CN111341947A - 异形高倍率电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异形高倍率电池，包括外壳以及设于外壳内的电芯，外壳的轴向长度大于径向宽度，外壳的径向宽度沿轴向逐渐增大后逐渐减小；电芯包括至少一个正极片和至少两个负极片，正极片和负极片交错叠合设置，任意一个正极片与负极片之间设有隔膜片，正极片、负极片和隔膜片的形状均与外壳形状相同；正极片为依次设置有导电层和正极涂布层的金属箔；电芯还包括与正极片固定连接的正极耳以及与负极片固定连接的负极耳，正极耳和负极耳分别自正极片和负极片延伸至外壳外；还包括注入在外壳内的电解液。本发明提供的电池整体为异形设置，在提高电子产品的空间利用率的同时实现高倍率的目的，且制作流程简单通畅。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种异形高倍率离子电池及其制备方法。
背景技术
锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。随着现代化社会的发展，聚合物锂离子电池因其优越的电性能及安全性，应用于各种各样的电器产品上，如智能手表、数码相机、蓝牙等等。其使用范围也越来越广泛，因此对于电池的结构、有了严格要求。随着人们的生活水平的提高，个性化的电子产品层出不穷，如腕式手机、腕工手表、腕式测压仪等等。由于上述个性化电子产品在各方面的广泛应用，对电池不仅有形状上的要求，也有倍率上的要求，而如何在体积较小的情况下提高异形锂离子电池倍率一直是业界的难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种异形高倍率电池及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
异形高倍率电池，包括外壳以及设于所述外壳内的电芯，所述外壳的轴向长度大于径向宽度，所述外壳的径向宽度由所述外壳中心沿轴向分别向两侧逐渐减小；
所述电芯包括至少一个正极片和至少两个负极片，所述正极片和所述负极片交错叠合设置，任意一个所述正极片与所述负极片之间设有隔膜片，所述正极片、所述负极片和所述隔膜片的形状均与所述外壳形状相同；
所述正极片为依次设置有导电层和正极涂布层的铝箔；
所述电芯还包括与所述正极片固定连接的正极耳以及与所述负极片固定连接的负极耳，所述正极耳和所述负极耳分别自所述正极片和所述负极片延伸至所述外壳外；
所述异形高倍率电池还包括注入在所述外壳内的电解液。
优选地，所述外壳包括沿径向相对设置的贯通所述外壳的第一开口和第二开口，所述正极耳和所述负极耳二者之一自所述第一开口延伸至所述外壳外，所述正极耳和所述负极耳二者之另一自所述第二开口延伸至所述外壳外。
优选地，所述正极片上设有与所述正极耳固定连接的第一空箔区，所述负极片上设有与所述负极耳固定连接的第二空箔区。
优选地，所述正极片和所述负极片的外周尺寸小于所述隔膜片的外周尺寸。
优选地，多个所述隔膜片相互独立，所述隔膜片设于任意一个所述正极片和所述负极片之间；
或者，多个所述隔膜片连接为一体，呈Z字排布，所述正极片和所述负极片交错插设于任意两个相邻所述隔膜片之间。
优选地，所述外壳包括两个壳壁，其中包括至少一个与所述电芯形状相同的第一壳壁，至少一个所述第一壳壁设有用于容置所述电芯的凹槽，所述凹槽形状与所述电芯形状相同；两个所述壳壁相对配合连接形成所述外壳。
一种异形高倍率电池的制备方法，包括以下步骤：
S1、通过配料、涂布、碾压、冲切分别获得正极片和负极片；
S2、通过冲切得到与所述正极片和/或所述负极片形状相同的隔膜片；
S3、将所述正极片、所述负极片和所述隔膜片交错叠合设置形成电芯；
