膨胀胶纸、圆柱形锂离子电池电芯及其贴胶方法

技术领域

本发明属于卷绕电芯技术领域，具体涉及一种膨胀胶纸、圆柱形锂离子电池电芯及其贴胶方法。

背景技术

随着科技水平的不断提高，锂电池也逐渐在各行各业被广泛使用。现有电芯制造技术中，通过卷绕机将电芯正负极极片和隔离膜做好卷绕后，在隔离膜收尾位置贴上PET单层的终止胶带，使得裸电芯定形后焊接极耳入壳，例如专利CN107845819A公开了一种锂锰圆柱电池全自动卷绕机，采用终止胶供给机构对卷绕形成的电芯粘贴终止胶带。该方案中终止胶带无法渗入过多电解液，贴在裸电芯表面会影响卷芯浸润以及存储更多的电解液，且目前胶带无法储存电解液，循环后期电解液不足，加速电池的循环性能衰减。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供了一种膨胀胶纸、圆柱形锂离子电池电芯及其贴胶方法，本发明通过在膨胀胶纸上设置有多孔，改善了传统终止胶带的电解液浸润情况，本发明提供的膨胀胶纸可以初始容纳更多的电解液存储在膨胀层内，提高电芯的保液能力，可以明显改善圆柱形锂离子电池的循环寿命。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明第一方面提供了一种膨胀胶纸，所述膨胀胶纸包括：

双面胶层，用于对卷绕电芯外层进行封口收尾；

膨胀层，设置于所述双面胶层外侧；

热熔胶层，设置于膨胀层外侧；

通孔，贯穿所述双面胶层、膨胀层和所述热熔胶层。

本发明通过在膨胀胶纸上设置有多孔，改善了传统终止胶的电解液浸润情况，本发明提供的膨胀胶纸可以初始容纳更多的电解液存储在膨胀层内，提高电芯的保液能力，可以明显改善圆柱形锂离子电池的循环寿命。

上述膨胀胶纸中，作为一种优选实施方式，所述双面胶层包括聚酯薄膜和设置于所述聚酯薄膜两面的丙烯酸层。

上述膨胀胶纸中，作为一种优选实施方式，所述膨胀层的材料包括聚苯乙烯。

上述膨胀胶纸中，作为一种优选实施方式，所述双面胶层与所述膨胀层之间设置有阻燃层。

本发明实施例通过设置阻燃层，可以使得即使电池后期发生事故，其阻燃性能也会对电芯内部进行一定的保护。

上述膨胀胶纸中，作为一种优选实施方式，所述阻燃层的材料包括丙烯酸粘合剂和氢氧化铝。

这里，丙烯酸粘合剂具有粘结性，可以粘结膨胀层；氢氧化铝具有阻燃性。

上述膨胀胶纸中，作为一种优选实施方式，所述双面胶层的厚度为5～20um(例如可以为5um、10um、15um或20um)，所述膨胀层的厚度为35～50μm(例如可以为35μm、40μm、45μm或50μm等)，所述热熔胶层的厚度为5～15um(例如可以为5um、10um或15um等)，所述阻燃层的厚度为6～10μm(例如可以为6um、8um或10um等)。

本发明第二方面提供了一种圆柱形锂离子电池电芯，所述圆柱形锂离子电池电芯包括：卷绕结构的电芯，所述电芯包括有卷绕尾端；以及，如第一方面所述的膨胀胶纸，所述双面胶层设置于所述卷绕尾端用于对所述电芯外层进行封口收尾。

本发明第三方面提供了一种圆柱形锂离子电池电芯的贴胶方法，所述贴胶方法包括以下步骤：

S1、使用第一方面所述的膨胀胶纸对卷绕结构的电芯进行封口收尾；

S2、对所述膨胀胶纸进行辊压，以使得所述膨胀胶纸与所述电芯相贴合；

S3、将步骤S2得到的电芯入壳体，盖板焊接，真空烘烤后注液。

采用本发明提供的贴胶方法后制成的圆柱形锂离子电池在化成分容或充放电循环过程中，由于卷绕电芯厚度增加，对膨胀层进行挤压，使得热熔胶层受到由内向外的挤压作用力，与现有技术中从外往内挤压热熔胶相比，压力逐步变大较为均匀，可显著减少热熔胶中的气泡，增加有效粘接面积。

