本发明涉及锂电池电芯结构技术领域，尤其涉及一种隔膜及使用该种隔膜的叠片工艺。
背景技术：
在锂电池制备电芯结构的过程中，现有技术方案中通常采用热压使隔膜、正极、负极和隔膜连接固定，但实际生产制作的正极和负极往往存在一定程度的弯曲，使用具有粘性的隔膜将两者固定后，往往由于两者弯曲变形的方向和大小不同，造成第一单元存在内应力从而导致其不平整，这种不平整一方面会影响后续叠片的对齐度和最终电芯的平整度，最终影响制造得成品率；另一方面会造成电芯内部极片和隔膜界面的不均匀性，最终导致电芯内部析锂严重及影响电芯的性能发挥。另外，粘性隔膜在经过热压和正负极极片复合后会形成较强粘接的界面，这种界面一方面会导致电芯很难被电解液浸润，导致浸润时间延长，降低生产效率，另一方面也会导致电芯性能下降。
专利号为cn201910598858.5，专利名称“一种复合工艺制备卷绕电芯极片及其锂离子电池方法”，本发明公开了一种新型隔离膜复合卷绕工艺及锂离子电池，所述的隔离膜复合卷绕工艺，其特征在于预先将极片与隔离膜经过热压复合，然后再进行卷绕成裸电芯，该工艺能够极大提高传统卷绕电芯内部隔离膜应力导致的极耳对齐度变化、卷芯变形以及隔离膜褶皱等问题；所述的含有该复合结构极片组装成的锂离子电池，其特征在于所述的电池内部极片之间界面接触好，电池不易形变，循环寿命更长。
其不足之处为电芯结构的平整度差及极片与隔膜界面难以被电解液浸润。
技术实现要素：
本发明是为了克服现有技术的锂电池的电芯结构平整度差及界面电解液浸润性差的问题，提供一种隔膜及使用该种隔膜的叠片工艺，本发明采用具有较强静电的隔膜，通过隔膜的静电吸附效应将隔膜和正极与负极分别连接在一起，并依次堆叠形成电芯结构，能极大的改善电芯的浸润性能，缩短浸润时间，降低隔膜和极片之间的内应力，克服了由于电芯形变导致电芯性能下降的问题，制备工艺简单，优质成品率高。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种隔膜，所述隔膜在叠片使用的时候带有的静电大小为800-3000v。
当隔膜所带的静电小于该范围时，无法有效实现隔膜与极片的复合连接；当隔膜所带静电大于该范围时，极易吸附空气中的粉尘，造成电芯污染，一方面影响电池最终的成品率，另一方面吸附的粉尘在电芯内作为杂质存在，会导致电池性能恶化。
作为优选，所述隔膜包括pe隔膜、pp隔膜、pe和pp任意复合的多层隔膜、无纺布隔膜及涂覆隔膜中的一种。
作为优选，所述无纺布隔膜的基体材料包含pi、pa、pvdf、pvdf-hfp、pan、纤维素、pe、pp等中的至少一种。
作为优选，所述涂覆隔膜的涂覆层包含陶瓷颗粒、芳纶、pvdf、pvdf-hfp、pan、pva、pmma及其衍生物中的至少一种。
作为优选，所述陶瓷颗粒包含三氧化二铝、勃母石、硫酸钡、硫酸镁、氧化硅中的至少一种。
上述是目前所用到的常规隔膜，该方法适用于目前锂电池里所用到的所有隔膜。
所述隔膜的制备方法，包括如下制备步骤：将所述隔膜在叠片前先喷洒无水乙醇；再进行电晕处理，并烘干，制得带静电的隔膜。
经过无水乙醇处理后的隔膜再经过电晕处理后，其所带静电大小能控制在800-3000v，不会过大，既能避免因为静电过大导致隔膜在使用过程中吸附大量粉尘，影响电池的成品率及最终电池性能如自放电、循环稳定性等；同时，有助于增强隔膜与负极间的粘接性能，保证叠片工艺顺利进行，降低电池的成本率，因为若单独利用等离子体处理通常会使隔膜表面亲水性显著增加，又因为石墨负极为疏水材料，其与高亲水性的隔膜表面的粘接不佳，这就使得隔膜和负极极片的界面粘接性能会较差。另外，经过无水乙醇处理后的隔膜再经过等离子体处理，可以降低等离子体对隔膜机械强度造成的损伤，避免处理后隔膜机械强度下降，有利于保证电池的安全性能。电晕处理的原理是使得隔膜表面聚合物分子结构破坏，从而在一定程度上会造成隔膜机械强度的损伤。表面存在的无水乙醇能够在电晕过程中与等离子作用，发生氧化或极化，从而减轻了等离子体对隔膜表面分子结构的过度破坏，避免了对隔膜机械强度的过度损伤。
