类固态元电芯及制备方法与流程

1.本发明属于蓄电池技术领域，更具体地说，是涉及一种类固态元电芯及制备方法。


背景技术：

2.目前，在锂电池生产过程中都是采用传统液态工艺体系，其电芯内部电极构成为：(正极+隔膜+负极)*n层(根据容量要求)，然后封装注入电解液化成激活而成。由于电极是正负极及隔膜直接层叠(或卷绕)而成，其结构松散强度不高极易弯曲变形，注入电解液浸润后极片变软更突出(尤其是极片涂覆薄或电芯整体厚度小的产品更明显)。安全性能方面，由于隔膜在正负极中间未敷合形成一个整体，在针刺时，隔膜刺破前，作用在隔膜上的力(隔膜的耐刺破强度)，会让隔膜产生向针刺点方向的位移，导致正负极边沿处，因隔膜位移收缩产生正负极片直接短路风险。从而导致目前现有的液态锂电池会存在钢性强度差、安全性能差、能量密度较低、温度适宜性能较弱等问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种类固态元电芯及制备方法，旨在解决现有技术中的传统锂电池存在的电池钢性强度差以及安全性能差的问题。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种类固态元电芯，包括多个正元电芯、多个与所述正元电芯相互交错堆叠的负元电芯、以及多个分别设置在所述正元电芯与所述负元电芯之间的第一隔膜层，其中所述正元电芯均包括多个正极片、多个分别位于两相邻正极片之间的负极片、以及设置在所述正极片与所述负极片之间的第二隔膜层，所述负元电芯均包括多个负极片、多个分别位于两相邻负极片之间的正极片、以及设置在所述正极片与所述负极片之间的第三隔膜层。
5.在一种可能的实现方式中，所述第一隔膜层为整体结构，所述第一隔膜层依次折叠形成用于将所述正元电芯与负元电芯分隔的容纳间隙，所述正元电芯与所述负元电芯均交错设置在容纳间隙内。
6.在一种可能的实现方式中，所述第二隔膜层为整体结构，所述第三隔膜层也为整体结构，且所述第二隔膜层与所述第三隔膜层分别依次折叠成用于容纳且分隔所述负极片与所述正极片的容纳间隙。
7.在一种可能的实现方式中，在所述正元电芯中所述正极片的数量为三个，且所述正元电芯中所述负极片的数量为两个。
8.在一种可能的实现方式中，在所述负元电芯中所述负极片的数量为三个，且所述负元电芯中所述正极片的数量为两个。
9.本发明提供的类固态元电芯的有益效果在于：与现有技术相比，包括由多个正极片、多个分别位于两相邻正极片之间的负极片、以及设置在所述正极片与所述负极片之间的第二隔膜层组成的正元电芯，由多个负极片、多个分别位于两相邻负极片之间的正极片、以及设置在所述正极片与所述负极片之间的第三隔膜层组成的负元电芯。将多个正元电芯
与多个所述负元电芯相互交错堆叠并通过第一隔膜层相互隔开。本发明类固态元电芯，在组合电芯的制作过程中，首先分别堆叠组成独立的正元电芯以及负元电芯。首先将正元电芯与负元电芯分别进行加热固化，然后再将正元电芯与负元电芯相互交错设置并通过第一隔膜层相互隔开，最后将组合好的组合电芯进行整体的固化。可以改善电芯正负极界面的接触阻抗，改善离子迁移路径和反应界面效率，多次的固化同时更加增强电池的整体钢性强度，提升电池的装配性和安全性。不仅有效的解决了极片松散极易弯曲变形，敷合成一体的结构不仅让离子迁移路径更短、反应界面更好，也让针刺等安全实验时避免了隔膜受力位移导致的安全隐患。同时也增强了电芯的钢性强度，提高了pack的成组效率，减小了安全隐患。
10.另一方面，本发明还实施例提供一种类固态元电芯的制备方法，用于制作上述任一项所述的类固态元电芯，包括如下步骤：
11.正元电芯制备，按正元电芯内极片与第二隔膜的排列顺序对正元电芯进行叠合，然后将叠合好的正元电芯放入固化装置中进行加热固化处理；