S4、在铝塑膜上冲压出与所述电芯形状相同的外壳；
S5、将所述电芯放入所述外壳中并对所述外壳***进行第一次一封，并使所述外壳留有一侧边开放形成开口；
S6、高温烘烤，通过所述开口往所述外壳内注液后完成第二次一封，将所述开口封合，陈化，获得异形锂电池半成品；
S7、对所述异形锂电池半成品预充电、除气，沿着所述外壳的外周进行二封；
S8、沿着二封形成的封合线切除所述外壳周围的铝塑膜，获得异形锂电池。
优选地，步骤S3还包括在正极片上焊接正极耳，在负极片上焊接负极耳；在正极耳和正极片的连接处、负极耳和负极片的连接处贴高温胶；
在步骤S5中，所述正极耳和所述负极耳分别自第一开口和第二开口伸出所述外壳，所述正极耳和所述负极耳上的极耳胶处于封装的封合处。
优选地，步骤S4中，分别在两个铝塑膜上冲压出两个第一壳壁其中所述第一壳壁具有与所述电芯形状相同的凹槽；步骤S5中，将所述电芯放入一个所述第一壳壁的凹槽内，将两个所述壳壁相对配合形成一个外壳，将所述电芯包覆其中；
或者，步骤S4中，在一个铝塑膜上冲压出两个对称设置的的第一壳壁，步骤S5中，将两个所述第一壳壁沿对称线对折，将所述电芯放入两个所述第一壳壁之间，两个所述第一壳壁相对配合形成所述外壳，将所述电芯包覆其中。
优选地，步骤S4中，在铝塑膜上冲压出一个与所述电芯形状相同的第一壳壁，所述第一壳壁具有用于容置电芯的凹槽；所述第一壳壁位于所述铝塑膜的一端上；步骤S5中，将所述电芯放入所述第一壳壁的凹槽内，将所述铝塑膜进行对折，使所述铝塑膜的另一端覆合到所述第一壳壁上封闭凹槽，将所述电芯包覆其中；
或者，步骤S4中，在铝塑膜上冲压出一个与所述电芯形状相同的第一壳壁，具有用于容置电芯的凹槽；步骤S5中，采用另一铝塑膜覆合到所述壳壁上封闭凹槽，将所述电芯包覆其中。
本发明具有以下有益效果：本发明的异形高倍率电池，整体为异形设置，为定制化的电子产品提供性能好、外观具有独特个性的电池，在提高电子产品的空间利用率的同时实现高倍率的目的，且制作流程简单通畅。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一个实施例的电池结构示意图；
图2是本发明一个实施例的外壳结构示意图；
图3是本发明一个实施例的电芯结构示意图；
图4是本发明一个实施例的正极片结构示意图；
图5是本发明一个实施例的负极片结构示意图；
图6是本发明一个实施例中隔膜片的结构示意图；
图7是本发明另一个实施例中隔膜片的结构示意图；
图8是本发明一个实施例中壳壁的结构示意图；
图9是本发明另一个实施例中壳壁的结构示意图；
图10是本发明一个实施例中第一次一封的封装示意图；
图11是本发明一个实施例中第二次一封的封装示意图；
图12是本发明一个实施例中二封的封装示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明提供的异形高倍率电池，可用于腕式电子设备等需要高倍率供电的异形电子设备中，其可包括形状相同的外壳1以及设于外壳1内的电芯2，其中外壳1和电芯2均为类橄榄形，即轴向长度大于径向宽度，外壳1的径向宽度由外壳1中心沿轴向分别向两侧逐渐减小，作为本发明的一个优选实施例，径向宽度由外壳1中心沿轴向向两侧平滑减小。
如图2所示，外壳1是由铝塑膜制成的内部中空的壳体，包括贯通外壳1内腔的第一开口11和第二开口12，在一些实施例中，第一开口11和第二开口12沿径向相对设置，且第一开口11和第二开口12优选设于距离最远的径向两端。在一些实施例中，参考图8-图9，外壳1包括两个壳壁13，其中包括至少一个与电芯2形状相同的第一壳壁13a，第一壳壁13a上设有用于容置电芯2的凹槽，该凹槽形状与电芯2形状相同，两个壳壁13相对配合连接形成外壳1；作为本发明的另一个实施例，外壳1包括两个壳壁13，其中包括至少一个与电芯2形状相同的第一壳壁13a，第一壳壁13a上设有用于容置电芯2的凹槽，该凹槽形状与电芯2形状相同，该两个壳壁13一侧相连，以相连处为对称轴将两个壳壁13对折配合以形成外壳1。
