一种卷芯和电池的制作方法

1.本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种卷芯以及包括该卷芯的电池。


背景技术：

2.近年来，随着智能手机、平板电脑、电子手环等消费电子产品的不断涌现，以及电动交通工具产品市场的飞速增长，作为这些产品的电源——锂离子电池也受到了越来越多的关注。
3.锂离子电池的使用寿命至关重要，而由于卷绕式电芯每圈的周长不同，使得同一折卷芯中圆弧处两侧正负极活性物质不平衡，因此导致电芯析锂等问题，严重影响了电池的使用寿命。
4.因此，发明一种能够改善循环过程中析锂，且循环性能好的电池非常重要。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种卷芯以及包括该卷芯的电池。本发明的卷芯中负极(正极)两侧隔膜具有不同的性能，一侧隔膜的性能提高，使卷芯圆弧处隔膜两侧正负极活性物质保持平衡，从而能够实现改善卷芯中圆弧处两侧正负极活性物质不平衡问题的效果；本发明的卷芯所得电池能够改善循环过程中的析锂，从而循环性能更好，能够实现更长的使用寿命。
6.例如图1所示，在卷芯中，有两个隔膜，分别为第一隔膜1-1和第二隔膜1-2，上述两隔膜位于正极和负极的中间，将正极与负极分隔开，因此，位于负极两侧的隔膜分别为第一隔膜1-1和第二隔膜1-2，同样第一隔膜1-1和第二隔膜1-2也位于正极的两侧。在本发明中，负极两侧隔膜具有不同的性能，其实也可以表示为正极两侧隔膜同样也具有不同的性能。为了方便清楚的表述本发明的发明构思，在之后的表述中，以负极两侧隔膜为例进行表述，不再赘述与负极两侧隔膜属于同一隔膜的正极两侧的隔膜。
7.本发明的发明人发现，通过提高卷芯中负极一侧隔膜的性能，使隔膜两侧正负极活性物质保持平衡，能够改善电池循环过程中的析锂。
8.本发明的发明人通过进一步深入研究后发现，为了提高卷芯中负极一侧隔膜的性能，可以改变一侧隔膜的透气值，使一侧隔膜的性能提高，从而使隔膜两侧正负极活性物质保持平衡。本发明的发明人经过大量深入研究筛选出了能够通过负极两侧具有不同透气值的隔膜的配合，使正负极活性物质保持平衡的隔膜的特性。
9.为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种卷芯，所述卷芯为由依次层叠的第一隔膜、负极片、第二隔膜和正极片形成的卷绕结构；所述第二隔膜位于所述负极片靠近卷芯中心的一侧，所述第一隔膜位于所述负极片远离卷芯中心的一侧；所述第一隔膜的透气值比所述第二隔膜的透气值大10～150s。
10.本发明第二方面提供了一种电池，该电池的卷芯为本发明第一方面所述的卷芯。
11.通过上述技术方案，本发明与现有技术相比至少具有以下优势：
12.(1)本发明的卷芯中正负极活性物质能够保持平衡；
13.(2)本发明的电池能够改善循环过程中的析锂；
14.(3)本发明的电池循环性能好；
15.(4)本发明的电池使用寿命长。
16.本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
17.图1所示为本发明一实施例中卷芯的结构示意图。
18.图2所示为本发明一实施例中卷芯的展开结构示意图。
具体实施方式
19.以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
20.本发明一方面提供了一种卷芯，所述卷芯为由依次层叠的第一隔膜、负极片、第二隔膜和正极片形成的卷绕结构；所述第二隔膜位于所述负极片靠近卷芯中心的一侧，所述第一隔膜位于所述负极片远离卷芯中心的一侧；所述第一隔膜的透气值比所述第二隔膜的透气值大10～150s。
21.通过卷芯中负极片两侧具有不同透气值的隔膜的配合，已经能够满足卷芯实现改善现有技术析锂问题的效果。为了进一步提高效果，可以对其中一个或多个技术特征做进一步优选。
22.在一实例中，如图1和图2所示，所述卷芯为由依次层叠的第一隔膜1-1、负极片2、第二隔膜1-2和正极片3形成的卷绕结构。
23.所述第一隔膜的透气值比所述第二隔膜的透气值大10～150s(例如，10s、20s、30s、40s、50s、60s、70s、80s、90s、100s、110s、120s、130s、140s、150s)。
24.在一实例中，所述第一隔膜的透气值比所述第二隔膜的透气值大50～100s。
25.本发明的发明人发现，隔膜的透气值越小，越有利于锂离子的穿梭，锂离子在隔膜中嵌入嵌出的阻抗越低，隔膜的性能越好，通过在负极一侧使用透气值较小(相对于另一侧来说)的隔膜，另一侧使用透气值较大(相对于另一侧来说)的隔膜，能够实现正负极活性物质保持平衡的效果。
