一种无隔膜的锂离子电池卷芯及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种无隔膜的锂离子电池卷芯及其制备方法，其由正极片和负极片组成，所述正极片、负极片中至少一个极片的双面均涂覆有功能涂层；所述功能涂层是由聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈混合而成。本发明通过涂覆在正极片或负极片上的功能涂层代替隔膜，一方面避免了由于隔膜错位造成正、负极接触造成的短路，提高了动力锂离子电池的安全性能；另一方面由于功能涂层的厚度小于隔膜厚度，有利于提高电池的能量密度。
【专利说明】一种无隔膜的锂离子电池卷芯及其制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种锂离子电池，具体涉及一种无隔膜的锂离子电池卷芯及其制备方法。
[0003]
【背景技术】
[0004]锂离子电池作为新一代的化学电源，已被应用于社会生活的各个方面，从3C领域扩展到储能、电动自行车/摩托车、电动汽车等领域。随着运用领域的不断扩大，锂电池的安全事故也常有发生，锂电池的安全性能提升一直都是行业内的重点关注技术问题。
[0005]锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态;放电时则相反。锂离子电池卷芯一般是由正极、负极、隔膜组成，其中隔膜是一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。所以隔膜对锂离子电池的安全性起着至关重要的作用，但目前其仍存在以下危险:一种是电池内的杂质、毛刺刺穿隔膜致使正、负极片直接接触造成短路；另外一种是电池或电池系统处于热失控的状态是，隔膜破裂造成正、负极片大面积接触，造成电池发生短路，极端情况下会发生爆炸。因此处于安全考虑彻底取代隔膜可以彻底解决由于隔膜带来的安全隐患。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是提供一种无隔膜的锂离子电池卷芯及其制备方法。
[0008]对于一种新型动力锂离子电池，本发明采用的技术方案是:
一种无隔膜的锂离子电池卷芯，其由正极片和负极片组成，所述正极片、负极片中至少一个极片的双面均涂覆有功能涂层;所述功能涂层是由聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)混合而成。
[0009]进一步方案，所述PVDF、PMMA和PAN三者的质量比为8:1:1或7:1.5:1.5。
[0010]进一步方案，所述功能涂层的总厚度小于10微米。
[0011]进一步方案，所述正极片为双面涂覆有富锂材料的涂炭箔，所述富锂材料为磷酸铁锂、NCM三元材料、锰酸锂或钴酸锂;所述涂炭箔是指铝箔的双面涂覆有纳米级碳纳米管(CNT)或纳米级石墨稀掺杂的炭层。
[0012]进一步方案，所述负极片是指在铜箔的双面涂覆有掺杂碳纳米管(CNT)或石墨烯的石墨层。
[0013]本发明的另一个发明目的是提供上述一种无隔膜的锂离子电池卷芯的制备方法，其步骤如下: (1)将铝箔的双面涂覆上正极浆料层，烘干得正极片；
(2)将铜箔的双面涂覆上负极浆料层，烘干得负极片；
(3)在正极片的双面均涂覆上功能涂层，烘干得阻隔正极片;或在负极片的双面均涂覆上功能涂层，烘干得阻隔负极片；
(4)将阻隔正极片和负极片，或将正极片和阻隔负极片，或将阻隔正极片和阻隔负极片按照卷绕方式或叠片方式制成电池卷芯。
[0014]进一步方案，所述步骤(I)中招箔是指双面涂覆有富锂材料的涂炭箔，所述富锂材料为磷酸铁锂、NCM三元材料、猛酸锂或钴酸锂;所述涂炭箔是指招箔的双面涂覆有纳米级碳纳米管(CNT)或纳米级石墨稀掺杂的炭层。
[0015]进一步方案，所述步骤(2)中铜箔是指在铜箔的双面涂覆有掺杂碳纳米管(CNT)或石墨烯的石墨层。
[0016]进一步方案，所述步骤(3)中功能涂层是由聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)按照质量比为8:1:1或7:1.5:1.5混合而成。
[0017]本发明提供的锂离子电池卷芯只包含正极片和负极片，其通过在正极片或负极片两面涂覆上功能涂层，该功能涂层代替了现有电池卷芯中的隔膜，并避免了正极片、负极片直接接触。
[0018]本发明中正极浆料层和负极浆料层的构成是本领域现有公知的，在本发明不一一详细说明，如正极浆料层为LFP、SP、Ks-6、PVDF按照质量比为92.5:3.5:0.5:3.5配比组成，负极浆料层为CNT、石墨、SP、SBR、CMC按照质量比为8.5:86:1.5:2.5:1.5配比组成。本发明制成的锂离子电池卷芯与有机电解质或聚合物电解质制成锂离子电池。
[0019]所以本发明用涂覆在正极片或负极片双面上的功能涂层是由聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)混合组成，其具有电子、离子导电性的绝缘涂层，可以代替现有的隔膜，其一方面避免了由于隔膜错位造成正、负极片接触造成的短路，提高了动力锂离子电池的安全性能；另一方面由于涂层厚度为小于10微米，其小于现有隔膜的厚度，从而有利于提高电池的能量密度。
