本发明涉及锂离子电池制造领域，具体而言，涉及一种改善电芯挤压性能的方法、锂离子电池的制备工艺及锂离子电池。
背景技术：
随着新能源汽车市场的不断发展，对锂离子电池的能量密度、倍率、循环、安全性能有了更高的要求，能量密度的提升要求在电池制造时使用更薄的基材(铜箔、铝箔、隔膜、铝塑膜等)，一般来说，基材变薄，其抗拉强度、抗刺穿强度都会发生相应的减弱。电芯挤压测试属于破坏性测试，意在模拟车辆发生碰撞时对电芯产生的挤压过程，当电芯使用更薄的基材时，其意味着这些部件更易发生结构破损，当破损的正极片或负极片刺透隔膜发生搭接时，极易引发热失控，进而产生冒烟、着火、爆炸。
现有改善锂离子电池挤压性能的方法主要围绕在使用厚基材、极片表面涂覆陶瓷层、提高粘结剂含量等。厚基材的使用意在提高基材抗拉及抗刺穿强度，但会影响电芯的体积能量密度、重量能量密度。极片表面涂覆陶瓷层意在隔膜发生破损时，极片表面的陶瓷涂层仍能起到隔绝正、负极接触的作用。提高粘结剂含量，意在提高正极片活性物质涂层与金属集流体(al箔)的粘结力，避免当极片发生破损时，正极活性物质涂层脱落，暴露出的al箔与满充电态的负极活性物质接触，引发电芯更为剧烈的短路情况(al箔与满充态负极活性物质接触，由于接触电阻小，其短路发热最为剧烈，危险性最高)。然而上述方法会带来电芯能量密度、容量、动力学性能、存储性能的降低。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种改善电芯挤压性能的方法，该方法能够提高电芯的硬度和耐挤压强度，使电芯不易破损或短路，同时不会显著影响电芯的能量密度及其整体电化学性能。
本发明的第二目的在于提供一种锂离子电池的制备工艺，该工艺包括上述改善电芯挤压性能的方法，因而至少具有与上述改善电芯挤压性能的方法相同的优势。
本发明的第三目的在于提供一种锂离子电池，该锂离子电池采用上述制备工艺制备而成，因而电化学性能良好，且安全性能高，电芯硬度高，电池耐挤压强度高，不易破损或短路。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种改善电芯挤压性能的方法，在隔膜、正极片或负极片中的至少一种的表面涂覆粘结剂涂层，然后对组装好的裸电芯进行热压即可。
作为进一步优选的技术方案，在隔膜的两侧分别涂覆粘结剂涂层，隔膜与粘结剂涂层之间还设置有陶瓷涂层。
作为进一步优选的技术方案，隔膜包括pe隔膜、pp隔膜或聚酯纤维无纺布中的至少一种。
作为进一步优选的技术方案，所述粘结剂涂层包括pvdf涂层或sbr涂层。
作为进一步优选的技术方案，所述粘结剂涂层的厚度为1-3μm。
作为进一步优选的技术方案，陶瓷涂层主要由陶瓷颗粒和粘结剂组成；
优选地，所述陶瓷颗粒包括al2o3、sio2、tio2或batio3中的至少一种；
优选地，所述粘结剂包括pvdf和/或sbr。
作为进一步优选的技术方案，热压时的压力为2-6mpa，温度为85-110℃，时间为1-5min；
优选地，压力为2-5mpa，温度为90-110℃，时间为2-5min；
进一步优选地，压力为3-5mpa，温度为90-105℃，时间为2-4min。
作为进一步优选的技术方案，在热压之后还包括注液的步骤，注液后常温静置24～48小时。
第二方面，本发明提供了一种锂离子电池的制备工艺，包括上述改善电芯挤压性能的方法。