26.在本发明中，术语“透气值”表示一定气体通过隔膜的时间，以下示例两种测试方法，格雷士：在稳定的压力下，测定一定体积的气体((100cc)通过特定面积(1.0平方英尺)的试样所用的时间。空气压力是由特定直径(3英寸)和标准重量的气缸(20盎司)提供。
27.在一实例中，如图1所示，所述第一隔膜1-1和所述第二隔膜1-2分别位于所述负极片2的两侧，其中所述第二隔膜1-2位于所述负极片2靠近卷芯中心的一侧，所述第一隔膜位于所述负极片2远离卷芯中心的一侧。
28.本发明的发明人发现，在卷芯中，当位于所述负极片靠近卷芯中心一侧的所述第二隔膜的透气值较低时，能够降低与所述第二隔膜相邻负极锂离子嵌入嵌出的阻抗，从而使所述第二隔膜两侧正负极活性物质保持平衡，进而改善电池的析锂问题。
29.根据一种具体的实施方式，所述第一隔膜的透气值为100～350s(例如，100s、
120s、140s、160s、180s、200s、220s、240s、260s、280s、300s、320s、340s、350s)，所述第二隔膜的透气值为50～200s(例如，50s、70s、90s、110s、130s、150s、170s、190s、200s)。
30.在一实例中，所述第一隔膜的透气值为150～250s，所述第二隔膜的透气值为100～150s。
31.根据一种具体的实施方式，所述第一隔膜为油系隔膜，所述第二隔膜为水系隔膜。
32.所述油系隔膜可以为在制备过程中以有机溶剂作为溶剂制得的隔膜，可以理解的是，所述油系隔膜可以采用本领域常规的制备方法制得，也可以通过以下方法制得：1.取基膜，将其表面擦拭干净；2.将无机颗粒浆料均匀涂布在基膜表面(若无无机颗粒可不涂)；3.将粘性聚合物溶解在丙酮或其他有机溶液中制成胶水溶液；4.将所述胶水溶液均匀的涂布在隔膜基材和无机颗粒上；5.在75-85℃下烘烤30-120min即可制成油系隔膜。
33.所述水系隔膜可以为在制备过程中以水作为溶剂制得的隔膜，可以理解的是，所述水系隔膜可以采用本领域常规的制备方法制得，也可以通过以下方法制得：1.取基膜，将其表面擦拭干净；2.将无机颗粒浆料均匀涂布在基膜表面(若无无机颗粒可不涂)；3.将粘性聚合物和水进行混合得到胶水混合液体；4.将所述胶水混合液体均匀的涂布在隔膜基材和无机颗粒上；5.在45℃-90℃下烘烤30-120min即可制成水系隔膜。
34.根据一种具体的实施方式，所述第一隔膜的厚度与所述第二隔膜的厚度可以相同或不同，所述第一隔膜的厚度为5～25μm(例如，5μm、8μm、10μm、13μm、16μm、18μm、20μm、23μm、25μm)，所述第二隔膜的厚度为5～25μm(例如，5μm、8μm、10μm、13μm、16μm、18μm、20μm、23μm、25μm)。
35.在一实例中，所述第一隔膜的厚度大于所述第二隔膜的厚度。
36.在一实例中，所述第一隔膜的厚度为10～20μm，所述第二隔膜的厚度为5～15μm。
37.根据一种具体的实施方式，所述第一隔膜包括基材和至少涂覆于负极侧的第一胶层，所述第二隔膜包括基材和至少涂覆于负极侧的第二胶层。
[0038]“至少涂覆于负极侧”表示，以第一隔膜为例，如图1所示，第一隔膜1-1的两侧分别为正极和负极，第一隔膜的1-1至少在与负极相邻的一侧涂覆有第一胶层。
[0039]
在一实例中，所述第一胶层的厚度不小于所述第二胶层的厚度。
[0040]
在一实例中，所述第一胶层的厚度大于所述第二胶层的厚度。
[0041]
在一实例中，所述第一胶层的厚度为1.5～4μm(例如，1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、4μm)，所述第二胶层的厚度为0.5～2.5μm例如，0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm)。
[0042]
在一实例中，所述第一胶层的厚度为2～3.5μm，所述第二胶层的厚度为1.5～2μm。
[0043]
根据一种具体的实施方式，所述第一胶层包括第一粘性聚合物，所述第二胶层包括第二粘性聚合物。
[0044]
在一实例中，所述第一粘性聚合物和所述第二粘性聚合物可以相同或不同，各自独立地选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、苯乙烯-丁二烯聚合物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚氧乙烯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的一种或多种。
[0045]
