CN113013479A - 一种增容型软包锂电池结构及其电芯组合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增容型软包锂电池结构，包括壳体、电解液以及若干组设置在壳体中的装配极组，每组装配极组包括正极片、负极片以及隔膜袋，正极片与负极片尺寸一致，隔膜袋一侧设有开口，负极片或正极片设置在隔膜袋中，负极片或正极片的极耳从隔膜袋的开口伸出。步骤包括S1：将负极片装入隔膜袋中，正极片设置在隔膜袋外侧。S2：将正极片与负极片对正。S3：使用热复合装置进行一次热压，形成装配极组。S4：重复S1至S3步骤，获得N个装配极组。S5：取若干装配极组，二次热压形成大单元。本方案隔膜袋为半封闭结构，保证正负极不会因相对位移造成短路，避免活性物质脱落，安全性优越。正极片与负极片的尺寸一致，负极的利用效率高，容量大。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池制造领域，尤其是涉及一种增容型软包锂电池结构及其电芯组合方法。
背景技术
锂电池是依靠锂离子在正极片和负极片之间来回移动工作的二次电池，正负极片指有正负极活性物质和金属集流体构成的锂离子的工作部件。现有技术中，负极比正极尺寸大，完全包裹正极，会造成负极边缘未嵌锂，损失很大一部分容量，并且在后续装配过程中，正负极活性物质容易脱落，导致电池自放电大，造成不良影响。例如，一种在中国专利文献上公开的“一种快速充电且安全的低温锂离子电池及其制造方法”，其公告号CN111370752A，电池由干电芯经入壳、注入电解液、化成、封口、分容制成，所述干电芯由正极片、陶瓷隔膜、负极片、陶瓷隔膜组合经卷绕形成。正/负极活性物质为一次纳米粒子构成的二次微米颗粒，纳米级粒子能有效缩减锂离子的迁移距离，提高锂离子在电池充放电过程的迁移速度；同时干电芯的正负极片引出的多重极耳聚集后与平面金属薄片集流体焊接在一起形成全极耳，有效降低电池在充电过程的内阻和温升，解决了电池高倍率快速充电的问题，提高了电池的大电流充放电性能，也提高了电池的安全稳定性能和低温电化学性能。但是该方案在容量损失，装配时活性物质容易脱落，导致电池自放电大，造成不良影响。
发明内容
本发明是为了克服现有技术存在容量损失，装配时活性物质容易脱落，导致电池自放电大，造成不良影响的问题，提供一种增容型软包锂电池结构。在壳体大小一定的基础上提升电池容量，同时装配时可避免活性物质脱落，安全性高，能量密度大。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种增容型软包锂电池结构，包括壳体、电解液以及若干设置在壳体中的装配极组，若干装配极组连接成一体结构，每组装配极组包括正极片、负极片以及隔膜袋，正极片与负极片尺寸一致，隔膜袋一侧设有开口，负极片或正极片设置在隔膜袋中，负极片或正极片的极耳从隔膜袋的开口伸出。隔膜袋为半封闭结构，将正极片或负极片设置在隔膜袋中，正极片或负极片的缺陷都会被封闭在隔膜袋内，既保证正负极不会因相对位移造成短路，又可活性物质容易脱落，安全性优越。
作为优选，正极片、负极片均呈方形薄片状，正极片与负极片的边缘对齐，正极片、负极片以及隔膜袋热压成一体结构。装配极组通过热压技术将正极片、负极片以及隔膜袋位置固定。装配模组形成一个小单元，若干个小单元组成电池。
作为优选，正极片包括活性物质和第一导电集流体，活性物质设置在第一导电集流体表面，活性物质为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂之一或者它们的混合物，第一导电集流体采用铝箔与镍箔网复合结构，铝箔厚度为10~20um。正极片的集流体电化学性能稳定，不与活性物质、粘结剂和电解液等发生相互反应，镍箔用于电加热。
作为优选，负极片包括石墨和第二导电集流体，第二导电集流体采用铜箔与镍箔网复合结构，铜箔厚度为6~8um。这种结构的负极片具有较高的强度、柔韧性好、质量轻以及比容量高。
作为优选，隔膜袋采用pvdf材质，隔膜袋的厚度为不超过100μm，隔膜袋设有若干微孔，微孔孔径为0.1~0.5μm。隔膜袋的有微孔，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。
作为优选，隔膜袋开口一侧的边缘超出正极片或负极片的边缘0.5~3mm。避免电池使用后发热膨胀端部接触造成短路。
作为优选，每组装配极组包括两个隔膜袋，正极片和负极片分别设置在两个隔膜袋中。进一步分隔正、负极片，提高安全性。
一种增容型软包锂电池结构的电芯组合方法，包括有以下步骤：
S1：使用装袋机构将负极片装入隔膜袋中，正极片设置在隔膜袋外侧，负极片的极耳从隔膜袋的开口伸出。