作为优选，所述电晕处理的条件为1-1.7kv。
所述隔膜的制备方法，包括如下制备步骤：将隔膜放置在露点-60～-40℃环境中72-120h，制得带静电的隔膜。
原理类似于干燥天气我们穿毛衣很容易产生静电，所述隔膜为不导电的聚合物材料，当置于低露点的环境中，其含水量会不断降低，一定含水量的时候，其积累的电荷可以以水为介质进行传到和转移，而其含水量极低的状态时，电荷在隔膜表面聚集无法传导或转移，而形成静电。
所述隔膜的叠片工艺，所述叠片工艺为：
1)制得第一单元：将正极极片等间距置于隔膜上方，并通过静电作用吸附连接，分切后即形成第一单元；
2)制得第二单元：同时将负极极片等间距置于第二隔膜上方，并通过静电作用将两者连接，分切后即形成第二单元；
3)制备电芯：将第一单元和第二单元依次堆叠，即得电芯结构。
本叠片工艺方法能够避免通过热压的方式形成小单元，能极大的改善电芯的浸润性能，缩短浸润时间，提高电芯的生产效率，而且分别单独制备正极和隔膜的单元以及负极和隔膜的单元，也会降低隔膜和极片间的内应力，有助于避免小单元的内应力过大又难以释放导致的电芯的不平整和形变。
作为优选，所述等间距的距离为5-20mm。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明采用具有较强静电的隔膜，通过隔膜的静电吸附效应将隔膜和正极(第一单元)及隔膜和负极(第二单元)分别连接在一起，然后将第一单元和第二单元依次堆叠形成电芯结构；
(2)该发明避免通过热压的方式形成小单元，能极大的改善电芯的浸润性能，缩短浸润时间，提高电芯的生产效率；
(3)静电吸附不会在隔膜和极片间造成较大内应力，而且分别单独制备正极和隔膜的单元以及负极和隔膜的单元，能够避免内应力大导致的电芯的不平整和形变，提升了的电芯结构性能的下降，使其具有较优的电化学性能，制备工艺简单，优质成品率高。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1
一种隔膜，所述隔膜在叠片使用的时候带有的静电大小为800v。
所述隔膜包括pe无纺布隔膜。
所述隔膜的制备方法，包括如下制备步骤：将所述隔膜在叠片前先置于隔离腔体中喷洒无水乙醇；再进行1kv等离子体电晕处理，并烘干，制得带静电的隔膜。
所述隔膜的叠片工艺，所述叠片工艺为：
1)制得第一单元：将正极极片等间距5mm置于隔膜上方，并通过静电作用吸附连接，分切后即形成第一单元；
2)制得第二单元：同时将负极极片等间距5mm置于第二隔膜上方，并通过静电作用将两者连接，分切后即形成第二单元；
3)制备电芯：将第一单元和第二单元依次堆叠，即得电芯结构。
实施例2
一种隔膜，所述隔膜在叠片使用的时候带有的静电大小为1500v。
所述隔膜为pe隔膜。
所述隔膜的制备方法，包括如下制备步骤：将所述隔膜在叠片前先置于隔离腔体中喷洒无水乙醇；再进行1.4kv等离子体电晕处理，并烘干，制得带静电的隔膜。
所述隔膜的叠片工艺，所述叠片工艺为：
1)制得第一单元：将正极极片等间距8mm置于隔膜上方，并通过静电作用吸附连接，分切后即形成第一单元；
2)制得第二单元：同时将负极极片等间距8mm置于第二隔膜上方，并通过静电作用将两者连接，分切后即形成第二单元；
3)制备电芯：将第一单元和第二单元依次堆叠，即得电芯结构。
实施例3
一种隔膜，所述隔膜在叠片使用的时候带有的静电大小为1800v。