12.负元电芯制备，按负元电芯内极片与第三隔膜的排列顺序对负元电芯进行叠合，然后将叠合好的负元电芯放入固化装置中进行加热固化处理；
13.电芯组合，根据电芯的预设容量，选取指定数量正元电芯与负元电芯，并将正元电芯、负元电芯与第一隔膜按顺序依次堆叠，然后将叠合好的负元电芯在放入固化装置中进行加热固化处理，并在固化完成后进行自然冷却。
14.在一种可能的实现方式中，在所述正元电芯制备步骤、所述负元电芯制备步骤以及所述电芯组合步骤中将叠合好的电芯或组合电芯放入固化装置前均还包括如下步骤：
15.固化装置预热，将固化装置的加热单元打开使其加热到指定的温度，然后通过控制单元将固化装置的压力单元的压力值设定到预设压力值；
16.放入隔离层，在支撑板材上铺设一层隔离层，将堆叠好的电芯或组合电芯放置到隔离层上，然后在电芯或组合电芯的顶部再放置第二层隔离层，最后将支撑板材、电芯或组合电芯及两层隔离层同时放到固化装置的工作台上。
17.在一种可能的实现方式中，所述固化装置预热步骤中，所述固化装置内的预设加温度为80℃至105℃，所述固化装置的预设压力值为1mp至1.5mp，所述固化装置的预设施压时间为3min。
18.在一种可能的实现方式中，所述隔离层均为蜡光纸，且所述隔离层的面积尺寸大于电芯内极片的面积尺寸，所述隔离层的边缘凸出所述正元电芯或所述负元电芯内极片的边缘2cm至5cm。
19.在一种可能的实现方式中，还包括如下步骤：
20.电芯后期处理，在经过固化后组合元电芯上的相应位置焊接上极耳，将组合元电芯放入外壳内进行封装，并将封装后电芯进行干燥后向封装外壳内注入电解液，然后依次经过化成、分容以及二封成型后完成类固态电芯的制备。
21.本发明提供的类固态元电芯的制备方法的有益效果在于：与现有技术相比。在组合电芯的制作过程中，首先分别堆叠组成独立的正元电芯以及负元电芯。首先将正元电芯与负元电芯分别进行加热固化，然后再将正元电芯与负元电芯相互交错设置并通过第一隔膜层相互隔开，最后将组合好的组合电芯进行整体的固化。本发明类固态元电芯的制备方
法，可以改善电芯正负极界面的接触阻抗，改善离子迁移路径和反应界面效率，多次的固化同时更加增强电池的整体钢性强度，提升电池的装配性和安全性。不仅有效的解决了极片松散极易弯曲变形，敷合成一体的结构不仅让离子迁移路径更短、反应界面更好，也让针刺等安全实验时避免了隔膜受力位移导致的安全隐患。同时也增强了电芯的钢性强度，提高了pack的成组效率，减小了安全隐患。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明实施例提供的类固态元电芯的结构示意图；
24.图2为本发明实施例所采用的正元电芯的结构示意图；
25.图3为本发明实施例所采用的负元电芯的结构示意图。
26.图中：1、正元电芯；2、负元电芯；3、第一隔膜层；4、正极片；5、负极片；6、第二隔膜层；7、第三隔膜层；8、蜡光纸；9、支撑板材。
具体实施方式
27.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的类固态元电芯进行说明。类固态元电芯，包括多个正元电芯1、多个与正元电芯1相互交错堆叠的负元电芯2、以及多个分别设置在正元电芯1与负元电芯2之间的第一隔膜层3，其中正元电芯1均包括多个正极片4、多个分别位于两相邻正极片4之间的负极片5、以及设置在正极片4与负极片5之间的第二隔膜层6，负元电芯2均包括多个负极片5、多个分别位于两相邻负极片5之间的正极片4、以及设置在正极片4与负极片5之间的第三隔膜层7。