上述贴胶方法中，作为一种优选实施方式，所述圆柱形锂离子电池为全极耳圆柱形锂离子电池。

上述贴胶方法中，作为一种优选实施方式，所述膨胀胶纸的长度不大于卷绕结构的电芯的长度，所述膨胀胶纸的宽度不大于卷绕结构的电芯的周长。

上述贴胶方法中，作为一种优选实施方式，所述辊压为冷辊压。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括以下一项：

1、本发明通过在膨胀胶纸上设置有多孔，改善了传统终止胶的电解液浸润情况，本发明提供的膨胀胶纸可以初始容纳更多的电解液存储在膨胀层内，提高电芯的保液能力，可以明显改善圆柱形锂离子电池的循环寿命。

2、本发明采用打孔设计，既改善了传统终止胶的电解液浸润情况，也可以更好的保证膨胀层于电解液中膨胀生效，膨胀层在电芯入壳注液后生效，膨胀层膨胀挤压热熔胶层，加强壳体与裸电芯粘接效果。

3、膨胀层由于膨胀后产生三维膨胀，可以初始容纳更多的电解液存储在膨胀层内，提高电芯的保液能力，减少初始电解液，初始电解液多副产物多影响初始循环衰减；膨胀层生效后对电芯施加压力不仅可以改善电芯化成界面，随着循环的增加，压力增大，加压循环可以改善循环寿命

4、膨胀层生效，压力变大更好的固定裸电芯，改善跌落以及震动带来极耳撕裂和隔膜翻折问题。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的膨胀胶纸的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的膨胀胶纸中双面胶层的结构示意图；

图3为本发明实施例2提供的膨胀胶纸的结构示意图。

其中，1、双面胶层；2、膨胀层；3、热熔胶层；4、通孔；5、阻燃层；11、聚酯薄膜；12、丙烯酸层。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，本申请的保护范围包含但不限于下述各实施例。以下实施例仅用于对本申请技术方案的优点和效果进行说明，不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员基于本申请所做出的等同替换都属于本申请保护范围。

除另有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的实验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验试剂用量，如无特殊说明，均为常规实验操作中试剂用量；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

本发明实施例第一方面提供了一种膨胀胶纸，所述膨胀胶纸包括：双面胶层，用于对卷绕电芯外层进行封口收尾，所述双面胶层包括聚酯薄膜和设置于所述聚酯薄膜两面的丙烯酸层，所述双面胶层的厚度为5～20um；膨胀层，设置于所述双面胶层外侧，所述膨胀层的材料包括聚苯乙烯，所述膨胀层的厚度为35～50μm；热熔胶层，设置于膨胀层外侧，所述热熔胶层的厚度为5～15um；阻燃层，设置于所述双面胶层与所述膨胀层之间，所述阻燃层的材料包括丙烯酸粘合剂和氢氧化铝，所述阻燃层的厚度为6～10μm；通孔，贯穿所述双面胶层、膨胀层、阻燃层和所述热熔胶层。

这里，双面胶层与圆柱形锂离子电池的电芯接触，热熔胶层与圆柱形锂离子电池的外壳接触。

热熔胶层和外壳粘贴起到粘结固定电芯作用，膨胀层吸电解液膨胀，化成阶段负极厚度增加，会从内向外压迫热熔胶层，正常的入壳比例如98％等，都可以通过该方式使得热熔胶层粘贴到外壳，与常规从外往内压的操作相比，膨胀更均匀，且操作更便利。

现有电芯制造技术中，圆柱形锂离子电池的裸电芯(没有任何保护措施的卷绕结构的电芯)直接放置在外壳内部。由于裸电芯与外壳之间还存在一定的间隙，它们之间会发生相对滑动且影响电芯浸润与保液。当电芯流入到市场上，电芯使用后期电解液不足会出现循环跳水、界面不良的问题，客户在使用过程中可能会出现摔落、振动以及其他形式的机械冲击的情况，很容易导致极耳撕裂、破损、甚至燃烧等安全问题。

