CN102683742A - 一种锂离子电芯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电芯，包括相互层叠设置的正极片和负极片，正极片和负极片的片数均为至少两片，并且正极片和负极片的片数相差1片，还包括卷绕的第一隔膜和卷绕的第二隔膜，正极片均设置于第一隔膜的同一侧，负极片均设置于第二隔膜的同一侧，在从电芯的最内圈到最外圈的方向上，第一隔膜和第二隔膜交替地间隔于相邻的正极片和负极片之间。相对于现有技术，本发明多层极片并联减小了电芯的内部阻抗，使得极化减小，放电平台提高；极片的并联提高了电芯的大倍率充放电能力；本发明的电芯由于极片是堆叠在一起的，内部结构统一，应力均匀分布，所以不容易产生变形。此外，本发明还公开了一种该电芯的制备方法。

Description

一种锂离子电芯及其制备方法

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电芯及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为新能源领域最具代表性的储能器件，在移动电子、动力电池和储能电站等领域中占据不可取代的位置。尤其在动力电池领域，对电池的大倍率充放电性能有了更高的要求。

目前的电芯制备方式主要有两种：卷绕方式和叠片方式。相对而言，卷绕方式效率更高，但是卷绕方式卷出的电芯内部结构不均一，电芯不同位置所受的应力也不同，这就造成了某些厚电芯和容易厚度反弹的电芯在充放电时容易变形。而且卷绕方式制备的电池还存在内阻较大的缺点。而叠片方式的优势是并联的堆叠方式使得电芯内阻更小，放电平台更高，内部受力均匀一致，且采用叠片方式制备的电池的大倍率充放电能力较好，适合于应用在动力电池领域。但是采用叠片方式制备电池的过程中需要制备电极单元来完成堆叠，工艺繁琐复杂，效率不高。

例如，申请专利号为CN200880120848.0的中国专利申请记载了采用二分电池和全电池堆叠卷绕的方式来制备锂离子电芯。具体而言，该方式是将正极片、隔膜和负极片先热合成二分电池和全电池单元，再将每个单元放置在单独一条隔膜上热合，卷绕成电芯组件。该方式工艺较为复杂，需要进行两次热复合，并且要先制备电池单元，效率较低。并且由于采用两次热复合，极片与隔膜、以及极片之间的对齐精度也不容易控制。

有鉴于此，确有必要提供一种既能减小电芯内阻，又能改善电芯变形，同时还能够保证生产效率及简化工艺的锂离子电芯制备方法，以及采用该方法制备的锂离子电芯。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种锂离子电芯，该电芯综合了卷绕方式和叠片方式的优势，克服了卷绕方式和叠片方式的不足，具有较小的内阻和较好的大倍率充放电能力，内部受力均匀一致，不易变形。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种锂离子电芯，包括相互层叠设置的正极片和负极片，所述正极片的片数为至少两片，所述负极片的片数为至少两片，并且所述正极片的片数和所述负极片的片数相差1片，使正负极能够依次堆叠；每一片正极片均设置有正极极耳，每一片负极片均设置有负极极耳，相邻的两片正极极耳焊接连接，相邻的两片负极极耳焊接连接，还包括卷绕的第一隔膜和卷绕的第二隔膜，每一片正极片均设置于所述第一隔膜的同一侧，每一片负极片均设置于所述第二隔膜的同一侧，在从所述电芯的最内圈到最外圈的方向上，所述第一隔膜和所述第二隔膜交替地间隔于相邻的所述正极片和所述负极片之间。

作为本发明锂离子电芯的一种改进，所述第一隔膜的长度和所述第二隔膜的长度均比所述负极片的长度大0.1-2mm，所述第一隔膜的宽度和所述第二隔膜的宽度均比所述负极片的宽度大0.1-2mm；所述负极片的长度比所述正极片的长度大0.1-2mm，所述负极片的宽度比所述正极片的宽度大0.1-2mm，以防止正极片和负极片之间接触，并防止析锂现象的发生，保证电池安全。

