CN105206865B - 一种无极耳卷绕型锂离子电池电芯及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无极耳卷绕型锂离子电池电芯及其制造方法，包括正极片、负极片和隔膜，正极片、隔膜和负极片、隔膜，依次叠层后卷绕成柱形，所述负极片包括涂层部分和无涂层的留白，留白位于负极片的底部；所述正极片的上端设置有正极耳；负极片上的留白超出隔膜露出，并向内平整地折叠在柱形孔芯处。本发明的负极片不再使用负极耳，而是采用在负极片底端留白，留白超出隔膜然后平整折叠在柱形孔芯处，一方面保证了正极片、负极片以及隔膜之间的间隙符合规定，一方面简化了负极片的结构，使其能够工业化生产，另一方面既降低了内阻又保证了能量密度，使本发明的循环使用寿命长，安全性高，一致性好，大电流放电性能高，且可以大规模自动化生产。

Description

一种无极耳卷绕型锂离子电池电芯及其制造方法
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种无极耳卷绕型锂离子电池电芯极其制造方法。
背景技术
随着电子技术的发展，锂离子电池具有的比功率高、循环寿命长、安全性能好以及无污染等优点使其得到广泛地应用，同时锂电池向更高能量、更大电流的方向发展。现在制作锂电池较为普遍的方式是采用卷绕式和叠片式两种方式。目前的卷绕式制造方式是将正负极极片的极耳焊接在集流体的一端，然后连接到电池的壳体上。在电池充放电时仅通过极耳连接集流体。如果极耳只有一个或者两个，同时电池内阻相对偏高，大电流放电性能较差，不能达到高倍率的放电要求；限制了该结构的锂电池在动力电池上和高功率电池上的应用。如果极耳数量增加，使其在极耳位置厚度增加，加大了其对应的正、负极以及隔膜之间的间隙，尤其负极的多极耳设计，在结构上比较复杂，同时也不能进行自动化生产。即使采用将集流体引出再焊接到壳体上，也会占用很大空间，不能大规模自动化生产。这后两种方法解决了内阻的问题，但都会降低能量密度，只能手动进行生产，达不到电池长期循环寿命、安全性和一致性的要求。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种能够改善卷绕式电池不能大电流放电的问题，同时可以进行自动化大规模生产的无极耳卷绕型锂离子电池电芯及其制造方法。
为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种无极耳卷绕型锂离子电池电芯，包括正极片、负极片和隔膜，正极片、隔膜和负极片、隔膜，依次叠层后卷绕成柱形，所述负极片包括涂层部分和无涂层的留白，留白位于负极片的底部；所述正极片的上端设置有正极耳；负极片上的留白超出隔膜露出，并向内平整地折叠在柱形孔芯处。
所述留白的宽度为0.1mm--18mm。
所述负极片的宽度和长度分别大于正极片的宽度和长度，正极片的极耳露出；所述隔膜的长度大于负极片的长度，隔膜的上端超出负极片、下端与负极片的有涂层边界相吻合，负极片的留白超出隔膜。
所述负极片的厚度为6μm--12μm，单面面密度为5 mg/cm2--15mg/cm2，双面面密度为10 mg/cm2--30 mg/cm2；所述正极片的厚度为12μm—20μm，单面面密度为10 mg/cm2--30mg/cm2，双面面密度为20 mg/cm2--60 mg/cm2。
所述留白为铜箔；所述正极耳为铝带。
一种无极耳卷绕型锂离子电池电芯，其制造方法如下：
1），将正极片用涂布机进行常规涂布，负极片用涂布机对负极片的两面均采用横向连续涂布，纵向间歇式涂布的方式进行涂布，保证负极片纵向能留有无涂层的留白；
