上表可以看出，本发明实施例中锂离子电池中叠片式电芯极组的侧边设置耐高温阻燃胶带，其能改变叠片式电芯极组内的热蔓延方式，明显减缓锂离子电池失效时的热扩散速率，失效后锂离子电池的完整性也明显提高；其失效时热扩散速率可减缓为对比例中的1/3，失效后的完整性可提升为对比例的1.5倍。申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属
技术领域：
的技术人员应该明了，任何属于本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。当前第1页12