所述隔膜为pp隔膜。
所述隔膜的制备方法，包括如下制备步骤：将所述隔膜在叠片前先置于隔离腔体中喷洒无水乙醇；再进行1.7kv等离子体电晕处理，并烘干，制得带静电的隔膜。
所述隔膜的叠片工艺，所述叠片工艺为：
1)制得第一单元：将正极极片等间距10mm置于隔膜上方，并通过静电作用吸附连接，分切后即形成第一单元；
2)制得第二单元：同时将负极极片等间距10mm置于第二隔膜上方，并通过静电作用将两者连接，分切后即形成第二单元；
3)制备电芯：将第一单元和第二单元依次堆叠，即得电芯结构。
实施例4
一种隔膜，所述隔膜在叠片使用的时候带有的静电大小为2000v。
所述隔膜pvdf隔膜。
所述隔膜的制备方法，包括如下制备步骤：将隔膜放置在露点-60℃环境中72h，制得带静电的隔膜。
所述隔膜的叠片工艺，所述叠片工艺为：
1)制得第一单元：将正极极片等间距14mm置于隔膜上方，并通过静电作用吸附连接，分切后即形成第一单元；
2)制得第二单元：同时将负极极片等间距14mm置于第二隔膜上方，并通过静电作用将两者连接，分切后即形成第二单元；
3)制备电芯：将第一单元和第二单元依次堆叠，即得电芯结构。
实施例5
一种隔膜，所述隔膜在叠片使用的时候带有的静电大小为2500v。
所述隔膜为pvdf-hfp隔膜。
所述隔膜的制备方法，包括如下制备步骤：将隔膜放置在露点-50℃环境中95h，制得带静电的隔膜。
所述隔膜的叠片工艺，所述叠片工艺为：
1)制得第一单元：将正极极片等间距18mm置于隔膜上方，并通过静电作用吸附连接，分切后即形成第一单元；
2)制得第二单元：同时将负极极片等间距18mm置于第二隔膜上方，并通过静电作用将两者连接，分切后即形成第二单元；
3)制备电芯：将第一单元和第二单元依次堆叠，即得电芯结构。
实施例6
一种隔膜，所述隔膜在叠片使用的时候带有的静电大小为3000v。
所述隔膜涂覆三氧化二铝的隔膜。
所述隔膜的制备方法，包括如下制备步骤：将隔膜放置在露点-40℃环境中120h，制得带静电的隔膜。
所述隔膜的叠片工艺，所述叠片工艺为：
1)制得第一单元：将正极极片等间距20mm置于隔膜上方，并通过静电作用吸附连接，分切后即形成第一单元；
2)制得第二单元：同时将负极极片等间距20mm置于第二隔膜上方，并通过静电作用将两者连接，分切后即形成第二单元；
3)制备电芯：将第一单元和第二单元依次堆叠，即得电芯结构。
对比例1
与实施例2的区别在于，隔膜所带静电的大小为500v。
对比例2
与实施例2的区别在于，所述隔膜的制备过程未采用无水乙醇喷洒。
对比例3
与实施例2的区别在于，用热压代替静电吸附作用叠加。
对比例4
与实施例5的区别在于，露点静置温度过低为-70℃。
对比例5
与实施例5的区别在于，露点静置时间过短，为60h。
对比例6
与实施例5的区别在于，所述隔膜所带静电的大小为3500v。
实施例1-6，对比例1-6所得成品的测试结果见表1。
实施例和对比例中的电池的正极为三元材料nmc811，负极为石墨，理论容量为58(1/3c)ah。
表1各实施例与对比例中成品相关性能指标
结论分析：
实施例1-6可制备出性能优异的锂电池电芯结构，该结构既有良好的浸润性能，也具有较好的平整性，使得材料具备良好的电化学性能，使用寿命长。
对于对比例1-6的相关数据，对比例1中对比例1与实施例2的区别在于，隔膜所带静电的大小为500v，成品率极低，仅为5％，性能下降原因分析：隔膜与极片无法有效复合，彼此间结合力较差，所以成品率极低；
对比例2与实施例2的区别在于，所述隔膜的制备过程未采用无水乙醇喷洒，成品率显著降低，性能下降原因，隔膜与极片的粘结仍较弱，叠片过程中容易出现复合不牢的情况，因此成品率较低；