在一实例中，所述第一胶层还包括第一无机颗粒，所述第二胶层还包括第二无机颗粒。
[0046]
在一实例中，所述第一无机颗粒和所述第二无机颗粒可以相同或不同，各自独立
地选自二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁、二氧化钛、二氧化锆、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙和硫酸钡中的一种或多种。
[0047]
所述卷芯可以为常规卷芯结构、极耳中置卷芯结构、多极耳卷芯结构及其他卷绕形成的卷芯结构。
[0048]
本发明第二方面提供了一种电池，该电池的卷芯为本发明第一方面所述的卷芯。
[0049]
所述电池除隔膜以外的材料和制备方法可以按照本领域的方式进行，均能够实现改善循环过程中的析锂的效果。
[0050]
在一实例中，所述电池优选为锂离子电池。
[0051]
本发明的电池由于含有本发明所述的卷芯，电池的析锂问题得到改善，循环性能提升，使用寿命延长。
[0052]
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。本发明所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0053]
以下实施例用于说明本发明的卷芯。
[0054]
实施例1
[0055]
(1)隔膜制备
[0056]
第一隔膜：第一隔膜为油系隔膜，其制备方法如下：1.取12μm基膜，将其表面擦拭干净；2.将2μm第一无机颗粒(氧化镁)浆料均匀涂布在其中一基膜表面上；3.将pvdf胶溶解在丙酮溶液中制成胶水溶液；4.将上述胶水溶液体分别均匀的涂布在隔膜基材和陶瓷上，各涂1μm；5.将上述隔膜放在80℃下烘烤60min即可制成。第一隔膜的性质参数参见表1。
[0057]
第二隔膜：第二隔膜为水系隔膜，其制备方法如下：1.取6μm基膜，将其表面擦拭干净；2.将2μm第二无机颗粒(氧化镁)浆料均匀涂布在其中一基膜表面上；3.将pvdf胶和水进行混合得到胶水混合液体；4.将上述胶水混合液体分别均匀的涂布在隔膜基材和陶瓷上，各涂1μm；5.将上述隔膜放在80℃下烘烤60min即可制成。第二隔膜的性质参数参见表1。
[0058]
(2)正极片制备
[0059]
将正极主材材料、导电剂、分散剂、粘结剂进行混合，加入nmp溶剂，在真空搅拌机作用下获得正极浆料；将正极浆料涂覆在铝箔上，烘干，然后经过辊压、分切制得正极片。
[0060]
(3)负极片制备
[0061]
将负极主材材料、导电剂、分散剂、粘结剂进行混合，加入去离子水，在真空搅拌机作用下获得负极浆料；将负极浆料涂覆在铜箔上，烘干，然后经过辊压、分切制得负极片。
[0062]
(4)卷芯制备
[0063]
将步骤(1)的第一隔膜和第二隔膜、步骤(2)的正极片和步骤(3)的负极片按照第一隔膜、负极片、第二隔膜和正极片的顺序依次层叠设置后，再进行卷绕，其中，第二隔膜位于负极片靠近卷芯中心的一侧，第一隔膜位于负极片远离卷芯中心的一侧。
[0064]
实施例2组
[0065]
本组实施例用于说明第一隔膜的透气值或第二隔膜的透气值改变时产生的影响。
[0066]
本组实施例参照实施例1进行，所不同的是，改变第一隔膜的透气值或第二隔膜的透气值，具体参见表1。
[0067]
实施例3
[0068]
参照实施例1进行，所不同的是，改变第一隔膜的厚度，具体参见表1。
[0069]
实施例4
[0070]
参照实施例1进行，所不同的是，改变第二胶层的厚度，具体参见表1。
[0071]
实施例5组
[0072]
本组实施例用于说明第一隔膜的类型或第二隔膜的类型改变时产生的影响。
[0073]
参照实施例1进行，所不同的是，改变第一隔膜的类型或第二隔膜的类型，具体参见表1。
[0074]
对比例1
[0075]
参照实施例1进行，所不同的是，第二隔膜的透气度、粘性聚合物的分子量和厚度调整为均与第一隔膜相同，具体参见表1。
[0076]
对比例2
[0077]
参照实施例2进行，所不同的是，第二隔膜的透气度、粘性聚合物的分子量和厚度调整为均与第一隔膜相同，具体参见表1。
[0078]
表1
[0079][0080]
制备例
[0081]
(1)卷芯
[0082]
分别使用上述各实施例和对比例所得的卷芯。
[0083]
(2)电解液
[0084]
选用常规的锂离子电解液进行注液。
[0085]
(3)锂离子电池的制备
[0086]
将步骤(1)的卷芯置于外包装铝箔中，将步骤(2)的电解液注入外包装中，经过真空封装、静置、化成、整形、分选等工序，获得锂离子电池。
[0087]
测试例
[0088]
将实施例和对比例所得的电池分别进行如下测试：