29.本实施例提供的类固态元电芯，与现有技术相比，包括由多个正极片4、多个分别位于两相邻正极片4之间的负极片5、以及设置在所述正极片4与所述负极片5之间的第二隔膜层6组成的正元电芯1，由多个负极片5、多个分别位于两相邻负极片5之间的正极片4、以及设置在所述正极片4与所述负极片5之间的第三隔膜层7组成的负元电芯2。将多个正元电芯1与多个所述负元电芯2相互交错堆叠并通过第一隔膜层3相互隔开。本发明类固态元电芯，在组合电芯的制作过程中，首先分别堆叠组成独立的正元电芯1以及负元电芯2。首先将正元电芯1与负元电芯2分别进行加热固化，然后再将正元电芯1与负元电芯2相互交错设置并通过第一隔膜层3相互隔开，最后将组合好的组合电芯进行整体的固化。可以改善电芯正负极界面的接触阻抗，改善离子迁移路径和反应界面效率，多次的固化同时更加增强电池的整体钢性强度，提升电池的装配性和安全性。不仅有效的解决了极片松散极易弯曲变形，敷合成一体的结构不仅让离子迁移路径更短、反应界面更好，也让针刺等安全实验时避免了隔膜受力位移导致的安全隐患。同时也增强了电芯的钢性强度，提高了pack的成组效率，
减小了蓄电池的安全隐患。
30.需要说明的是，第一隔膜层3、第二隔膜层6以及第三隔膜层7均采用锂电池常用的隔膜即可，在保证电解液通过的同时还可以对极片进行隔离。
31.其中，可以将正元电芯1或负元电芯2单独封装注液化成形成二次类固态锂离子电池；也可以将n只正元电芯1和(n+1)只负元电芯2，通过叠合方式组合成新的组合元电芯，再将0.2mm厚的蜡光纸8，在组合元电芯上下各垫一层，放于金属托板上，送入专用固化设备热敷合固化形成完整的类固态组合元电芯，最后封装注液化成形成二次类固态锂离子电池芯，提高组合电芯的容量。
32.一些可能的实现方式中，如图1至图3所示，第一隔膜层3为整体结构，第一隔膜层3依次折叠形成用于将正元电芯1与负元电芯2分隔的容纳间隙，正元电芯1与负元电芯2均交错设置在容纳间隙内。第一隔膜层3为整体结构并且通过将第一隔膜层3依次折叠形成用于将正元电芯1与负元电芯2分隔的容纳间隙，可以提高了第一隔膜层3的分隔能力以及分隔效果，大大提高蓄电池的安全性。
33.一些可能的实现方式中，如图1至图3所示，第二隔膜层6为整体结构，第三隔膜层7也为整体结构，且第二隔膜层6与第三隔膜层7分别依次折叠成用于容纳且分隔负极片5与正极片4的容纳间隙。第二隔膜层6与第三隔膜层7为整体结构并且通过将第二隔膜层6与第三隔膜层7依次折叠形成用于将正元电芯1与负元电芯2分隔的容纳间隙，可以提高了第二隔膜层6与第三隔膜层7的分隔能力以及分隔效果，可以防止第二隔膜层6与第三隔膜层7处发生泄漏，提高蓄电池的安全性。
34.一些可能的实现方式中，如图1至图3所示，在正元电芯1中正极片4的数量为三个，且正元电芯1中负极片5的数量为两个。相对应的第二隔膜层6的层数为四层，并且采用三个正极片4与两个负极片5，保证正极片4位于正元电芯1的两个端面上通过正元电芯1将负极片5夹在正元电芯1的内部。可以在保证正元电芯1固化效果的同时，也保证正元电芯1的加工效率，使组合电芯的生产组合效率更高。
35.一些可能的实现方式中，如图1至图3所示，在负元电芯2中负极片5的数量为三个，且负元电芯2中正极片4的数量为两个。相对应的第三隔膜层7的层数为四层，并且采用三个负极片5与两个正极片4，保证负极片5位于负元电芯2的两个端面上通过负元电芯2将正极片4夹在负元电芯2的内部。可以在保证正元电芯1固化效果的同时，也保证正元电芯1的加工效率，使组合电芯的生产组合效率更高。
36.另一方面，本发明还实施例提供一种类固态元电芯的制备方法，用于制作上述任一项的类固态元电芯，包括如下步骤：
37.正元电芯1制备，按正元电芯1内极片与第二隔膜的排列顺序对正元电芯1进行叠合，然后将叠合好的正元电芯1放入固化装置中进行加热固化处理；