参考图3，电芯2包括至少一个正极片21和至少两个负极片22，正极片21和负极片22交错叠合设置，任意一个正极片21与负极片22之间均设有隔膜片23，其中，参考图6及图7，多个隔膜片23可以相互独立，即每个隔膜片23均可以设于任意一个正极片21和负极片22之间；或者，多个隔膜片23连接为一体，平铺来看即若干个隔膜片23径向相连，当多个径向相连的隔膜片23组成电芯2时，呈Z字排布，即多个径向相连的隔膜片23在空间内纵向重叠排布，正极片21和负极片22交错插设于任意两个相邻隔膜片23之间。通过正极片21、负极片22、隔膜片23的叠置形成具有一定厚度的电芯2，电芯2的厚度根据上述正极片21、隔膜片23和负极片22的数量不同而改变，在一些实施例中，电芯2最上层和最下层的极片均为负极片22，且上述两负极片22外侧均设有隔膜片23，电芯2上下两侧均由隔膜片23将外壳1与负极片22隔离开。其中，为避免正极片21和负极片22短接，正极片21和负极片22的外周尺寸均小于隔膜片23的外周尺寸。
在一些实施例中，参考图3，电芯2还包括与正极片21固定连接的正极耳24以及与负极片22固定连接的负极耳25，正极耳24和负极耳25分别自正极片21和负极片22自第一开口11和第二开口12延伸至外壳1外，当然，可以理解的是，正极耳24和负极耳25也可以分别自第二开口12和第一开口11延伸至外壳1外，即正极耳24、负极耳25与第一开口11、第二开口12不存在一一对应关系，其可以随意组合。
通常，正极片21为正反两面均设有正极涂布层的金属箔，优选为铝箔，在本发明中，为提高该异形电池的电池倍率，铝箔上设有导电层，正极片21为依次设置导电层和正极涂布层的铝箔，即在铝箔先设置一层涂碳层作为导电层，再在该导电层上设置一层由正极活性物、导电剂、粘结剂混合而成的正极涂布层，铝箔正反两面均依次设有导电层和正极涂布层；负极片22为设置有负极涂布层的金属箔，优选为铜箔，即在铜箔的两面设置由负极活性物、导电剂、粘结剂混合而成的负极涂布层作为负极片22。参考图4及图5，为连接正极耳24和负极耳25，正极片21的一端还设置有第一空箔区211，第一空箔区211与正极片21一体连接，可以是自正极片21延伸出来的未设置正极涂布层和导电层的铝箔；负极片22的一端设置有第二空箔区221，第二空箔区221与负极片22一体连接，可以是自负极片22延伸出来的未设置负极涂布层的铜箔，正极耳24连接在第一空箔区211上，负极耳25连接在第二空箔区221上。在一些实施例中，为提高异形电池的空间使用率，正极片21、负极片22和隔膜片23的形状均与外壳1形状相同，即正极涂布层、负极涂布层的面积最大化，以提高该异形电池的倍率。
为防止电芯2短路，正极耳24和负极耳25焊接后，分别在正极耳24和正极片21的连接处、负极耳25余负极片22的连接处贴有耐高温的高温胶。
当电芯2装配于外壳1内后，第一空箔区211、第二空箔区221和高温胶均位于外壳10内部，正极耳24远离第一空箔区211的一端和负极耳25远离第二空箔区221的一端均伸出外壳1外。
该异形高倍率电池还包括注入在外壳1内的电解液，将正极片21、负极片22完全浸润于电解液中，以实现锂离子的交换。
本发明还提供一种异形高倍率电池的制备方法，其中包括以下步骤：
S1、通过配料、涂布、碾压、冲切分别获得正极片21和负极片22。
