一種無隔膜的鋰離子電池卷芯及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無隔膜的鋰離子電池卷芯及其制備方法，其由正極片和負(fù)極片組成，所述正極片、負(fù)極片中至少一個(gè)極片的雙面均涂覆有功能涂層；所述功能涂層是由聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈混合而成。本發(fā)明通過涂覆在正極片或負(fù)極片上的功能涂層代替隔膜，一方面避免了由于隔膜錯(cuò)位造成正、負(fù)極接觸造成的短路，提高了動(dòng)力鋰離子電池的安全性能；另一方面由于功能涂層的厚度小于隔膜厚度，有利于提高電池的能量密度。
【專利說明】一種無隔膜的鋰離子電池卷芯及其制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種鋰離子電池，具體涉及一種無隔膜的鋰離子電池卷芯及其制備方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]鋰離子電池作為新一代的化學(xué)電源，已被應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)方面，從3C領(lǐng)域擴(kuò)展到儲(chǔ)能、電動(dòng)自行車/摩托車、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。隨著運(yùn)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，鋰電池的安全事故也常有發(fā)生，鋰電池的安全性能提升一直都是行業(yè)內(nèi)的重點(diǎn)關(guān)注技術(shù)問題。
[0005]鋰離子電池是一種二次電池(充電電池)，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作。在充放電過程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌:充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài);放電時(shí)則相反。鋰離子電池卷芯一般是由正極、負(fù)極、隔膜組成，其中隔膜是一種經(jīng)特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結(jié)構(gòu)，可以讓鋰離子自由通過，而電子不能通過。所以隔膜對鋰離子電池的安全性起著至關(guān)重要的作用，但目前其仍存在以下危險(xiǎn):一種是電池內(nèi)的雜質(zhì)、毛刺刺穿隔膜致使正、負(fù)極片直接接觸造成短路；另外一種是電池或電池系統(tǒng)處于熱失控的狀態(tài)是，隔膜破裂造成正、負(fù)極片大面積接觸，造成電池發(fā)生短路，極端情況下會(huì)發(fā)生爆炸。因此處于安全考慮徹底取代隔膜可以徹底解決由于隔膜帶來的安全隱患。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種無隔膜的鋰離子電池卷芯及其制備方法。
[0008]對于一種新型動(dòng)力鋰離子電池，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種無隔膜的鋰離子電池卷芯，其由正極片和負(fù)極片組成，所述正極片、負(fù)極片中至少一個(gè)極片的雙面均涂覆有功能涂層;所述功能涂層是由聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)混合而成。
[0009]進(jìn)一步方案，所述PVDF、PMMA和PAN三者的質(zhì)量比為8:1:1或7:1.5:1.5。
[0010]進(jìn)一步方案，所述功能涂層的總厚度小于10微米。
[0011]進(jìn)一步方案，所述正極片為雙面涂覆有富鋰材料的涂炭箔，所述富鋰材料為磷酸鐵鋰、NCM三元材料、錳酸鋰或鈷酸鋰;所述涂炭箔是指鋁箔的雙面涂覆有納米級碳納米管(CNT)或納米級石墨稀摻雜的炭層。
[0012]進(jìn)一步方案，所述負(fù)極片是指在銅箔的雙面涂覆有摻雜碳納米管(CNT)或石墨烯的石墨層。