作为本发明锂离子电芯的一种改进，每一片正极片均通过热合固定设置于所述第一隔膜，以保证正极片与第一隔膜之间不发生相互滑动；每一片负极片均通过热合固定设置于所述第二隔膜，以保证负极片与第二隔膜之间不发生相互滑动。同时，还能提高电池的硬度。

作为本发明锂离子电芯的一种改进，所述第一隔膜的末端和所述第二隔膜的末端均贴有粘胶。

作为本发明锂离子电芯的一种改进，所述正极极耳和所述负极极耳位于所述电芯前端的两侧。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：第一，多层极片并联减小了电芯的内部阻抗，使得极化减小，放电平台提高，更接近材料自身的真实放电平台。

第二，极片的并联提高了电芯的大倍率充放电能力。

第三，本发明的电芯由于极片是堆叠在一起的，内部结构统一，应力均匀分布，所以不容易产生变形。

本发明的另一个目的在于提供一种锂离子电芯的制备方法，包括以下步骤：第一步，将至少两片留有正极极耳的正极片间隔地设置在第一隔膜的一侧，将至少两片留有负极极耳的负极片间隔地设置在第二隔膜的一侧，并且所述正极片的片数和所述负极片的片数相差一片，多出的一片对应空白隔膜，其余正极片与负极片一一对应设置；也就是说，第一隔膜的起始位置不放置极片（正极片或负极片），而第二隔膜的起始位置则放置有极片（正极片或负极片）。

其中，隔膜（第一隔膜和第二隔膜）由具有离子导通能力的聚合物组成，正极片是由正极材料涂覆到正极集流体表面制造而成，负极极片是由负极材料涂覆到负极集流体表面制造而成，隔膜必须有足够长度和宽度包裹所有极片，以防止正极片和负极片直接接触，隔膜的长度及宽度方向要超过负极片0.1-2mm，负极片长度及宽度方向要超出对应的正极片0.1-2mm，以保证电池安全。

间隔设置在第一隔膜上的正极片之间的距离从卷绕初始端开始依次增加，间隔设置在第二隔膜上的负极片之间的距离从卷绕初始端开始依次增加，以够保证极片间良好的对齐度)。

第二步，将设置有正极片的第一隔膜和设置有负极片的第二隔膜对齐放置，并使第一隔膜和第二隔膜分设于正极片或负极片的两侧。

第三步，从空白隔膜一端开始卷绕，使正极片和负极片依次堆叠，然后将正极极耳焊接连接，负极极耳焊接连接，得到锂离子电芯。其中，极耳并联焊接可以减小内阻，提高电池的放电倍率。

为了进一步提高正极片、第一隔膜、负极片和第二隔膜之间的稳固性，在将正极片、第一隔膜、负极片和第二隔膜按照一定顺序堆叠后需要在一定温度下进行热合，热合的温度范围胃20—200℃，以保证极片与隔膜不发生相对滑动。

其中，卷绕完成后电芯的最上层和最下层的极片既可以是双面涂覆的正极片也可以是双面涂覆的负极片，还可以是单面涂覆的正极集流体或单面涂覆的负极集流体，优选为单面涂覆的正极集流体或单面涂覆的负极集流体，因为这样可以防止活性物质的浪费，提高电池的能量密度。更优选的，电芯的最上层和最下层极片均为单面涂覆的负极集流体，因为这样还可以节约成本。

作为本发明锂离子电芯的制备方法的一种改进，第一步中，每一片正极片均通过热合固定设置于所述第一隔膜，每一片负极片均通过热合固定设置于所述第二隔膜，防止正极片和第一隔膜之间的滑动，以及防止负极片与第二隔膜之间的滑动，提高了电池的安全性能。

作为本发明锂离子电芯的制备方法的一种改进，第一步中，相邻正极片的正极极耳左右交替设置；相邻负极片的负极极耳左右交替设置，以保证同极性极耳的对齐，利于焊接。

作为本发明锂离子电芯的制备方法的一种改进，第三步卷绕完成后，在所述第一隔膜的末端和所述第二隔膜的末端贴上粘胶，将第一隔膜和第二隔膜固定在电芯上。

作为本发明锂离子电芯的制备方法的一种改进，：第三步卷绕完成后，所述正极极耳均位于所述电芯前端的一侧，所述负极极耳均位于所述电芯前端的另一侧，便于正极极耳和负极极耳的焊接，并且便于外接用电器。