第三方面，本发明提供了一种采用上述制备工艺制备而成的锂离子电池。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的改善电芯挤压性能的方法通过对隔膜、正极片或负极片中的至少一种的表面涂覆粘结剂涂层，然后对组装好的裸电芯进行热压，从而：首先，使得隔膜与正极片和负极片之间的粘结效果更强、电芯硬度更高，当电芯进行挤压测试时，由于电芯硬度增加，在电芯表面受力时，电芯受力面上力的传导更快，有助于实现整个受力面平摊受力，使电芯整体受力分散，避免局部受力超过材料的抗破坏强度，造成结构破损；其次，电芯变硬时，一旦挤压力过大造成电芯断裂，更易形成整齐的端口，减少端口处形成大量的毛刺，形成正、负极搭接从而引发短路的情况；另外，隔膜与极片的粘结效果增强，可以降低由于电芯受到挤压变形时，正极片和负极片之间的错动，进而避免引起短路；此外，在进行热压时裸电芯会被压缩，因而对电芯的体积能量密度影响较小，同时采用该方法改善电芯挤压性能，并未对正极和负极结构以及电解液的成分产生影响，对电芯整体电化学性能影响更小。
本发明提供的锂离子电池的制备工艺包括上述改善电芯挤压性能的方法，因而至少具有与上述改善电芯挤压性能的方法相同的优势。
本发明提供的锂离子电池采用上述锂离子电池的制备工艺制备而成，该锂离子电池的电化学性能良好，且安全性能高，电芯硬度高，电池耐挤压强度高，不易破损或短路。
附图说明
图1为采用实施例9的方法得到的隔膜部分的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
第一方面，本发明提供了一种改善电芯挤压性能的方法，在隔膜、正极片或负极片中的至少一种的表面涂覆粘结剂涂层，然后对组装好的裸电芯进行热压即可。
上述改善电芯挤压性能的方法通过对隔膜、正极片或负极片中的至少一种的表面涂覆粘结剂涂层，然后对组装好的裸电芯进行热压，从而：首先，使得隔膜与正极片和负极片之间的粘结效果更强、电芯硬度更高，当电芯进行挤压测试时，由于电芯硬度增加，在电芯表面受力时，电芯受力面上力的传导更快，有助于实现整个受力面平摊受力，使电芯整体受力分散，避免局部受力超过材料的抗破坏强度，造成结构破损；其次，电芯变硬时，一旦挤压力过大造成电芯断裂，更易形成整齐的端口，减少端口处形成大量的毛刺，形成正、负极搭接从而引发短路的情况；另外，隔膜与极片的粘结效果增强，可以降低由于电芯受到挤压变形时，正极片和负极片之间的错动，进而避免引起短路；此外，在进行热压时裸电芯会被压缩，因而对电芯的体积能量密度影响较小，同时采用该方法改善电芯挤压性能，并未对正极和负极结构以及电解液的成分产生影响，对电芯整体电化学性能影响更小。
应当理解的是，上述“在隔膜、正极片或负极片中的至少一种的表面涂覆粘结剂涂层”是指，可以在隔膜、正极片或负极片的表面涂覆粘结剂涂层；也可以在隔膜和正极片的表面，隔膜和负极片的表面，正极片和负极片的表面，或者隔膜、正极片和负极片的表面涂覆粘结剂涂层。上述“表面”包括单侧或两侧，即可以在隔膜、正极片或负极片中的至少一种的单侧涂覆粘结剂涂层，也可以在隔膜、正极片或负极片中的至少一种的两侧涂覆粘结剂涂层。
上述“涂覆”的方式包括但不限于浸涂、喷涂或旋涂。
上述“裸电芯”是指隔膜、正极片和负极片经组装后形成的电芯结构，由于还未注入电解液，因而称为裸电芯。本发明对裸电芯的组装方式不做特别限定，采用本领域的常规技术手段即可，包括但不限于叠片式组装或卷绕式组装。
在一种优选的实施方式中，在隔膜的两侧分别涂覆粘结剂涂层，隔膜与粘结剂涂层之间还设置有陶瓷涂层。在隔膜的两侧涂覆粘结剂涂层后，隔膜即可与正极片和负极片形成良好的粘结，该方法工艺简便，制成的电芯结构更加规整。隔膜由于在制备过程中存在内应力，在高温环境下应力释放，隔膜会发生明显的热收缩效应，从而使得电池内部正负极材料直接接触导致内短路产生，发生安全故障，通过设置陶瓷涂层则能有效提高隔膜的耐高温性质，防止电芯内部发生短路，进而提高电芯的安全性；此外陶瓷涂层还能改善隔膜和极片间电解液的浸润性，降低极化，提高电池的循环性能。