本发明实施例提供的胶纸发泡膨胀后减小电芯与壳体间的间隙，固定卷芯，相当于缓冲垫，减少电芯跌落带来的冲量，可以明显改善由于震动跌落等滥用带来的极耳撕裂断路，隔膜内翻引起极片受损短路的等问题。

由于胶纸打孔设计，电芯干燥水分可从胶纸孔隙中蒸发，减少Baking时间，胶纸采用打孔，注射电解液后电解液流动按孔间加速浸润时间，同时膨胀层浸入电解液后发泡(合成树脂橡胶特征，聚苯乙烯溶胀带来发泡)，可以在膨胀层存储更多的电解液(面积越大孔隙越多存储电解液越大)，同时初始过量的电解液存储在胶纸膨胀层中可以改善溢液现象，电芯高温化成阶段，由于膨胀层膨胀以及阳极极片反弹，卷芯隔胶纸与壳体接触受压，热熔胶层粘接性增强同时内挤压胶层间空气，由于打孔挤压后胶纸平整无褶皱，同时由于膨胀层以及阳极极片反弹，卷芯与壳体间化成后接触压力更大，大压力化成可以及时排除化成产生的气体同时得到更好的化成界面。

本发明第二方面提供了一种圆柱形锂离子电池电芯，所述圆柱形锂离子电池电芯包括：卷绕结构的电芯，所述电芯包括有卷绕尾端；以及，如第一方面所述的膨胀胶纸，所述双面胶层设置于所述卷绕尾端用于对所述电芯外层进行封口收尾。

本发明第三方面提供了一种全极耳圆柱形锂离子电池电芯的贴胶方法，所述贴胶方法包括以下步骤：

S1、使用第一方面所述的膨胀胶纸对卷绕结构的电芯进行封口收尾；

S2、对所述膨胀胶纸进行冷辊压，以使得所述膨胀胶纸与所述电芯相贴合，所述膨胀胶纸的长度不大于卷绕结构的电芯的长度，所述膨胀胶纸的宽度不大于卷绕结构的电芯的周长；

S3、将步骤S2得到的电芯入壳体，盖板焊接，真空烘烤后注液。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的膨胀胶纸、圆柱形锂离子电池电芯及其贴胶方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

本实施例提供了一种膨胀胶纸，具有对卷绕电芯的卷绕裹紧固定功能，同时还具有对电芯与外壳壳体粘牢固定的功能(卷绕电芯的外部需要设置外壳，电芯与外壳之间可以通过该胶纸粘到一起固定，从而使得电芯不会相对于外壳滑动)，图1为本实施例提供的膨胀胶纸的结构示意图，图2为本实施例提供的膨胀胶纸中双面胶层的结构示意图，如图1和图2所示，所述膨胀胶纸包括：双面胶层1，与卷绕电芯接触，用于对卷绕电芯外层隔膜进行封口收尾，包括聚酯薄膜11和设置于聚酯薄膜11两面的丙烯酸层(丙烯酸胶层)12；膨胀层2，设置于双面胶层1外侧，膨胀层2的材料为聚苯乙烯，膨胀层2因为浸入电解液后发泡才开始膨胀；热熔胶层3，设置于膨胀层2外侧，可以粘结外壳壳体，以对电芯与外壳壳体粘牢固定；通孔4，贯穿双面胶层1、膨胀层2和热熔胶层3。

在本实施例中，双面胶层1的厚度为15um，膨胀层2的厚度为40μm，热熔胶层3的厚度为8um。

在本实施例中，双面胶层1主要用于实现卷绕电芯外层隔膜的封口收尾，以保证卷绕电芯结构的稳定性，以及粘结膨胀层，双面胶层1的制备方法为以聚酯薄膜为基材，在基材的双面涂上丙烯酸(丙烯酸胶)，得到双面胶层1；热熔胶(HMA)层3是一层具有热熔性的胶层，热熔胶层3在受热后，表现为具有一定的流动性和粘贴功能。对于本领域技术人员而言，在对卷绕电芯进行封口收尾时，会沿着电芯的轴线方向(电芯为卷绕结构，电芯的轴线可以理解为电芯卷绕时的卷绕基准线)对卷绕电芯的尾端粘贴胶纸。胶纸具有宽边a以及长边b，胶纸的长边b就是与电芯的轴线平行的两条边，胶纸的宽边a就是与电芯的轴线垂直的两条边。