相对于现有技术，本发明的制备方法与现有的叠片方式相比，因为不需要制作大量的电池单元(二分电池或全电池)，因此工艺得到简化，效率更高。而且制备的电池兼具卷绕方式与叠片方式制备的电池的优势，既具有较小的内阻，又具有较小的变形。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明及其有益技术效果进行详细说明。

图1为本发明实施例1的正极片在第一隔膜上的排布结构示意图。

图2为本发明实施例1的负极片在第二隔膜上的排布结构示意图。

图3为本发明实施例1的电芯在卷绕时的结构示意图。

图4为本发明实施例1的电芯的结构示意图。

图5为本发明实施例2的正极片在第一隔膜上的排布结构示意图。

图6为本发明实施例2的负极片在第二隔膜上的排布结构示意图。

图7为本发明实施例2的电芯在卷绕时的结构示意图。

图8为本发明实施例2的电芯的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例详细描述本发明及其有益效果，但是，本发明的实施例并不局限于此。

实施例1：本发明提供的一种锂离子电芯的制备方法，包括以下步骤：第一步，本实施例中，正极片1的片数比负极片3的片数少一片，且正极片1的片数至少为2片，每一片正极片1上均设置有正极极耳11，每一片负极片3上均设置有负极极耳31。如图1和2所示，将留有正极极耳11的正极片1间隔地通过热合固定在第一隔膜2的一侧，其中，第一隔膜2的起始位置不放置正极片1。将留有负极极耳31的负极片3间隔地通过热合固定在第二隔膜4的一侧，其中，第二隔膜4的起始位置放置有负极片3。其余正极片1与负极片3一一对应设置。在第一隔膜2的长度方向上，从起始位置开始，相邻正极片1之间的间距逐渐增大；在第二隔膜4的长度方向上，从起始位置开始，相邻负极片3之间的间距逐渐增大。相邻正极片1的正极极耳11左右交替设置；相邻负极片3的负极极耳31左右交替设置，即，若一片正极片1的正极极耳11设置在其右侧，则与该正极片1左右相邻的正极片1上的正极极耳11则设置在左侧，同理，负极片3也是如此。而且，对于相对设置的正极片1和负极片3，正极极耳11和负极极耳31交错设置。

第二步，如图3所示，将设置有正极片1的第一隔膜2和设置有负极片3的第二隔膜4对齐放置，即除了起始位置外，其余位置的正极片1和负极片3对齐，并使第一隔膜2和第二隔膜4分设于负极片3的两侧，也就是说，第一隔膜2位于正极片1和负极片3之间。

第三步，从第一隔膜2的空白端开始卷绕，使位于第二隔膜4起始位置的负极片3堆叠在位于第一隔膜2一侧的正极片1上，按此方向继续卷绕，然后再通过热合的方式将正极片1、第一隔膜2、负极片3和第二隔膜4固定在一起，热合的温度为20-200℃，以防止正极片1、负极片3和第一隔膜2、第二隔膜4之间的相互滑动，保证电池安全，同时还能增强电池的硬度。卷绕完成后，再在第一隔膜2的末端和第二隔膜4的末端贴上粘胶5，此时，正极极耳11为与电芯的一侧，负极极耳31位于电芯另一侧，然后将正极极耳11焊接连接，负极极耳31焊接连接，得到锂离子电芯。

采用以上方法得到的锂离子电芯的结构示意图如图4所示，包括相互层叠设置的正极片1和负极片3，并且正极片1的片数比负极片3的片数少一片，正极片1均设置有正极极耳11，负极片3均设置有负极极耳31，正极极耳11焊接连接，负极极耳31焊接连接，还包括卷绕的第一隔膜2和卷绕的第二隔膜4，正极片1均设置于第一隔膜2的同一侧，负极片3均设置于第二隔膜4的同一侧，在从电芯的最内圈到最外圈的方向上，第一隔膜2和第二隔膜4交替地间隔于相邻的正极片1和负极片3之间。正极极耳11和负极极耳31位于电芯前端的两侧。电芯的前端是指极耳伸出的一端。