在一种优选的实施方式中，隔膜包括pe隔膜、pp隔膜或聚酯纤维无纺布中的至少一种。上述隔膜典型但非限制性的包括pe隔膜，pp隔膜，聚酯纤维无纺布，pe隔膜和pp隔膜的复合隔膜，pe隔膜和聚酯纤维无纺布的复合隔膜，pp隔膜和聚酯纤维无纺布的复合隔膜，或pe隔膜、pp隔膜和聚酯纤维无纺布的复合隔膜。pe(polyethylene，聚乙烯)隔膜对环境应力敏感，耐低温相对pp隔膜更好。pp(polypropylene，聚丙烯)隔膜相对更耐高温，密度比pp隔膜小，熔点和闭孔温度比pe高，对环境应力相对不敏感。聚酯纤维无纺布具有低温输出、充电循环寿命长、机械强度适中的特点。
在一种优选的实施方式中，所述粘结剂涂层包括pvdf涂层或sbr涂层。pvdf(polyvinylidenefluoride，聚偏氟乙烯)涂层主要采用pvdf制成，具有涂覆均匀性好、粘性强的优点。sbr(styrene-butadienerubber，丁苯橡胶)涂层主要采用sbr制成，粘性强，采用少量的sbr即可实现良好的粘结效果。
在一种优选的实施方式中，所述粘结剂涂层的厚度为1-3μm。上述粘结剂涂层的厚度典型但非限制性的为1μm、1.2μm、1.4μm、1.6μm、1.8μm、2μm、2.2μm、2.4μm、2.6μm、2.8μm或3μm。厚度太小会使得粘结效果变差，厚度太大则可能引起隔膜堵孔，进而影响电芯的动力学性能，本优选实施方式中的粘结剂涂层的厚度最为适中，既能保证良好的粘结效果，又能避免影响电芯的动力学性能。
在一种优选的实施方式中，陶瓷涂层主要由陶瓷颗粒和粘结剂组成。
优选地，所述陶瓷颗粒包括al2o3、sio2、tio2或batio3中的至少一种。上述陶瓷颗粒具有热、化学、力学稳定性好等特点，应用于锂电池隔膜可以防止高温时热失控的扩大，提高电池的热稳定性；其次陶瓷颗粒表面的-oh等基团亲液性较强，从而提高隔膜对于电解液的浸润性。
优选地，所述粘结剂包括pvdf和/或sbr。
在一种优选的实施方式中，热压时的压力为2-6mpa，温度为85-110℃，时间为1-5min。上述热压的压力典型但非限制性的为2mpa、2.5mpa、3mpa、3.5mpa、4mpa、4.5mpa、5mpa、5.5mpa或6mpa；上述温度典型但非限制性的为85℃、87℃、89℃、90℃、92℃、94℃、96℃、98℃、100℃、102℃、104℃、105℃、106℃、108℃或110℃；上述时间典型但非限制性的为1min、1.5min、2min、2.5min、3min、3.5min、4min、4.5min或5min。采用上述热压的压力、温度和时间能够使裸电芯中的粘结剂涂层充分溶胀，增强粘结力。
优选地，压力为2-5mpa，温度为90-110℃，时间为2-5min。
进一步优选地，压力为3-5mpa，温度为90-105℃，时间为2-4min。
通过进一步优选热压的压力、温度和时间，进一步优化粘结剂涂层的粘结力，从而使隔膜与极片间的粘结效果更强，进一步提高电芯硬度、避免引起短路等。
在一种优选的实施方式中，在热压之后还包括注液的步骤，注液后常温静置24～48小时。裸电芯热压可能造成注液工序电解液浸润性较差，通过调整静置条件为常温静置24～48小时，能加强电解液的浸润效果，进而保证电芯的电化学性能。
上述“常温”也称为室温，是指20±5℃；上述静置时间典型但非限制性的为24小时、25小时、26小时、27小时、28小时、29小时、30小时、31小时、32小时、33小时、34小时、35小时、36小时、37小时、38小时、39小时、40小时、41小时、42小时、43小时、44小时、45小时、46小时、47小时或48小时。
