CN109904525A - 一种类叠片、留白卷绕的方形锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种类叠片式、留白卷绕式的方形锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。本发明对正负极极片长度方向进行间歇式留白设计；宽度方向进行全极耳留白设计。长度方向的留白位于电芯两侧最大曲率处，可有效的缓冲卷绕后产生的张力，从而降低了设备卷绕所产生的S型形变；同时，电芯在后续的循环过程中，避免发生弯曲处正负极材料脱离集流体的问题。宽度方向的全极耳留白设计，可将留白处整体焊接极耳后引出电流，显著降低电池内阻，改善卷绕式电池大倍率性能和低温性能。本发明不仅解决了电池的形变问题，同时提高了高倍率电池及低温电池的各项电化学性能，并且可提高生产效率高、减少制程时间、降低报废率，缩减人工成本。

Description

一种类叠片、留白卷绕的方形锂离子电池

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种类叠片、留白卷绕的方形锂离子电池。

背景技术

锂离子电池因具有比能量高、循环性能好和自放电低等特点，已经在消费类电子产品、电动工具、电动汽车等领域得到了广泛的应用。目前，锂离子电池分为卷绕式和叠片式电芯结构。

卷绕式电芯的特点是由正极、隔膜、负极卷绕后形成的螺旋结构，最里层弯曲处180度的折叠过程及后续充放电过程，易造成极片断裂或掉粉，形成电池的微短路，影响电池性能。同时，由于卷绕圈数的增加，隔膜的张力也随之增加，从而导致卷绕后的电芯产生S型形变。此外卷绕式电芯，在极耳的设计上多采用单个极耳，在大电流或低温下充放电时，因极化的增大和欧姆阻抗的影响，电流分布不均匀，影响电池的性能并增加热安全隐患。

叠片式电芯由若干个正负极单片组成，由于正负极极片的重量不一致，导致每张极片的容量不一致，在后续的充放电过程中易造成电池内部结构的继续恶化，造成电池一致性差、循环寿命短等问题。此外，叠片式电芯由于工艺复杂，废品率高，导致生产成本居高不下。

发明内容

针对典型电芯中存在的技术问题，本发明的目的是克服锂离子电池电芯结构中所存在的缺点，结合卷绕式和叠片式电芯的优点，提供一种类叠片、留白卷绕的方形锂离子电池，该电池结构能够提高电池循环性能、循环寿命长，且有利于低温、大电流放电。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种类叠片、留白卷绕的方形锂离子电池，包括正极片和负极片；所述正极片是在矩形集流体Ⅰ的长度方向上涂布多个矩形活性材料涂覆层Ⅰ形成，多个涂覆层Ⅰ沿矩形集流体Ⅰ的长度方向排成一排，且相邻涂覆层Ⅰ之间留白；所述负极片是在矩形集流体Ⅱ上涂布多个矩形活性材料涂覆层Ⅱ形成，多个涂覆层Ⅱ沿矩形集流体Ⅱ的长度方向排成一排，相邻涂覆层Ⅱ之间留白；在所述集流体Ⅰ和集流体Ⅱ的宽度方向上的一侧均全部留白(即在涂覆层Ⅰ及涂覆层Ⅱ的一侧均留白，不涂覆电极材料)。所述涂覆层Ⅰ和涂覆层Ⅱ为矩形活性材料层。

将所述正极片、隔膜和负极片进行整体卷绕后形成所述类叠片、留白卷绕的方形锂离子电池。

所述方形锂离子电池中，通过控制电极片长度方向上的留白宽度，使正极片和负极片在长度方向上的留白位于电芯弯曲后的最大曲率处。本发明中定义正负极片的长度方向与矩形集流体的长度方向一致。

所述方形锂离子电池中，位于电芯弯曲后最大曲率处的正极片的留白宽度大于负极片的留白宽度。

将所述正极片、隔膜和负极片进行整体卷绕后，在正极片和负极片在宽度方向上的留白处分别焊接正极极耳和负极极耳。

本发明具有以下有益效果：

1、由于正、负极极片在最大曲率处进行留白处理，减少电芯产生S型形变，最里层极片不会折断和掉粉，提高电池循环性能；

2、电芯分别由一张正、负极极片整体卷绕而成，与叠片式电池性能相比，一致性较好，循环寿命长；

3、本发明在极片宽度方向的留白可整体与极耳焊接，利于低温和大电流放电。

附图说明

图1为本发明类叠片、留白卷绕的方形锂离子电池的极片示意图。

图2为本发明中电芯整体卷绕方式示意图。

图3为本发明类叠片式全极耳焊接图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，以助于本领域技术人员理解本发明。