本实施例提供了一种全极耳圆柱形锂离子电池电芯的贴胶方法，所述贴胶方法包括以下步骤：

S1、使用本实施例提供的膨胀胶纸对卷绕结构的电芯进行封口收尾，膨胀胶纸的长边的顶端与极片(不包括极耳)沿电芯的轴线方向的顶端之间的距离a

S2、对所述膨胀胶纸进行冷辊压，以使得膨胀胶纸与所述电芯相贴合；

S3、将步骤S2得到的电芯入壳体，盖板焊接，真空烘烤后注入电解液。

实施例2

图3为本实施例提供的膨胀胶纸的结构示意图，如图3所示，本实施例提供的膨胀胶纸与实施例1基本相同，不同之处在于，双面胶层1与膨胀层2之间设置有阻燃层5，阻燃层5的材料为丙烯酸粘合剂和氢氧化铝，阻燃层5的厚度为6μm。

本实施例提供的贴胶方法与实施例1相同。

实施例3

本实施例提供的膨胀胶纸与实施例1基本相同，不同之处在于，双面胶层1的厚度为10um，膨胀层2的厚度为45μm，热熔胶层3的厚度为6um。

对比例1

本对比例提供的胶纸为聚酯薄膜单面胶层，为传统卷绕电芯所使用的收尾绿胶，聚酯薄膜单面胶层的下层结构为丙烯酸胶层，上层结构为聚酯薄膜，参照实施例1提供的贴胶方法，使用本对比例提供的胶纸对卷绕结构的电芯进行封口收尾。

对比例2

本对比例提供的胶纸与实施例1基本相同，不同之处在于，不包括通孔4。

参照实施例1提供的贴胶方法，使用本对比例提供的胶纸对卷绕结构的电芯进行封口收尾。

性能测试例

(1)厚度变化和储存电解液能力测试：在常温下，将实施例和对比例提供的胶纸分别浸泡在电解液(包含质量为1:1:1的碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸二甲酯，1mol/L的六氟磷酸锂)中12h，测试厚度方向的变化率(厚度方向的变化率＝(浸泡后胶纸的厚度-初始胶纸的厚度)/初始胶纸的厚度)和重量的变化，结果如表1所示。

(2)循环性能测试方法：对采用实施例和对比例提供的贴胶方法后制成的圆柱形锂离子电池进行循环性能测试，测试电流为1C，第N次循环的容量保持率＝第N次循环的放电克容量/第一次循环的放电克容量。(3)采用实施例和对比例提供的膨胀胶纸和贴胶方法对电芯进行贴胶，观察贴胶后胶纸的外观情况。

表1

由实施例1-3和对比例1可知，实施例1-3提供的膨胀胶纸可以初始容纳更多的电解液存储在膨胀层内，提高电芯的保液能力，可以明显改善圆柱形锂离子电池的循环寿命，申请人推测原因可能在于，膨胀层由于膨胀后产生三维膨胀，有更高的孔隙率，可以初始容纳更多的电解液存储在膨胀层内，提高电芯的保液能力，且固定在膨胀层胶纸内减少了电芯内的游离电解液，减少初始的副反应，改善电芯初始容量衰减；随着电池充放电循环次数的增加，阳极(负极)厚度增大(锂离子嵌入脱嵌，多次后石墨层间距变大宏观表现为极片变厚)，使得电芯厚度增加，膨胀层内电解液受到挤压，被释放逐渐补充吸收到电芯中，优先补充到电解液断桥的点，可以明显改善电池循环寿命。

由实施例1-3和对比例1-2可知，打孔设计可以提高膨胀胶纸的膨胀速度，可以初始容纳更多的电解液存储在膨胀层内，更明显地改善圆柱形锂离子电池的循环寿命，且使得电芯贴胶后，胶纸表面平整无褶皱，能够显著地降低胶纸外观不良比例。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。