[0013]本發(fā)明的另一個(gè)發(fā)明目的是提供上述一種無隔膜的鋰離子電池卷芯的制備方法，其步驟如下: (1)將鋁箔的雙面涂覆上正極漿料層，烘干得正極片；
(2)將銅箔的雙面涂覆上負(fù)極漿料層，烘干得負(fù)極片；
(3)在正極片的雙面均涂覆上功能涂層，烘干得阻隔正極片;或在負(fù)極片的雙面均涂覆上功能涂層，烘干得阻隔負(fù)極片；
(4)將阻隔正極片和負(fù)極片，或?qū)⒄龢O片和阻隔負(fù)極片，或?qū)⒆韪粽龢O片和阻隔負(fù)極片按照卷繞方式或疊片方式制成電池卷芯。
[0014]進(jìn)一步方案，所述步驟(I)中招箔是指雙面涂覆有富鋰材料的涂炭箔，所述富鋰材料為磷酸鐵鋰、NCM三元材料、猛酸鋰或鈷酸鋰;所述涂炭箔是指招箔的雙面涂覆有納米級碳納米管(CNT)或納米級石墨稀摻雜的炭層。
[0015]進(jìn)一步方案，所述步驟(2)中銅箔是指在銅箔的雙面涂覆有摻雜碳納米管(CNT)或石墨烯的石墨層。
[0016]進(jìn)一步方案，所述步驟(3)中功能涂層是由聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)按照質(zhì)量比為8:1:1或7:1.5:1.5混合而成。
[0017]本發(fā)明提供的鋰離子電池卷芯只包含正極片和負(fù)極片，其通過在正極片或負(fù)極片兩面涂覆上功能涂層，該功能涂層代替了現(xiàn)有電池卷芯中的隔膜，并避免了正極片、負(fù)極片直接接觸。
[0018]本發(fā)明中正極漿料層和負(fù)極漿料層的構(gòu)成是本領(lǐng)域現(xiàn)有公知的，在本發(fā)明不一一詳細(xì)說明，如正極漿料層為LFP、SP、Ks-6、PVDF按照質(zhì)量比為92.5:3.5:0.5:3.5配比組成，負(fù)極漿料層為CNT、石墨、SP、SBR、CMC按照質(zhì)量比為8.5:86:1.5:2.5:1.5配比組成。本發(fā)明制成的鋰離子電池卷芯與有機(jī)電解質(zhì)或聚合物電解質(zhì)制成鋰離子電池。
[0019]所以本發(fā)明用涂覆在正極片或負(fù)極片雙面上的功能涂層是由聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)混合組成，其具有電子、離子導(dǎo)電性的絕緣涂層，可以代替現(xiàn)有的隔膜，其一方面避免了由于隔膜錯(cuò)位造成正、負(fù)極片接觸造成的短路，提高了動(dòng)力鋰離子電池的安全性能；另一方面由于涂層厚度為小于10微米，其小于現(xiàn)有隔膜的厚度，從而有利于提高電池的能量密度。
[0020]
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明中正極片的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為實(shí)施例2卷繞方式制成的電池卷芯；
圖3為實(shí)施例3疊片方式制成的電池卷芯。
[0022]
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1
如圖1所示為正極片的結(jié)構(gòu)示意圖，基材層3是雙面涂覆有納米級碳納米管的涂炭鋁箔，在基材層3的雙面涂覆正極漿料層2，再在正極漿料層2上涂覆總厚度小于10微米的功能涂層I。
[0024]其中:正極漿料層是由LFP、SP、Ks-6、PVDF按照質(zhì)量比為92.5:3.5:0.5:3.5配比。
[0025]負(fù)極片是由雙面涂覆有摻雜碳納米管的銅箔為基層，在銅箔的雙面涂覆上負(fù)極漿料層形成，所述負(fù)極漿料層是由CNT、石墨、SP、SBR、CMC按照質(zhì)量比為8.5:86:1.5:2.5:1.5配比。
[0026]功能涂層是由PVDF、PMMA、PNA三者按照質(zhì)量比為8:1:1配比。
[0027]
實(shí)施例2:
(1)將雙面涂覆有納米級碳納米管的涂炭鋁箔的雙面涂覆上正極漿料層，烘干得正極片;
(2)將雙面涂覆有摻雜碳納米管石墨層的銅箔的雙面涂覆上負(fù)極漿料層，烘干得負(fù)極片;
(3)在正極片的雙面均涂覆上功能涂層，烘干得阻隔正極片；
(4)將阻隔正極片和負(fù)極片按照卷繞方式制成電池卷芯，如圖2所示。
[0028]
實(shí)施例3
(1)將雙面涂覆有納米級石墨烯摻雜炭層的涂炭鋁箔的雙面涂覆上正極漿料層，烘干得正極片；