S2：正极片的极耳与负极片的极耳呈相反方向布置，将正极片与负极片对正。
S3：使用热复合装置进行一次热压，隔膜袋包覆负极片并与正极片连接成一体，形成装配极组。
S4：重复S1至S3步骤，获得N个装配极组。
S5：取若干装配极组，使用热复合装置进行二次热压形成大单元。
本方案中，将工序拆分，正负极片先通过一次热压形成N个装配极组，根据实际电池容量需求调整装配极组数量，再经过二次热压形成大单元，电池容量调整灵活方便。
作为优选，步骤S3中的一次热压包括预热阶段、黏结阶段以及冷却阶段，热复合装置的压力控制在0.2~0.8mpa，预热阶段将负极片、正极片的镍箔网分别与电源连接并短路发热，控制温度在60°~90°C范围内；黏结阶段控制温度沿90°C-110°C-190°C逐渐升高，黏结阶段时间60s~180s，冷却阶段将电源断开，控制热复合装置的压辊温度在30°~50°C。优选方案中对正负极片直接加热，加热温度精确控制，使得隔膜袋与正负极片连接更为牢靠，不会轻易脱落分离，避免短路缺陷。
作为优选，步骤S5中的二次热压包括预热阶段、黏结阶段以及冷却阶段，热复合装置的压力控制在0.6~1.5mpa，预热阶段将负极片、正极片的镍箔分别与电源连接并短路发热，控制温度在60°~90°C范围内；黏结阶段控制温度沿90°C-110°C-190°C逐渐升高，黏结阶段时间60s~180s，冷却阶段将电源断开，控制热复合装置的压辊温度在30°~50°C。优选方案中对正负极片直接加热，隔膜袋与正负极片连接更为牢靠，不会轻易脱落分离，避免短路缺陷。
因此，本发明具有如下有益效果：（1）正极片与负极片不接触，安全性高；（2）负极片利用率高，能量密度大；（3）装配极组灵活性较强，可根据片数多少来定制电芯容量。
附图说明
图1是本发明的装配极组结构示意图。
图2是本发明的整体结构示意图。
图中：1、壳体 2、电解液 3、装配极组 3-1、正极片 3-2、负极片 3-3隔膜袋。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。需要说明的是，上述描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
实施例：
如图1、图2所示的实施例中，一种增容型软包锂电池结构，包括壳体1、电解液2以及若干组设置在壳体中的装配极组3，每组装配极组包括正极片3-1、负极片3-2以及隔膜袋3-3，正极片包括活性物质和第一导电集流体，活性物质设置在第一导电集流体表面，活性物质为钴酸锂，也可以是锰酸锂、磷酸铁锂之一或者它们的混合物，第一导电集流体采用铝箔，铝箔厚度为15um。正极片的集流体电化学性能稳定，不与活性物质、粘结剂和电解液等发生相互反应。负极片包括石墨和第二导电集流体，第二导电集流体采用铜箔，铜箔厚度为8um。这种结构的负极片具有较高的强度、柔韧性好、质量轻以及比容量高。隔膜袋采用pvdf材质，隔膜袋的厚度为20μm，隔膜袋一侧设有开口，隔膜袋设有若干微孔，微孔孔径为0.2μm。隔膜袋的有微孔，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。隔膜袋开口一侧的边缘超出负极片的边缘3mm。避免电池使用后发热膨胀端部接触造成短路。正极片与负极片尺寸一致，正极片、负极片均呈方形薄片状，负极片设置在隔膜袋中，负极片的极耳从隔膜袋的开口伸出，正极片设置在隔膜袋外侧，正极片、负极片的耳机方向设置。正极片与负极片的边缘对齐，正极片、负极片以及隔膜袋热压成一体结构。避免电池使用后发热膨胀端部接触造成短路。作为优选，每组装配极组包括两个隔膜袋，正极片和负极片分别设置在两个隔膜袋中，进一步分隔正、负极片，提高安全性。
一种增容型软包锂电池结构的电芯组合方法，包括有以下步骤：
S1：使用装袋机构将负极片装入隔膜袋中，正极片设置在隔膜袋外侧，负极片的极耳从隔膜袋的开口伸出。
S2：正极片的极耳与负极片的极耳呈相反方向布置，将正极片与负极片对正。
S3：使用热复合装置进行一次热压，隔膜袋包覆负极片并与正极片连接成一体，形成装配极组。
S4：重复S1至S3步骤，获得N个装配极组。
S5：取若干装配极组，使用热复合装置进行二次热压形成大单元。
本方案中，将工序拆分，正负极片先通过一次热压形成N个装配极组，根据实际电池容量需求调整装配极组数量，再经过二次热压形成大单元，电池容量调整灵活方便。
作为优选，步骤S3中的一次热压包括预热阶段、黏结阶段以及冷却阶段，热复合装置的压力控制在0.2~0.8mpa，预热阶段将负极片、正极片的镍箔分别与电源连接并短路发热，控制温度在60°~90°C范围内；黏结阶段控制温度沿90°C-110°C-190°C逐渐升高，黏结阶段时间60s~180s，冷却阶段将电源断开，控制热复合装置的压辊温度在30°~50°C。优选方案中对正负极片直接加热，加热温度精确控制，使得隔膜袋与正负极片连接更为牢靠，不会轻易脱落分离，避免短路缺陷。