电芯的最上层和最下层极片均为负极片3，该负极片3可以是双面涂覆有负极材料的负极片3，也可以是单面涂覆有负极材料的负极片3，其未涂覆负极材料的一侧位于最外侧。且正极极耳均11位于电芯的一侧，负极极耳31均位于电芯的另一侧。

第一隔膜2的末端和第二隔膜4的末端均贴有粘胶5。当然，也可以通过热融合的方式将第一隔膜2和第二隔膜4固定在电芯最外端。

此外，为了防止析锂和正极片1与负极片3直接接触，第一隔膜2的长度和第二隔膜4的长度均比负极片3的长度大0.1-2mm，第一隔膜2的宽度和第二隔膜4的宽度均比负极片3的宽度大0.1-2mm；负极片3的长度比正极片1的长度大0.1-2mm，负极片3的宽度比正极片1的宽度大0.1-2mm。

实施例2：本发明提供的一种锂离子电芯的制备方法，包括以下步骤：第一步，本实施例中，正极片1的片数比负极片3的片数多一片，且负极片3的片数至少为2片，每一片正极片1上均设置有正极极耳11，每一片负极片3上均设置有负极极耳31。如图5和6所示，将留有正极极耳11的正极片1间隔地通过热合固定在第一隔膜2的一侧，其中，第一隔膜2的起始位置放置有正极片1。将留有负极极耳31的负极片3间隔地通过热合固定在第二隔膜4的一侧，其中，第二隔膜4的起始位置不放置负极片3。其余正极片1与负极片3一一对应设置。在第一隔膜2的长度方向上，从起始位置开始，相邻正极片1之间的间距逐渐增大；在第二隔膜4的长度方向上，从起始位置开始，相邻负极片3之间的间距逐渐增大。相邻正极片1的正极极耳11左右交替设置；相邻负极片3的负极极耳31左右交替设置，即，若一片正极片1的正极极耳11设置在其右侧，则与该正极片1左右相邻的正极片1上的正极极耳11则设置在左侧，同理，负极片3也是如此。而且，对于相对设置的正极片1和负极片3，正极极耳11和负极极耳31交错设置。

第二步，如图7所示，将设置有正极片1的第一隔膜2和设置有负极片3的第二隔膜4对齐放置，即除了起始位置外，其余位置的正极片1和负极片3对齐，并使第一隔膜2和第二隔膜4分设于正极片1的两侧，也就是说，第二隔膜4位于正极片1和负极片3之间。

第三步，从第二隔膜4的空白端开始卷绕，使位于第一隔膜2起始位置的正极片1堆叠在位于第二隔膜4一侧的负极片3上，按此方向继续卷绕，然后再通过热合的方式将正极片1、第一隔膜2、负极片3和第二隔膜4固定在一起，热合的温度为20-200℃，以防止正极片1、负极片3和第一隔膜2、第二隔膜4之间的相互滑动，保证电池安全，同时还能增强电池的硬度。卷绕完成后，再在第一隔膜2的末端和第二隔膜4的末端贴上粘胶5，此时，正极极耳11为与电芯的一侧，负极极耳31位于电芯另一侧，然后将正极极耳11焊接连接，负极极耳31焊接连接，得到锂离子电芯。

采用以上方法得到的锂离子电芯的结构示意图如图8所示，包括相互层叠设置的正极片1和负极片3，正极片1的片数比负极片3的片数多一片，正极片1均设置有正极极耳11，负极片3均设置有负极极耳31，正极极耳11焊接连接，负极极耳31焊接连接，还包括卷绕的第一隔膜2和卷绕的第二隔膜4，正极片1均设置于第一隔膜2的同一侧，负极片3均设置于第二隔膜4的同一侧，在从电芯的最内圈到最外圈的方向上，第一隔膜2和第二隔膜4交替地间隔于相邻的正极片1和负极片3之间，正极极耳11和负极极耳31位于电芯前端的两侧。电芯的前端是指极耳伸出的一端。