38.优选的，正元电芯1中正极片4、负极片5以及第二隔膜层6的排列顺序为(2层负极3层正极4层第二隔膜层6)：正极片41
→
第二隔膜层61
→
负极片51
→
第二隔膜层62
→
正极片42
→
第二隔膜层63
→
负极片52
→
第二隔膜层64
→
正极片43。
39.负元电芯2制备，按负元电芯2内极片与第三隔膜的排列顺序对负元电芯2进行叠合，然后将叠合好的负元电芯2放入固化装置中进行加热固化处理；
40.优选的，负元电芯2中正极片4、负极片5以及第三隔膜层7的排列顺序为(2层正极3
层负极4层第三隔膜层7)：负极片51
→
第三隔膜层71
→
正极片41
→
第三隔膜层72
→
负极片52
→
第三隔膜层73
→
正极片42
→
第三隔膜层74
→
负极片53。
41.电芯组合，根据电芯的预设容量，选取指定数量正元电芯1与负元电芯2，并将正元电芯1、负元电芯2与第一隔膜按顺序依次堆叠，然后将叠合好的负元电芯2在放入固化装置中进行加热固化处理，并在固化完成后进行自然冷却。
42.在一种可能的实现方式中，在正元电芯1制备、负元电芯2制备以及电芯组合步骤中将叠合好的电芯或组合电芯放入固化装置前均还包括如下步骤：
43.固化装置预热，将固化装置的加热单元打开使其加热到指定的温度，然后通过控制单元将固化装置的压力单元的压力值设定到预设压力值；
44.放入隔离层，在支撑板材9上铺设一层隔离层，将堆叠好的电芯或组合电芯放置到隔离层上，然后在电芯或组合电芯的顶部再放置第二层隔离层，最后将支撑板材9、电芯或组合电芯及两层隔离层同时放到固化装置的工作台上。
45.并且在对正元电芯1、负元电芯2或者组合电芯固化的过程中，放置过程要平稳轻放，防止正元电芯1与正元电芯1中正负极片5和隔膜位置偏移错位，并且正元电芯1、负元电芯2或者组合电芯放置位置要居于金属托板的几何中心位置。
46.在一种可能的实现方式中，固化装置预热步骤中，固化装置内的预设加温度为80℃至105℃，固化装置的预设压力值为1mp至1.5mp，固化装置的预设施压时间为3min。其中作为优选的，固化装置内的预设加温度为95℃，固化装置的预设压力值为1.2mp，可以使电芯或组合电芯的固化效果更好。
47.在一种可能的实现方式中，隔离层均为蜡光纸8，且隔离层的面积尺寸大于电芯内极片的面积尺寸，蜡光纸8的边缘凸出正元电芯1或负元电芯2内极片的边缘2cm至5cm。作为优选的，蜡光纸8的边缘凸出的极片距离应为单边5cm。
48.在一种可能的实现方式中，还包括如下步骤：
49.电芯后期处理，在经过固化后组合元电芯上的相应位置焊接上极耳，将组合元电芯放入外壳内进行封装，并将封装后电芯进行干燥后向封装外壳内注入电解液，然后依次经过化成、分容以及二封成型后完成类固态电芯的制备。
50.本发明提供的类固态元电芯的制备方法的有益效果在于：与现有技术相比。在组合电芯的制作过程中，首先分别堆叠组成独立的正元电芯1以及负元电芯2。首先将正元电芯1与负元电芯2分别进行加热固化，然后再将正元电芯1与负元电芯2相互交错设置并通过第一隔膜层3相互隔开，最后将组合好的组合电芯进行整体的固化。本发明类固态元电芯的制备方法，可以改善电芯正负极界面的接触阻抗，改善离子迁移路径和反应界面效率，多次的固化同时更加增强电池的整体钢性强度，提升电池的装配性和安全性。不仅有效的解决了极片松散极易弯曲变形，敷合成一体的结构不仅让离子迁移路径更短、反应界面更好，也让针刺等安全实验时避免了隔膜受力位移导致的安全隐患。同时也增强了电芯的钢性强度，提高了pack的成组效率，减小了安全隐患。
51.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。