(2)將雙面涂覆有摻雜石墨烯石墨層的銅箔的雙面涂覆上負(fù)極漿料層，烘干得負(fù)極片；
(3)在正極片的雙面均涂覆上功能涂層，烘干得阻隔正極片；
(4)將阻隔正極片和負(fù)極片按照疊片方式制成電池卷芯，如圖3所示。
[0029]
實(shí)施例4
(1)將雙面涂覆有納米級碳納米管的涂炭鋁箔的雙面涂覆上正極漿料層，烘干得正極片;
(2)將雙面涂覆有摻雜碳納米管石墨層的銅箔的雙面涂覆上負(fù)極漿料層，烘干得負(fù)極片;
(3)在負(fù)極片的雙面均涂覆上功能涂層，烘干得阻隔負(fù)極片(其結(jié)構(gòu)類似于圖1中阻隔正極片的結(jié)構(gòu))；
(4)將正極片和阻隔負(fù)極片按照卷繞方式制成電池卷芯。
[0030]應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請?jiān)淼那疤嵯?，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本申請的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無隔膜的鋰離子電池卷芯，其特征在于:其由正極片和負(fù)極片組成，所述正極片、負(fù)極片中至少一個(gè)極片的雙面均涂覆有功能涂層;所述功能涂層是由聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈混合而成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無隔膜的鋰離子電池卷芯，其特征在于:所述聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈的質(zhì)量比為8:1:1或7:1.5:1.5。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無隔膜的鋰離子電池卷芯，其特征在于:所述功能涂層的總厚度小于10微米。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無隔膜的鋰離子電池卷芯，其特征在于:所述正極片為雙面涂覆有富鋰材料的涂炭箔，所述富鋰材料為磷酸鐵鋰、NCM三元材料、猛酸鋰或鈷酸鋰;所述涂炭箔是指招箔的雙面涂覆有納米級碳納米管或納米級石墨稀摻雜的炭層。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無隔膜的鋰離子電池卷芯，其特征在于:所述負(fù)極片是指在銅箔的雙面涂覆有摻雜碳納米管或石墨烯的石墨層。6.如權(quán)利要求1所述的一種無隔膜的鋰離子電池卷芯的制備方法，其特征在于:步驟如下: (1)將鋁箔的雙面涂覆上正極漿料層，烘干得正極片； (2)將銅箔的雙面涂覆上負(fù)極漿料層，烘干得負(fù)極片； (3)在正極片的雙面均涂覆上功能涂層，烘干得阻隔正極片；或在負(fù)極片的雙面均涂覆上功能涂層，烘干得阻隔負(fù)極片； (4)將阻隔正極片和負(fù)極片，或?qū)⒄龢O片和阻隔負(fù)極片，或?qū)⒆韪粽龢O片和阻隔負(fù)極片按照卷繞方式或疊片方式制成電池卷芯。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中鋁箔是指雙面涂覆有富鋰材料的涂炭箔，所述富鋰材料為磷酸鐵鋰、NCM三元材料、猛酸鋰或鈷酸鋰;所述涂炭箔是指鋁箔的雙面涂覆有納米級碳納米管或納米級石墨烯摻雜的炭層。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中銅箔是指在銅箔的雙面涂覆有摻雜碳納米管或石墨烯的石墨層。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中功能涂層是由聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈按照質(zhì)量比為8:1:1或7:1.5:1.5混合而成。
【文檔編號】H01M10/0525GK105958112SQ201610467988
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】魏引利, 王擎, 王友路
【申請人】合肥國軒高科動(dòng)力能源有限公司