2），将涂布好的正极片和负极片通过分切形成条状极片，保证条状负极片的底部留有一定宽度的留白，且条状负极片两面的留白带对齐；并将正极耳焊接在正极片上端；
3），通过专利卷绕机机构定位正极片、负极片和隔膜之间的距离并卷绕成柱形，负极片的宽度和长度分别大于正极片的宽度和长度，正极片的极耳露出；所述隔膜的长度大于负极片的长度，隔膜的上端超出负极片、下端与负极片的有涂层边界相吻合，负极片的留白超出隔膜露出；
4），将露出隔膜的留白向内平整地折叠在柱形孔芯处；
5），将折叠好的电芯装进金属壳体内，通过调整金属壳体或辊槽高度保证电芯的负极能够充分接触金属壳体底部；
6），按照正常工艺制作电芯的正极，真空干燥后注入电解液，并使电解液与正极片、负极片和隔膜充分浸润；
7），等电解液与正极片、负极片和隔膜充分浸润后，进行封装、化成，形成锂离子电池单体。
所述留白为铜箔。
所述留白的宽度为0.1mm--18mm。
所述负极片的厚度为6μm--12μm，单面面密度为5 mg/cm2--15mg/cm2，双面面密度为10 mg/cm2--30 mg/cm2；所述正极片的厚度为12μm—20μm，单面面密度为10 mg/cm2--30mg/cm2，双面面密度为20 mg/cm2--60 mg/cm2。
本发明的负极片不再使用负极耳，而是采用在负极片底端留白，留白超出隔膜然后平整折叠在柱形孔芯处，一方面保证了正极片、负极片以及隔膜之间的间隙符合规定，一方面简化了负极片的结构，使其能够工业化生产， 另一方面既降低了内阻又保证了能量密度，使本发明的循环使用寿命长，安全性高，一致性好，大电流放电性能高，并且可以大规模自动化生产。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图。
图2为实施例1的展开示意图。
图3为实施例1的负极片的结构示意图。
图4为实施例1的正极片的结构示意图。
图5为实施例3中三个样品在20A倍率放电比较曲线图。
图6为实施例3中三个样品在25A倍率放电比较曲线图。
图7为实施例3中三个样品在30A倍率放电比较曲线图。
具体实施方式
实施例1：如图1-4所示，一种无极耳卷绕型锂离子电池电芯，包括正极片3、负极片1和隔膜5。所述负极片1包括涂层部分和无涂层的留白2，留白2为铜箔。且留白2位于负极片1的底部，宽度为0.1mm--18mm。所述正极片3的上端设置有正极耳4，正极耳4为铝带。
正极片3、隔膜5和负极片1、隔膜5、依次叠层，叠层过程中保证负极片1的宽度和长度分别大于正极片3的宽度和长度。正极片3的极耳4露出。隔膜5的长度大于负极片1的长度，隔膜5的上端超出负极片1的上端，隔膜5的下端与负极片1的有涂层的边界相吻合，负极片1的留白2超出隔膜5露出。叠层完成后卷绕成柱形，并将负极片1的留白2向内平整地折叠在柱形孔芯处。
其中，所述负极片的厚度为6μm--12μm，单面面密度为5 mg/cm2--15mg/cm2，双面面密度为10 mg/cm2--30 mg/cm2；所述正极片的厚度为12μm—20μm，单面面密度为10 mg/cm2--30 mg/cm2，双面面密度为20 mg/cm2--60 mg/cm2。
实施例2：一种无极耳卷绕型锂离子电池电芯的制造方法，1），将正极片用涂布机进行常规涂布，负极片用涂布机对负极片的两面均采用横向连续涂布，纵向间歇式涂布的方式进行涂布，保证负极片纵向能留有无涂层的留白，所述留白为铜箔，留白的宽度为01.mm—18mm。
2），将涂布好的正极片和负极片通过分切形成条状极片，保证条状负极片的底部留有一定宽度的留白，且条状负极片两面的留白带对齐；并将正极耳焊接在正极片上端。