第二方面，在一些实施例中提供了一种锂离子电池的制备工艺，包括上述改善电芯挤压性能的方法。上述锂离子电池的制备工艺包括上述改善电芯挤压性能的方法，因而至少具有与上述改善电芯挤压性能的方法相同的优势。
第三方面，在一些实施例中提供了一种采用上述制备工艺制备而成的锂离子电池。上述锂离子电池采用上述锂离子电池的制备工艺制备而成，该锂离子电池的电化学性能良好，且安全性能高，电芯硬度高，电池耐挤压强度高，不易破损或短路。
下面结合实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
一种改善电芯挤压性能的方法，在隔膜的两侧涂覆粘结剂涂层，隔膜为pe隔膜，粘结剂涂层为pvdf涂层，涂层厚度为0.5μm；
然后将有粘结剂涂层的隔膜、正极片和负极片组装成裸电芯，再对组装好的裸电芯进行热压，热压时的压力为10mpa，温度为80℃，时间为7min，注液后常温静置24小时。
实施例2
一种改善电芯挤压性能的方法，与实施例1不同的是，涂层厚度为4μm。
实施例3
一种改善电芯挤压性能的方法，与实施例1不同的是，涂层厚度为1μm。
实施例4
一种改善电芯挤压性能的方法，与实施例1不同的是，涂层厚度为2μm。
实施例5
一种改善电芯挤压性能的方法，与实施例1不同的是，涂层厚度为3μm。
实施例3-5中的涂层厚度在本发明优选的范围内。
实施例6
一种改善电芯挤压性能的方法，与实施例5不同的是，热压时的压力为2mpa，温度为110℃，时间为1min。
实施例7
一种改善电芯挤压性能的方法，与实施例5不同的是，热压时的压力为6mpa，温度为85℃，时间为5min。
实施例8
一种改善电芯挤压性能的方法，与实施例5不同的是，热压时的压力为4mpa，温度为100℃，时间为3min。
实施例6-8的热压条件在本发明的优选范围内。
实施例9
一种改善电芯挤压性能的方法，与实施例8不同的是，如图1所示，在隔膜与粘结剂涂层之间还设置有陶瓷涂层，陶瓷涂层主要由陶瓷颗粒和粘结剂组成，所述陶瓷颗粒为al2o3，所述粘结剂为pvdf。
实施例10
一种改善电芯挤压性能的方法，与实施例9不同的是，在热压之后还包括注液的步骤，注液后常温静置48小时。
实施例11
一种改善电芯挤压性能的方法，与实施例10不同的是，在正极片的两侧涂覆粘结剂涂层。
实施例12
一种改善电芯挤压性能的方法，与实施例10不同的是，在负极片的两侧涂覆粘结剂涂层。
实施例13-24
一种锂离子电池的制备工艺，分别包括实施例1-12所述的改善电芯挤压性能的方法。
对比例1
一种锂离子电池的制备工艺，与实施例1不同的是，包括提高隔膜厚度以改善电池挤压性能的步骤，隔膜厚度为实施例1中隔膜厚度1.5倍。
对比例2
一种锂离子电池的制备工艺，包括在正极片表面涂覆陶瓷层以改善电池挤压性能的步骤，所述陶瓷层主要由陶瓷颗粒和粘结剂组成，所述陶瓷颗粒为al2o3，所述粘结剂为pvdf。
对比例3
一种锂离子电池的制备工艺，与实施例1不同的是，包括提高正极片中粘结剂含量以改善电池挤压性能的步骤，粘结剂含量为实施例1中粘结剂含量的2倍。
性能测试
分别对实施例13-24和对比例1-3制备得到的锂离子电池采用锂电池分容柜对其进行电化学性能测试，然后按照gb/t31485-2015进行挤压测试，测试结果如表1所示。
表1锂离子电池性能测试表
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。