其中，在铝箔上依次涂布有导电层和正极涂布层，其中导电层在一些实施例中为涂碳层，正极涂布层在一些实施例中是由正极活性物、导电剂和粘接剂混合而成的正极浆料，涂布后的铝箔经干燥、碾压、冲切完成正极片21的制作；在铜箔上涂布有负极涂布层，该负极涂布层在一些实施例中是由负极活性物、导电剂和粘接剂混合而成的负极浆料，涂布后的铜箔经干燥、碾压、冲切完成负极片22的制作。正极片21和负极片22上均预留有没有涂布层和导电层的光箔部分，作为第一空箔区211和第二空箔区221用以焊接正极耳24和负极耳25。
S2、通过冲切得到与所述正极片21和/或所述负极片22形状相同的隔膜片23。
其中，冲切采用冲切机完成，如图6所示，可以冲切成一片片单独的隔膜片23，如图7所示，也可以将一隔膜材料冲切为径向相连的若干隔膜片23。
S3、将正极片21、负极片22和隔膜片23交错叠合设置形成电芯2。
其中，在一些实施例中，将上述正极片21、负极片22和隔膜片23交错叠合后，将正极片21上的第一空箔区211对齐并将第一空箔区211设置于第一开口11处，将负极片22上的第二空箔区221对齐并将第二空箔区221设置于第二开口12处；该步骤S3还包括将正极耳24焊接在第一空箔区211上，将负极耳25焊接在第二空箔区221上，正极耳24和负极耳25分别自第一开口11和第二开口12延伸至外壳1外。为防止电芯2短路，在正极耳24和正极片21的连接处、负极耳25和负极片22的连接处还贴高温胶；
S4、在铝塑膜3上冲压出与电芯2形状相同的外壳1，冲压后的外壳1不脱离铝塑膜3。
另外，参考图8及图9，还可以在铝塑膜3上，间隔外壳1处还可冲压出一个气囊31，用于后续的存气、存液。
S5、将电芯2放入外壳1中并对外壳1***进行第一次一封，并使外壳1留有一侧边开放形成开口42；
在本步骤S5中，参考图10，对外壳1***进行第一次一封以形成第一封合线41正极耳和负极耳上的高温胶均处于该第一封合线41处。
参考图10，在步骤S4和步骤S5中，作为本发明的第一个实施例，在两张铝塑膜3上根据电芯2的形状分别冲压出两个对称的第一壳壁13a，该第一壳壁13a具有与电芯2形状相同的凹槽，用于容纳电芯2，将电芯2放置于其中一个凹槽中，将另一第一壳壁13a覆于电芯2上，两个第一壳壁13a相对设置形成外壳1，此时该外壳具有四个开放侧边，将该外壳1设有正极耳和负极耳的两侧以及剩余的任意一侧封合形成第一封合线41，仅留一开放侧形成开口42，用于后续电解液的注入。
作为本发明的第二个实施例，在一张铝塑膜3上根据电芯2的形状冲压出具有容纳电芯2凹槽的第一壳壁13a，该凹槽深度大于电芯2厚度，将电芯2放入该凹槽后，取另一铝塑膜3直接覆盖在电芯2上表面，其封装步骤与第一实施例相同，在此不做赘述。
作为本发明的第三个实施例，在实施例一的基础上，将两对称的第一壳壁13a冲压在同一铝塑膜3上，电芯2放入凹槽后，将两第一壳壁13a沿其对称线进行对折，使两第一壳壁13a相对配合形成外壳1，此时该外壳1具有三个开放侧，将该外壳1设有正极耳24和负极耳25的两开放侧封合形成第一封合线41，剩余的一侧不封合，以形成开口42用于后续电解液的注入。
作为本发明的第四个实施例，在第二实施例的基础上，在铝塑膜上的一端冲压出一个第一壳壁13a，该第一壳壁13a的凹槽深度大于电芯2的厚度，将电芯2放置在该凹槽后，将剩余铝塑膜3与第一壳壁13a对折，剩余铝塑膜3覆盖在电芯2上方，此时外壳1具有三个开放侧，将该外壳设有正极耳24和负极耳25的两开放侧封合形成第一封合线41，剩余的一侧不封合，以形成开口用于后续电解液的注入。
S6、高温烘烤，通过所述开口往所述外壳内注液后完成第二次一封，将所述开口封合，陈化，获得异形高倍率电池半成品。
