锂离子电池内隔膜褶皱的原因及消除

在锂离子电池制造过程中,电芯注入电解液时,隔膜局部区域出现褶皱并在隔膜和极片间残留有气泡是一个常见的现象.隔膜上的褶皱和隔膜/极片间界面的缺陷会造成电池内阻分布不均匀,内阻低的地方电池循环过程中可能会局部过充或过放,进而影响电池的一致性及循环性能.针对这一现象,对不同种类的隔膜进行了研究,发现溶剂碳酸二甲酯(DMC)在流动浸润隔膜过程中,各种隔膜均会产生褶皱,且褶皱间距随隔膜厚度的增加略有增大.通过对DMC流动浸润隔膜的前端进行分析,发现隔膜产生褶皱主要有两个原因:DMC局部浸润隔膜过程中,毛细作用导致隔膜在液体流动前端出现隆起,在隔膜和极片间出现间隙.同时,DMC扩散到隔膜和极片的内部孔隙所排出的气体在极片/隔膜界面处积累形成气泡,导致隔膜出现局部的变形和皱褶.为解决上述问题,本文提出在电池加工过程中把涂布有聚偏氟乙烯(PVDF)的复合隔膜与正负极片热压黏合,粘合力抵消DMC浸润隔膜时所产生的毛细作用,能够减少或完全消除隔膜的褶皱.实验表明,当隔膜和正极极片热压后的剥离强度小于10 mN/cm时,黏结力尚不足以完全平衡毛细作用,隔膜仍会出现局部的皱缩,但褶皱数量明显减少.当剥离强度大于15 mN/cm时,隔膜的褶皱现象才被完全消除,说明提高隔膜与极片间的黏结强度,是一个解决隔膜/极片界面处缺陷的有效方法,隔膜褶皱等宏观缺陷的消除也有利于提高锂离子电池的一致性及循环稳定性,具有明确的实际应用价值.

The origin and elimination of separator wrinkles in lithium-ion batteries