[0020]
【附图说明】
[0021]图1为本发明中正极片的结构示意图；
图2为实施例2卷绕方式制成的电池卷芯；
图3为实施例3叠片方式制成的电池卷芯。
[0022]
【具体实施方式】
[0023]实施例1
如图1所示为正极片的结构示意图，基材层3是双面涂覆有纳米级碳纳米管的涂炭铝箔，在基材层3的双面涂覆正极浆料层2，再在正极浆料层2上涂覆总厚度小于10微米的功能涂层I。
[0024]其中:正极浆料层是由LFP、SP、Ks-6、PVDF按照质量比为92.5:3.5:0.5:3.5配比。
[0025]负极片是由双面涂覆有掺杂碳纳米管的铜箔为基层，在铜箔的双面涂覆上负极浆料层形成，所述负极浆料层是由CNT、石墨、SP、SBR、CMC按照质量比为8.5:86:1.5:2.5:1.5配比。
[0026]功能涂层是由PVDF、PMMA、PNA三者按照质量比为8:1:1配比。
[0027]
实施例2:
(1)将双面涂覆有纳米级碳纳米管的涂炭铝箔的双面涂覆上正极浆料层，烘干得正极片;
(2)将双面涂覆有掺杂碳纳米管石墨层的铜箔的双面涂覆上负极浆料层，烘干得负极片;
(3)在正极片的双面均涂覆上功能涂层，烘干得阻隔正极片；
(4)将阻隔正极片和负极片按照卷绕方式制成电池卷芯，如图2所示。
[0028]
实施例3
(1)将双面涂覆有纳米级石墨烯掺杂炭层的涂炭铝箔的双面涂覆上正极浆料层，烘干得正极片；
(2)将双面涂覆有掺杂石墨烯石墨层的铜箔的双面涂覆上负极浆料层，烘干得负极片；
(3)在正极片的双面均涂覆上功能涂层，烘干得阻隔正极片；
(4)将阻隔正极片和负极片按照叠片方式制成电池卷芯，如图3所示。
[0029]
实施例4
(1)将双面涂覆有纳米级碳纳米管的涂炭铝箔的双面涂覆上正极浆料层，烘干得正极片;
(2)将双面涂覆有掺杂碳纳米管石墨层的铜箔的双面涂覆上负极浆料层，烘干得负极片;
(3)在负极片的双面均涂覆上功能涂层，烘干得阻隔负极片(其结构类似于图1中阻隔正极片的结构)；
(4)将正极片和阻隔负极片按照卷绕方式制成电池卷芯。
[0030]应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
【主权项】
1.一种无隔膜的锂离子电池卷芯，其特征在于:其由正极片和负极片组成，所述正极片、负极片中至少一个极片的双面均涂覆有功能涂层;所述功能涂层是由聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈混合而成。2.根据权利要求1所述的一种无隔膜的锂离子电池卷芯，其特征在于:所述聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈的质量比为8:1:1或7:1.5:1.5。3.根据权利要求1所述的一种无隔膜的锂离子电池卷芯，其特征在于:所述功能涂层的总厚度小于10微米。4.根据权利要求1所述的一种无隔膜的锂离子电池卷芯，其特征在于:所述正极片为双面涂覆有富锂材料的涂炭箔，所述富锂材料为磷酸铁锂、NCM三元材料、猛酸锂或钴酸锂;所述涂炭箔是指招箔的双面涂覆有纳米级碳纳米管或纳米级石墨稀掺杂的炭层。5.根据权利要求1所述的一种无隔膜的锂离子电池卷芯，其特征在于:所述负极片是指在铜箔的双面涂覆有掺杂碳纳米管或石墨烯的石墨层。6.如权利要求1所述的一种无隔膜的锂离子电池卷芯的制备方法，其特征在于:步骤如下: (1)将铝箔的双面涂覆上正极浆料层，烘干得正极片； (2)将铜箔的双面涂覆上负极浆料层，烘干得负极片； (3)在正极片的双面均涂覆上功能涂层，烘干得阻隔正极片；或在负极片的双面均涂覆上功能涂层，烘干得阻隔负极片； (4)将阻隔正极片和负极片，或将正极片和阻隔负极片，或将阻隔正极片和阻隔负极片按照卷绕方式或叠片方式制成电池卷芯。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中铝箔是指双面涂覆有富锂材料的涂炭箔，所述富锂材料为磷酸铁锂、NCM三元材料、猛酸锂或钴酸锂;所述涂炭箔是指铝箔的双面涂覆有纳米级碳纳米管或纳米级石墨烯掺杂的炭层。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中铜箔是指在铜箔的双面涂覆有掺杂碳纳米管或石墨烯的石墨层。9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(3)中功能涂层是由聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈按照质量比为8:1:1或7:1.5:1.5混合而成。
【文档编号】H01M10/0525GK105958112SQ201610467988
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】魏引利, 王擎, 王友路
【申请人】合肥国轩高科动力能源有限公司