[0089]
(1)45℃循环测试
[0090]
45℃循环：3c倍率下恒流充电至4.15v，在4.25v电压下恒压充电至1.5c，在1.5c倍率下恒流充电至4.35v，在4.45v电压在4.45v电压下恒压充电至0.025c；0.7c放电，截止电压3.0v。进行上述充放电循环300周，测试第1周的放电容量计为x
1 mah，第n圈的放电容量
计为y
1 mah；第n周的容量除以第1周的容量，得到第n周的循环容量保持率r1＝y1/x1。
[0091]
(2)析锂测试
[0092]
5c充电至4.45v，0.02c截止，1c放电，循环20次，拆解电池，观察卷芯的析锂现象。若观察到卷芯有白色物质出现，则判定为“有析锂”；否则判定为“无析锂”。
[0093]
表2
[0094] 45℃循环容量保持率/％析锂情况实施例193.80％无析锂实施例2a91.85％无析锂实施例2b92.81％无析锂实施例2c93.76％无析锂实施例2d89.94％无析锂实施例388.98％无析锂实施例491.81％无析锂实施例5a93.76％无析锂实施例5b93.28％无析锂对比例185.51％析锂对比例285.08％析锂
[0095]
通过表2可以看出，通过对比例和实施例可以看出，实施例的卷芯制得的电池容量保持率提升，循环过程中的析锂得到了改善，说明本发明的卷芯以及包括该卷芯的电池，通过芯中负极两侧具有不同透气值的隔膜的配合，提高了电池的循环性能，改善了电池循环过程中的析锂。
[0096]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种卷芯，其特征在于，所述卷芯为由依次层叠的第一隔膜、负极片、第二隔膜和正极片形成的卷绕结构；所述第二隔膜位于所述负极片靠近卷芯中心的一侧，所述第一隔膜位于所述负极片远离卷芯中心的一侧；所述第一隔膜的透气值比所述第二隔膜的透气值大10～150s。2.根据权利要求1所述的卷芯，其中，所述第一隔膜的透气值比所述第二隔膜的透气值大50～100s。3.根据权利要求1所述的卷芯，其中，所述第一隔膜的透气值为100～350s，所述第二隔膜的透气值为50～200s。4.根据权利要求3所述的卷芯，其中，所述第一隔膜的透气值为150～250s，所述第二隔膜的透气值为100～150s。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的卷芯，其中，所述第一隔膜为油系隔膜，所述第二隔膜为水系隔膜。6.根据权利要求5所述的卷芯，其中，所述第一隔膜的厚度为5～25μm，所述第二隔膜的厚度为5～25μm；和/或，所述第一隔膜的厚度为10～20μm，所述第二隔膜的厚度为5～15μm。7.根据权利要求5所述的卷芯，其中，所述第一隔膜包括基材和至少涂覆于负极侧的第一胶层，所述第二隔膜包括基材和至少涂覆于负极侧的第二胶层，所述第一胶层的厚度不小于所述第二胶层的厚度。8.根据权利要求7所述的卷芯，其中，所述第一胶层的厚度为1.5～4μm，所述第二胶层的厚度为0.5～2.5μm；和/或，所述第一胶层的厚度为2～3.5μm，所述第二胶层的厚度为1.5～2μm。9.根据权利要求7或8所述的卷芯，其中，所述第一胶层包括第一粘性聚合物，所述第二胶层包括第二粘性聚合物，所述第一粘性聚合物、所述第二粘性聚合物各自独立地选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、苯乙烯-丁二烯聚合物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚氧乙烯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的一种或多种。10.一种电池，其特征在于，该电池的卷芯为权利要求1-9中任意一项所述的卷芯。

技术总结
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种卷芯以及包括该卷芯的电池。卷芯为由依次层叠的第一隔膜、负极片、第二隔膜和正极片形成的卷绕结构；第二隔膜位于所述负极片靠近卷芯中心的一侧，所述第一隔膜位于所述负极片远离卷芯中心的一侧；第一隔膜的透气值比第二隔膜的透气值大10～150s。本发明的卷芯能够实现改善卷芯中圆弧处两侧正负极活性物质不平衡问题的效果；本发明的卷芯所得电池能够改善循环过程中的析锂，从而循环性能更好，能够实现更长的使用寿命。使用寿命。使用寿命。


技术研发人员：白燕
受保护的技术使用者：珠海冠宇电池股份有限公司
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/8/13