自开口42向外壳1内注入电解液，使正极片21、负极片22和隔膜片23完全浸润于电解液中。再将该开口42封合形成第二封合线43，参考图11，从而第一封合线41和第二封合线43使外壳1相对外部完全封闭，获得的异形高倍率电池半成品的外周形状主要是铝塑膜3的外周形状。
S7、对异形高倍率电池半成品预充电、除气，沿着外壳1的外周进行二封；
二封后形成的第三封合线44位于外壳1的外周，其中，在步骤S4中冲压的气囊31在二封时，外壳1受挤压后内部的一些气体和电解液可被挤压至气囊31内，避免外壳1因挤压发生开裂现象。
S8、沿着二封形成的第三封合线44切除外壳1周围的铝塑膜3，获得异形高倍率锂电池。
本发明提供的异形高倍率锂电池，在40C-70C的放电容量均可达到1C放电容量的95％以上，显著提升电池的空间使用率，在满足外形要求的同时提高电池倍率，以提高电池的工作效率。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种异形高倍率电池，其特征在于，包括外壳(1)以及设于所述外壳(1)内的电芯(2)，所述外壳(1)的轴向长度大于径向宽度，所述外壳(1)的径向宽度由所述外壳(1)中心沿轴向分别向两侧逐渐减小；
所述电芯(2)包括至少一个正极片(21)和至少两个负极片(22)，所述正极片(21)和所述负极片(22)交错叠合设置，任意一个所述正极片(21)与所述负极片(22)之间设有隔膜片(23)，所述正极片(21)、所述负极片(22)和所述隔膜片(23)的形状均与所述外壳(1)形状相同；
所述正极片(21)为依次设置有导电层和正极涂布层的金属箔；
所述电芯(2)还包括与所述正极片(21)固定连接的正极耳(24)以及与所述负极片(22)固定连接的负极耳(25)，所述正极耳(24)和所述负极耳(25)分别自所述正极片(21)和所述负极片(22)延伸至所述外壳(1)外；
所述异形高倍率电池还包括填充在所述外壳(1)内的电解液。
2.根据权利要求1所述的异形高倍率电池，其特征在于，所述外壳(1)包括沿径向相对设置的贯通所述外壳(1)的第一开口(11)和第二开口(12)，所述正极耳(24)和所述负极耳(25)二者之一自所述第一开口(11)延伸至所述外壳(1)外，所述正极耳(24)和所述负极耳(25)二者之另一自所述第二开口(12)延伸至所述外壳(1)外。
3.根据权利要求2所述的异形高倍率电池，其特征在于，所述正极片(21)上设有与所述正极耳(24)固定连接的第一空箔区(211)，所述负极片(22)上设有与所述负极耳(25)固定连接的第二空箔区(221)。
4.根据权利要求1所述的异形高倍率电池，其特征在于，所述正极片(21)和所述负极片(22)的外周尺寸小于所述隔膜片(23)的外周尺寸。
5.根据权利要求1所述的异形高倍率电池，其特征在于，多个所述隔膜片(23)相互独立，所述隔膜片(23)设于任意一个所述正极片(21)和所述负极片(22)之间；
或者，多个所述隔膜片(23)连接为一体，呈Z字排布，所述正极片(21)和所述负极片(22)交错插设于任意两个相邻所述隔膜片(23)之间。
6.根据权利要求1所述的异形高倍率电池，其特征在于，所述外壳(1)包括两个壳壁(13)，其中包括至少一个与所述电芯(2)形状相同的第一壳壁(13a)，至少一个所述第一壳壁(13a)设有用于容置所述电芯(2)的凹槽，所述凹槽形状与所述电芯(2)形状相同；两个所述壳壁(13)相对配合连接形成所述外壳(1)。
7.一种权利要求1-6任一项所述的异形高倍率电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过配料、涂布、碾压、冲切分别获得正极片(21)和负极片(22)；
S2、通过冲切得到与所述正极片(21)和/或所述负极片(22)形状相同的隔膜片(23)；