作为优选，步骤S5中的二次热压包括预热阶段、黏结阶段以及冷却阶段，热复合装置的压力控制在0.6~1.5mpa，预热阶段将负极片、正极片的镍箔分别与电源连接并短路发热，控制温度在60°~90°C范围内；黏结阶段控制温度沿90°C-110°C-190°C逐渐升高，黏结阶段时间60s~180s，冷却阶段将电源断开，控制热复合装置的压辊温度在30°~50°C。优选方案中对正负极片直接加热，隔膜袋与正负极片连接更为牢靠，不会轻易脱落分离，避免短路缺陷。
本实施例中，先将负极片装入隔膜袋，再按负极片、正极片、负极片的顺序组装成包含有若干个装配极组的电池结构。正极片与负极片的尺寸一致，避免负极片边缘未嵌锂，增大负极的利用效率，提高容量，增加能量密度。隔膜袋为半封闭结构，将正极片或负极片设置在隔膜袋中，正极片或负极片的缺陷都会被封闭在隔膜袋内，既保证正负极不会因相对位移造成短路，又可活性物质容易脱落，安全性优越。因此，本发明正极片与负极片不接触，安全性高；负极片利用率高，能量密度大；装配极组灵活性较强，可根据片数多少来定制电芯容量。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种增容型软包锂电池结构，包括壳体以及电解液，其特征是，还包括若干设置在壳体中的装配极组，若干装配极组连接成一体结构，每组装配极组包括正极片、负极片以及隔膜袋，正极片与负极片尺寸一致，隔膜袋一侧设有开口，负极片或正极片设置在隔膜袋中，负极片或正极片的极耳从隔膜袋的开口伸出。
2.根据权利要求1所述的一种增容型软包锂电池结构，其特征是，正极片、负极片均呈方形薄片状，正极片与负极片的边缘对齐，正极片、负极片以及隔膜袋热压成一体结构。
3.根据权利要求1所述的一种增容型软包锂电池结构，其特征是，正极片包括活性物质和第一导电集流体，活性物质设置在第一导电集流体表面，活性物质为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂之一或者它们的混合物，第一导电集流体采用铝箔与镍箔网复合结构，铝箔厚度为10~20um。
4.根据权利要求1所述的一种增容型软包锂电池结构，其特征是，负极片包括石墨和第二导电集流体，第二导电集流体采用铜箔与镍箔网复合结构，铜箔厚度为6~8um。
5.根据权利要求1所述的一种增容型软包锂电池结构，其特征是，隔膜袋采用pvdf材质，隔膜袋的厚度为不超过100μm，隔膜袋设有若干微孔，微孔孔径为0.1~0.5μm。
6.根据权利要求1或2或5所述的一种增容型软包锂电池结构，其特征是，隔膜袋开口一侧的边缘超出正极片或负极片的边缘0.5~3mm。
7.根据权利要求1或2或5所述的一种增容型软包锂电池结构，其特征是，每组装配极组包括两个隔膜袋，正极片和负极片分别设置在两个隔膜袋中。
8.一种增容型软包锂电池结构的电芯组合方法，其特征是，包括有以下步骤：
S1：使用装袋机构将负极片装入隔膜袋中，正极片设置在隔膜袋外侧，负极片的极耳从隔膜袋的开口伸出；
S2：正极片的极耳与负极片的极耳呈相反方向布置，将正极片与负极片对正；
S3：使用热复合装置进行一次热压，隔膜袋包覆负极片并与正极片连接成一体，形成装配极组；
S4：重复S1至S3步骤，获得N个装配极组；
S5：取若干装配极组，使用热复合装置进行二次热压形成大单元。
9.根据权利要求8所述的一种增容型软包锂电池结构的电芯组合方法，其特征是，步骤S3中的一次热压包括预热阶段、黏结阶段以及冷却阶段，热复合装置的压力控制在0.2~0.8mpa，预热阶段将负极片、正极片的镍箔网分别与电源连接并短路发热，控制温度在60°~90°C范围内；黏结阶段控制温度沿90°C-110°C-190°C逐渐升高，黏结阶段时间60s~180s，冷却阶段将电源断开，控制热复合装置的压辊温度在30°~50°C。
10.根据权利要求8所述的一种增容型软包锂电池结构的电芯组合方法，其特征是，步骤S5中的二次热压包括预热阶段、黏结阶段以及冷却阶段，热复合装置的压力控制在0.6~1.5mpa，预热阶段将负极片、正极片的镍箔分别与电源连接并短路发热，控制温度在60°~90°C范围内；黏结阶段控制温度沿90°C-110°C-190°C逐渐升高，黏结阶段时间60s~180s，冷却阶段将电源断开，控制热复合装置的压辊温度在30°~50°C。
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