3），通过专利卷绕机机构定位正极片、负极片和隔膜之间的距离并卷绕成柱形，负极片的宽度和长度分别大于正极片的宽度和长度，正极片的极耳露出；所述隔膜的长度大于负极片的长度，隔膜的上端超出负极片、下端与负极片的有涂层边界相吻合，负极片的留白超出隔膜露出。
4），将露出隔膜的留白向内平整地折叠在柱形孔芯处。
5），将折叠好的电芯装进金属壳体内，通过调整金属壳体或辊槽高度保证电芯的负极能够充分接触金属壳体底部，为加强对金属壳体底部的接触，可以通过柱形孔芯将留白与金属壳体底部焊接。
6），按照正常工艺制作电芯的正极，真空干燥后注入电解液，并使电解液与正极片、负极片和隔膜充分浸润。
7），等电解液与正极片、负极片和隔膜充分浸润后，进行封装、化成，形成锂离子电池单体。
实施例3：一种无极耳卷绕型锂离子电池电芯的制造方法，本发明中以圆柱形18650锂离子电池电芯为例具体说明。按照上述方法进行生产无极耳卷绕型锂离子电池作为样品1，具体过程如下：
1），正极片按照常规的配料工艺配置浆料，然后用涂布机将配好的浆料按照18650设计好的工艺进行涂布，保证正极片的厚度为12μm，单面面密度为10 mg/cm2，双面面密度为20 mg/cm2。
负极片安装常规的配料工艺配置浆料，然后用涂布机将配好的浆料按照横向连续涂布，纵向间歇式涂布的方式，在负极片的两面涂布，保证负极片纵向能留有01.mm的无涂层的留白，且负极片的厚度为6μm，单面面密度为5 mg/cm2，双面面密度为10 mg/cm2。
2）根据锂电池电芯设计工艺要求将正极片和负极片通过分切形成条状，保证条状负极片的底部留有一定宽度的留白，且条状负极片两面的留白带对齐；并将正极耳焊接在正极片上端，所述正极耳为铝带。
3），通过专利卷绕机机构定位正极片、负极片和隔膜之间的距离并卷绕成柱形，负极片的宽度和长度分别大于正极片的宽度和长度，正极片的极耳露出；所述隔膜的长度大于负极片的长度，隔膜的上端超出负极片、下端与负极片的有涂层边界相吻合，负极片的留白超出隔膜露出。
4），将露出隔膜的留白向内平整地折叠在柱形孔芯处。
5），将折叠好的电芯装进金属壳体内，通过调整金属壳体或辊槽高度保证电芯的负极能够充分接触金属壳体底部，为加强对金属壳体底部的接触，可以通过柱形孔芯将留白与金属壳体底部焊接。
6），按照正常工艺制作电芯的正极，真空干燥后注入电解液，并使电解液与正极片、负极片和隔膜充分浸润。
7），等电解液与正极片、负极片和隔膜充分浸润后，进行封装、化成，形成锂离子电池单体。
按照样品1的工艺参数制作常规18650电池，作为样品2和样品3，其中样品2具有一个负极耳但没有留白，样品3具有多个负极耳但没有留白。
将样品1、样品2和样品3从电池内阻和不同倍率放电特性方面进行比较，比较结果如表1所示。
表1
由表1中的内阻数据比较可看出样品1的内阻最小，同种工艺参数制作的样品2的内阻最大，样品3内阻介于两者之间。
将图5、图6和图7中的放电曲线比较可以看出样品2在20A放电情况下放出，但是电压时三者中最低的，在大电流25A和30A放电条件下则是根本放不出来。样品3在20A、25A和30A放电条件下虽然都能放出电来，但是电压平台明显比样品1低。综上所述，采用本发明的结构和制造方法制作的锂离子电池的特性和制造工艺综合为最优。
实施例4：一种无极耳卷绕型锂离子电池电芯的制造方法，正极片的厚度为20μm，单面面密度为30 mg/cm2，双面面密度为60 mg/cm2。
负极片纵向能留有18mm的无涂层的留白，且负极片的厚度为12μm，单面面密度为15mg/cm2，双面面密度为30 mg/cm2。其余均与实施例3相同。