S3、将所述正极片(21)、所述负极片(22)和所述隔膜片(23)交错叠合设置形成电芯(2)；
S4、在铝塑膜(3)上冲压出与所述电芯(2)形状相同的外壳(1)；
S5、将所述电芯(2)放入所述外壳(1)中并对所述外壳(1)***进行第一次一封，并使所述外壳(1)留有一侧边开放形成开口(42)；
S6、高温烘烤，通过所述开口(42)往所述外壳(1)内注入电解液后完成第二次一封，将所述开口(42)封合，陈化，获得异形高倍率电池半成品；
S7、对所述异形高倍率电池半成品预充电、除气，沿着所述外壳(1)的外周进行二封；
S8、沿着二封形成的封合线切除所述外壳(1)周围的铝塑膜(3)，获得异形高倍率电池。
8.根据权利要求7所述的异形高倍率电池的制备方法，其特征在于，步骤S3还包括在正极片(21)上焊接正极耳(24)，在负极片(22)上焊接负极耳(25)；在正极耳(24)和正极片(21)的连接处、负极耳(25)和负极片(22)的连接处贴高温胶；
在步骤S5中，所述正极耳(24)和所述负极耳(25)分别自第一开口(11)和第二开口(12)伸出所述外壳(1)，所述正极耳(24)和所述负极耳(25)上的高温胶处于封装的封合处。
9.根据权利要求7所述的异形高倍率电池的制备方法，其特征在于，步骤S4中，分别在两个铝塑膜(3)上冲压出两个第一壳壁(13a)，其中所述第一壳壁(13a)具有与所述电芯(2)形状相同的凹槽；步骤S5中，将所述电芯(2)放入一个所述第一壳壁(13a)的凹槽内，将两个所述壳壁(13)相对配合形成一个外壳，将所述电芯(2)包覆其中；
或者，步骤S4中，在一个铝塑膜(3)上冲压出两个对称设置的的第一壳壁(13a)，步骤S5中，将两个所述第一壳壁(13a)沿对称线对折，将所述电芯(2)放入两个所述第一壳壁(13a)之间，两个所述第一壳壁(13a)相对配合形成所述外壳(1)，将所述电芯(2)包覆其中。
10.根据权利要求7所述的异形高倍率电池的制备方法，其特征在于，步骤S4中，在铝塑膜(3)上冲压出一个与所述电芯(2)形状相同的第一壳壁(13a)，所述第一壳壁(13a)具有用于容置电芯(2)的凹槽；所述第一壳壁(13a)位于所述铝塑膜(3)的一端上；步骤S5中，将所述电芯(2)放入所述第一壳壁(13a)的凹槽内，将所述铝塑膜(3)进行对折，使所述铝塑膜(3)的另一端覆合到所述第一壳壁(13a)上封闭凹槽，将所述电芯(2)包覆其中；
或者，步骤S4中，在铝塑膜(3)上冲压出一个与所述电芯(2)形状相同的第一壳壁(13a)，具有用于容置电芯(2)的凹槽；步骤S5中，采用另一铝塑膜(3)覆合到所述壳壁(13)上封闭凹槽，将所述电芯(2)包覆其中。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN115100955A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-09-23 | 山东大学 | 一种扇形自供电可折叠柔性显示设备及其制造方法 |
| WO2024074083A1 (zh) * | 2022-10-08 | 2024-04-11 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 电池 |
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- 2020-03-13 CN CN202010177653.2A patent/CN111341947A/zh active Pending
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