对比例3与实施例2的区别在于，用热压代替静电吸附作用叠加，成品率明显由97.5％下降到50％，这是由于热压导致正负极与隔膜复合后，变形严重，成品率极低；而且由于极片与隔膜界面的粘结力过大，界面电解液浸润困难，浸入所述时间较长。电池的内阻即dcr显著增加，容量难以有效发挥，仅为35.7ah；
对比例4与实施例5的区别在于，露点静置温度过低为-70℃，电池成品率下降，仅为71％。电池容量下降为54ah，dcr显著增加。这主要是由于露点温度过低，隔膜静电过大，叠片过程极易吸附粉尘杂质，成品率下降，杂质的存在会导致电池内阻增加，副反应增加，进而容量下降；
对比例5与实施例5的区别在于，露点静置时间过短，为60h，电池成品率由99％下降至80％，容量由58ah降低至53ah，dcr由1.75增加到2.5，主要是由于静置时间过短，隔膜表面无法形成足够静电，影响极片和隔膜的复合效果，进而成品率下降。同时，时间过短，隔膜自身含水量偏高，导致电芯内部水分含量偏高，电池在化成分容过程中的副反应严重，因此dcr显著增加，容量下降；
对比例6与实施例5的区别在于，所述隔膜所带静电的大小为3500v，电池成品率由100％降低至60％，容量由58ah降低至49ah,dcr由1.7增加到2.7。这主要是由于隔膜所带静电过大，叠片过程中易吸附大量杂质粉尘，导致成品率下降。同时，杂质粉尘会导致电池内部副反应，增加电池内阻，并导致容量下降。
由实施例1-6以及对比例1-6的数据可知，只有在本发明权利要求范围内的方案，才能够在各方面均能满足上述要求，得出最优化的方案，得到最优的性能的锂电池电芯结构。而对于配比的改动、原料的替换/加减，或者加料顺序的改变，均会带来相应的负面影响。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
1.一种隔膜，其特征是，所述隔膜在叠片使用的时候带有的静电大小为800-3000v。
2.根据权利要求1所述的一种隔膜，其特征是，所述隔膜包括pe隔膜、pp隔膜、pe和pp任意复合的多层隔膜、无纺布隔膜及涂覆隔膜中的一种。
3.根据权利要求2所述的一种隔膜，其特征是，所述无纺布隔膜的基体材料包含pi、pa、pvdf、pvdf-hfp、pan、纤维素、pe、pp等中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的一种隔膜，其特征是，所述涂覆隔膜的涂覆层包含陶瓷颗粒、芳纶、pvdf、pvdf-hfp、pan、pva、pmma及其衍生物中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的一种隔膜，其特征是，所述陶瓷颗粒包含三氧化二铝、勃母石、硫酸钡、硫酸镁、氧化硅中的至少一种。
6.如权利要求1-5任一所述隔膜的制备方法，其特征是，包括如下制备步骤：将所述隔膜在叠片前先喷洒无水乙醇；再进行电晕处理，并烘干，制得带静电的隔膜。
7.根据权利要求6所述隔膜的制备方法，其特征是，所述电晕处理的条件为1-1.7kv。
8.如权利要求1-5任一所述隔膜的制备方法，其特征是，包括如下制备步骤：将隔膜放置在露点-60~-40℃环境中72-120h，制得带静电的隔膜。
9.如权利要求1所述隔膜的叠片工艺，其特征是，所述叠片工艺为：
1）制得第一单元：将正极极片等间距置于隔膜上方，并通过静电作用吸附连接，分切后即形成第一单元；
2）制得第二单元：同时将负极极片等间距置于第二隔膜上方，并通过静电作用将两者连接，分切后即形成第二单元；
3）制备电芯：将第一单元和第二单元依次堆叠，即得电芯结构。
10.根据权利要求8所述的隔膜的叠片工艺，其特征是，所述等间距的距离为5-20mm。
技术总结