实施例5：一种无极耳卷绕型锂离子电池电芯的制造方法，正极片的厚度为16μm，单面面密度为20 mg/cm2，双面面密度为40 mg/cm2。
负极片纵向能留有12mm的无涂层的留白，且负极片的厚度为8μm，单面面密度为9mg/cm2，双面面密度为20mg/cm2。其余均与实施例3相同。
实施例6：一种无极耳卷绕型锂离子电池电芯，包括正极片、负极片和隔膜，正极片、隔膜、负极片、隔膜依次叠层后卷绕成柱形，所述负极片包括涂层部分和无涂层的留白，留白位于负极片的底部；所述正极片的上端设置有正极耳；负极片上的留白超出隔膜露出，并向内平整地折叠在柱形孔芯处。
实施例7：一种无极耳卷绕型锂离子电池电芯，包括正极片、负极片和隔膜，正极片、隔膜、负极片、隔膜依次叠层后卷绕成柱形。所述负极片包括涂层部分和无涂层的留白，留白位于负极片的底部；所述正极片的上端设置有正极耳；负极片上的留白超出隔膜露出，并向内平整地折叠在柱形孔芯处。所述留白的宽度为0.1mm--18mm。
实施例8：一种无极耳卷绕型锂离子电池电芯，包括正极片、负极片和隔膜，正极片、隔膜、负极片、隔膜依次叠层后卷绕成柱形。所述负极片包括涂层部分和无涂层的留白，留白位于负极片的底部；所述正极片的上端设置有正极耳；负极片上的留白超出隔膜露出，并向内平整地折叠在柱形孔芯处。
所述负极片的宽度和长度分别大于正极片的宽度和长度，正极片的极耳露出；所述隔膜的长度大于负极片的长度，隔膜的上端超出负极片、下端与负极片的有涂层边界相吻合，负极片的留白超出隔膜。
实施例9：一种无极耳卷绕型锂离子电池电芯，所述负极片的厚度为6μm--12μm，单面面密度为5 mg/cm2--15mg/cm2，双面面密度为10 mg/cm2--30 mg/cm2；所述正极片的厚度为12μm—20μm，单面面密度为10 mg/cm2--30 mg/cm2，双面面密度为20 mg/cm2--60 mg/cm2。其余均与实施例8相同。
实施例10：一种无极耳卷绕型锂离子电池电芯，包括正极片、负极片和隔膜，正极片、隔膜、负极片、隔膜依次叠层后卷绕成柱形。所述负极片包括涂层部分和无涂层的留白，留白位于负极片的底部；所述正极片的上端设置有正极耳；负极片上的留白超出隔膜露出，并向内平整地折叠在柱形孔芯处。
所述负极片的厚度为6μm--12μm，单面面密度为5 mg/cm2--15mg/cm2，双面面密度为10 mg/cm2--30 mg/cm2；所述正极片的厚度为12μm—20μm，单面面密度为10 mg/cm2--30mg/cm2，双面面密度为20 mg/cm2--60 mg/cm2。

Claims (8)

1.一种无极耳卷绕型锂离子电池电芯，包括正极片（3）、负极片（1）和隔膜（5），正极片（3）、隔膜（5）和负极片（1）、隔膜（5）依次叠层后卷绕成柱形，其特征在于：所述负极片（1）包括涂层部分和无涂层的留白（2），留白（2）位于负极片（1）的底部；所述正极片（3）的上端设置有正极耳（4）；负极片（1）上的留白（2）超出隔膜（5）露出，并向内平整地折叠在柱形孔芯处；所述负极片（1）的宽度和长度分别大于正极片（3）的宽度和长度，正极片（3）的极耳（4）露出；所述隔膜（5）的长度大于负极片（1）的长度，隔膜（5）的上端超出负极片（1）、下端与负极片（1）的有涂层边界相吻合，负极片（1）的留白（2）超出隔膜（5）露出；制造步骤为：1），将正极片（3）用涂布机进行常规涂布，负极片（1）用涂布机对负极片的两面均采用横向连续涂布，纵向间歇式涂布的方式进行涂布，保证负极片纵向能留有无涂层的留白（2）；
2），将涂布好的正极片（3）和负极片（1）通过分切形成条状极片，保证条状负极片的底部留有一定宽度的留白（3），且条状负极片两面的留白带对齐；并将正极耳（4）焊接在正极片（3）上端；