参阅图1，正极极片包括正极集流体铝箔I和涂敷在正极集流体铝箔上的涂覆层I(电极活性材料)，正极集流体铝箔的留白分为长度方向上的间歇式留白和宽度方向的留白，即留白处没有涂覆层，仅为裸露的正极集流体铝箔。其中，长度方向的间歇式留白可通过涂布机编程实现留白的递进增加，留白宽度＝(正极厚度+隔膜厚度+负极厚度)×N，N为卷绕的圈数。参阅图2，正极极片在长度方向的留白位于卷绕式电芯的最大曲率处，且留白宽度小于负极极片在弯曲处的留白宽度。

参阅图1，负极极片包括负极集流体铝箔II和涂敷在负极极集流体铝箔上的涂覆层II(电极活性材料)，负极集流体铝箔的留白分为长度方向上的间歇式留白和宽度方向的留白，即留白处没有涂覆层，仅为裸露的负极集流体铜箔。其中，长度方向的间歇式留白可通过涂布机编程实现留白的递进增加，留白宽度＝(正极厚度+隔膜厚度+负极厚度)×N+1，N为卷绕的圈数。参阅图2，负极极片在长度方向的留白位于卷绕式电芯的最大曲率处，对应正极极片在最大曲率处的留白，且留白宽度大于正极极片在最大曲率处的留白宽度，保证涂敷正极材料的位置有对应的负极材料，防止出现充放电过程中的析锂情况。

参阅图3，将正、负极极片的宽度方向留白的部分分别置于上下两端，采用整体卷绕的方式制作电芯。将卷芯上下两端的正、负极留白部分分别与正、负极极耳焊接，得到类叠片式的全极耳卷绕方形锂离子电池。

本发明上述类叠片、留白卷绕的方形锂离子电池的制作工艺，包括以下步骤：

(a)涂布：将正、负极极片进行间歇式涂布，在涂布长度方向的留白进行递进设置，在分条过程中得到在宽度方向均没有涂敷材料的连续式留白；

(b)整体卷绕：将正、负极极片中在宽度方向具有连续留白的一边分别位于两侧，将正、负极极片以及隔膜进行整体卷绕成为电芯，其中长度方向的间歇式留白位于卷绕电芯的最大曲率处；

(c)整形：将整体卷绕后的电芯放入模具中进行整形，保证弯曲处留白的匹配性以及电芯的平整性；

(d)焊接极耳：将卷芯两侧的正、负极留白部分分别与正、负极极耳进行焊接；

(e)封装：将两端焊接极耳的电芯用铝塑膜进行封装，得到两端留出极耳的方形锂离子电池。

本发明对正负极极片长度方向进行间歇式留白设计；宽度方向进行全极耳留白设计。长度方向的留白位于电芯两侧最大曲率处，可有效的缓冲卷绕后产生的张力，从而降低了设备卷绕所产生的S型形变；能够有效的降低卷绕过程中的首圈弯曲处断裂，同时，电芯在后续的循环过程中，避免发生弯曲处正负极材料脱离集流体的问题。宽度方向的全极耳留白设计，可将留白处整体焊接极耳后引出电流，显著降低电池内阻，改善卷绕式电池大倍率性能和低温性能。本发明不仅解决了电池的形变问题，同时提高了高倍率电池及低温电池的各项电化学性能，并且可提高生产效率高、减少制程时间、降低报废率，缩减人工成本。

以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述实施例，任何根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变的方法，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种类叠片、留白卷绕的方形锂离子电池，包括正极片和负极片；其特征在于：所述正极片是在矩形集流体Ⅰ的长度方向上涂布多个矩形活性材料涂覆层Ⅰ形成，多个涂覆层Ⅰ沿矩形集流体Ⅰ的长度方向排成一排，且相邻涂覆层Ⅰ之间留白；所述负极片是在矩形集流体Ⅱ上涂布多个矩形活性材料涂覆层Ⅱ形成，多个涂覆层Ⅱ沿矩形集流体Ⅱ的长度方向排成一排，相邻涂覆层Ⅱ之间留白；在所述集流体Ⅰ和集流体Ⅱ的宽度方向上的一侧均全部留白；将所述正极片、隔膜和负极片进行整体卷绕后形成所述类叠片、留白卷绕的方形锂离子电池。

2.根据权利要求1所述的类叠片、留白卷绕的方形锂离子电池，其特征在于：所述涂覆层Ⅰ和涂覆层Ⅱ为矩形活性材料层。

3.根据权利要求1所述的类叠片、留白卷绕的方形锂离子电池，其特征在于：所述方形锂离子电池中，正极片和负极片在长度方向上的留白位于电芯的弯曲处。

4.根据权利要求2所述的类叠片、留白卷绕的方形锂离子电池，其特征在于：所述方形锂离子电池中，位于电芯弯曲处的正极片的留白宽度大于负极片的留白宽度。

5.根据权利要求1所述的类叠片、留白卷绕的方形锂离子电池，其特征在于：将所述正极片、隔膜和负极片进行整体卷绕后，在正极片和负极片在宽度方向上的留白处分别焊接正极极耳和负极极耳。