电芯的最上层和最下层的极片均为正极片1，该正极片1可以是双面涂覆有正极材料的正极片1，也可以是单面涂覆有正极材料的正极片1，其未涂覆正极材料的一侧位于最外侧。且正极极耳均11位于电芯的一侧，负极极耳31均位于电芯的另一侧。

第一隔膜2的末端和第二隔膜4的末端均贴有粘胶5。当然，也可以通过热融合的方式将第一隔膜2和第二隔膜4固定在电芯最外端。

此外，为了防止析锂和正极片1与负极片3直接接触，第一隔膜2的长度和第二隔膜4的长度均比负极片3的长度大0.1-2mm，第一隔膜2的宽度和第二隔膜4的宽度均比负极片3的宽度大0.1-2mm；负极片3的长度比正极片1的长度大0.1-2mm，负极片3的宽度比正极片1的宽度大0.1-2mm。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种锂离子电芯，包括相互层叠设置的正极片和负极片，所述正极片的片数为至少两片，所述负极片的片数为至少两片，并且所述正极片的片数和所述负极片的片数相差1片，每一片正极片均设置有正极极耳，每一片负极片均设置有负极极耳，相邻的两片正极极耳焊接连接，相邻的两片负极极耳焊接连接，其特征在于：还包括卷绕的第一隔膜和卷绕的第二隔膜，每一片正极片均设置于所述第一隔膜的同一侧，每一片负极片均设置于所述第二隔膜的同一侧，在从所述电芯的最内圈到最外圈的方向上，所述第一隔膜和所述第二隔膜交替地设置于相邻的所述正极片和所述负极片之间。

2.根据权利要求1所述的锂离子电芯，其特征在于：所述第一隔膜的长度和所述第二隔膜的长度均比所述负极片的长度大0.1-2mm，所述第一隔膜的宽度和所述第二隔膜的宽度均比所述负极片的宽度大0.1-2mm；所述负极片的长度比所述正极片的长度大0.1-2mm，所述负极片的宽度比所述正极片的宽度大0.1-2mm。

3.根据权利要求1所述的锂离子电芯，其特征在于：每一片正极片均通过热合固定设置于所述第一隔膜；每一片负极片均通过热合固定设置于所述第二隔膜。

4.根据权利要求1所述的锂离子电芯，其特征在于：所述第一隔膜的末端和所述第二隔膜的末端均贴有粘胶。

5.根据权利要求1所述的锂离子电芯，其特征在于：所述正极极耳和所述负极极耳位于所述电芯前端的两侧。

6.一种锂离子电芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将至少两片留有正极极耳的正极片间隔地设置在第一隔膜的一侧，将至少两片留有负极极耳的负极片间隔地设置在第二隔膜的一侧，并且所述正极片的片数和所述负极片的片数相差一片，多出的一片对应空白隔膜，其余正极片与负极片一一对应设置；

第二步，将设置有正极片的第一隔膜和设置有负极片的第二隔膜对齐放置，并使第一隔膜和第二隔膜分设于正极片或负极片的两侧；

第三步，从空白隔膜一端开始卷绕，使正极片和负极片依次堆叠，然后将正极极耳焊接连接，负极极耳焊接连接，得到锂离子电芯。

7.根据权利要求6所述的锂离子电芯的制备方法，其特征在于：第一步中每一片正极片均通过热合固定于所述第一隔膜，每一片负极片均通过热合固定于所述第二隔膜。

8.根据权利要求6所述的锂离子电芯的制备方法，其特征在于：第一步中，相邻正极片的正极极耳左右交替设置；相邻负极片的负极极耳左右交替设置。

9.根据权利要求6所述的锂离子电芯的制备方法，其特征在于：第三步卷绕完成后，在所述第一隔膜的末端和所述第二隔膜的末端贴上粘胶。

10.根据权利要求6所述的锂离子电芯的制备方法，其特征在于：第三步卷绕完成后，每一片正极极耳均位于所述电芯前端的一侧，每一片负极极耳均位于所述电芯前端的另一侧。

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