3），通过卷绕机机构定位正极片（3）、负极片（1）和隔膜（5）之间的距离并卷绕成柱形，负极片（1）的宽度和长度分别大于正极片（3）的宽度和长度，正极片（3）的极耳（4）露出；所述隔膜（5）的长度大于负极片（1）的长度，隔膜（5）的上端超出负极片（1）、下端与负极片（1）的有涂层边界相吻合，负极片（1）的留白（2）超出隔膜（5）露出；
4），将露出隔膜（5）的留白向内平整地折叠在柱形孔芯处；
5），将折叠好的电芯装进金属壳体内，通过调整金属壳体或辊槽高度保证电芯的负极能够充分接触金属壳体底部；
6），按照正常工艺制作电芯的正极，真空干燥后注入电解液，并使电解液与正极片、负极片和隔膜充分浸润；
7），等电解液与正极片、负极片和隔膜充分浸润后，进行封装、化成，形成锂离子电池单体。
2.根据权利要求1所述的一种无极耳卷绕型锂离子电池电芯，其特征在于：所述留白（2）的宽度为12mm--18mm。
3.根据权利要求1所述的一种无极耳卷绕型锂离子电池电芯，其特征在于：所述负极片（1）的厚度为6μm--12μm，单面面密度为5 mg/cm2--15mg/cm2，双面面密度为10 mg/cm2--30mg/cm2；所述正极片（3）的厚度为12μm—20μm，单面面密度为10 mg/cm2--30 mg/cm2，双面面密度为20 mg/cm2--60 mg/cm2。
4.根据权利要求1所述的一种无极耳卷绕型锂离子电池电芯，其特征在于：所述留白（2）为铜箔；所述正极耳（4）为铝带。
5.一种无极耳卷绕型锂离子电池电芯的制造方法如下：
1），将正极片（3）用涂布机进行常规涂布，负极片（1）用涂布机对负极片的两面均采用横向连续涂布，纵向间歇式涂布的方式进行涂布，保证负极片纵向能留有无涂层的留白（2）；
2），将涂布好的正极片（3）和负极片（1）通过分切形成条状极片，保证条状负极片的底部留有一定宽度的留白（3），且条状负极片两面的留白带对齐；并将正极耳（4）焊接在正极片（3）上端；
3），通过卷绕机机构定位正极片（3）、负极片（1）和隔膜（5）之间的距离并卷绕成柱形，负极片（1）的宽度和长度分别大于正极片（3）的宽度和长度，正极片（3）的极耳（4）露出；所述隔膜（5）的长度大于负极片（1）的长度，隔膜（5）的上端超出负极片（1）、下端与负极片（1）的有涂层边界相吻合，负极片（1）的留白（2）超出隔膜（5）露出；
4），将露出隔膜（5）的留白向内平整地折叠在柱形孔芯处；
5），将折叠好的电芯装进金属壳体内，通过调整金属壳体或辊槽高度保证电芯的负极能够充分接触金属壳体底部；
6），按照正常工艺制作电芯的正极，真空干燥后注入电解液，并使电解液与正极片、负极片和隔膜充分浸润；
7），等电解液与正极片、负极片和隔膜充分浸润后，进行封装、化成，形成锂离子电池单体。
6.根据权利要求5所述的无极耳卷绕型锂离子电池电芯的制造方法，其特征在于：所述留白（2）为铜箔。
7.根据权利要求5所述的无极耳卷绕型锂离子电池电芯的制造方法，其特征在于：所述留白的宽度为12mm--18mm。
8.根据权利要求5所述的无极耳卷绕型锂离子电池电芯的制造方法，其特征在于：所述负极片（1）的厚度为6μm--12μm，单面面密度为5 mg/cm2--15mg/cm2，双面面密度为10 mg/cm2--30 mg/cm2；所述正极片（3）的厚度为12μm—20μm，单面面密度为10 mg/cm2--30 mg/cm2，双面面密度为20 mg/cm2--60 mg/cm2。
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