CN101931105A - 锂离子动力电池及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锂离子动力电池及其制造方法，所述方法包括以下步骤：在所述正极极片的边缘留出一定宽度部分作为正极露箔区，在所述负极极片的边缘留出一定宽度部分作为负极露箔区；将所述正极极片、隔膜和负极极片依次层叠，其中，所述隔膜与正极含料区和负极含料区对齐，正极露箔区从宽度方向上隔膜的一侧伸出，负极露箔区从另一侧伸出；将层叠后的正极极片、隔膜和负极极片卷绕形成电芯；沿平行于电芯轴线的方向分别切除部分正极露箔区和部分负极露箔区，剩下的部分露箔区超出电芯的底面，以分别形成多层的正极极耳和多层的负极极耳。所述锂离子动力电池及其制造方法，能够明显增加极耳的数量，改善电池大电流导通性能。

Description

锂离子动力电池及其制造方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子动力电池及其制造方法。

背景技术

锂离子电池是20世纪开发成功的一种新型电池，因其具有比能量高、放电电压稳定、没有记忆效应、绿色环保等优点，近年来已广泛应用于军事和民用小型电器中，如移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等，以代替传统电池。目前，容量大于3Ah的锂离子动力电池已在电动代步车、电动自行车、UPS电源和便携式电动工具中应用，还有望成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一，而且在人造卫星、航空航天和储能方面具有广阔的前景。

图1为一种锂离子电池的电芯结构示意图，其中，该电芯位于电池壳体(图中未示出)的内部，电芯的正极极耳11’和负极极耳12’与设置于壳体表面的正负极端子(图中未示出)电性连接，通过所述正负极端子电池即可进行充电或放电。如图1所示，所述电芯采用卷绕工艺制作，由正极极片101、隔膜103和负极极片102依次层叠后围绕圆柱形的卷针(图中未示出)卷绕而成，正极极耳11’与正极极片101焊接，负极极耳12’与负极极片102焊接，正极极耳11’和负极极耳12’分别从圆柱形电芯的两个底面伸出，胶带106将卷绕后的极片绑定。一般正极极片采用铝箔带，负极采用铜箔带。

动力电池特别是混合动力汽车或电动工具所使用动力电池对电芯的大电流放电性能要求非常高。为提高电芯大电流放电性能，需要对电芯中影响到大电流导通能力的各个环节加以改进，而所述正负极极耳将电芯的正负极极片与壳体外的正负极端子连接，因此，在动力电池的设计中，极耳的大电流导通能力至关重要。

一般说来，提高极耳的大电流导通能力都是通过增加极耳的数量或有效面积来实现。例如传统18650功率型电芯具有两对极耳，其正常工作状态下能承受20A的电流，传统26650功率型电芯具有四对极耳，其正常工作状态下能承受40A的电流。

如图2所示，上述多对极耳的电芯在制造过程中，先在箔带1上相隔一段距离留出特定宽度的箔带不涂覆正极材料，形成多个露箔区2，接着在所述各个露箔区2分别焊接极耳3，电芯设计要求的电流越大，极耳3的数量就越多，如以上方法分别制作正极极片和负极极片，在和隔膜叠加后围绕卷针(图中未示出)卷绕形成电芯。

然而问题在于，卷绕过程中电芯的周长逐渐增大，每卷一圈的周长都是不同的，也就是说，各个露箔区相隔的距离是不同的，极耳数量越多，各个露箔区相隔的距离就越难确定，使得卷绕后极耳位置很容易偏移，多个极耳不能对齐，导致后续极耳焊接加工困难。因此，采用这种方法制造的电芯的极耳数量不能太多，一般仅有3～4对正负极极耳，影响了电池大电流性能的改善。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子动力电池及其制造方法，能够明显增加极耳的数量，改善电池大电流导通性能。

为此，本发明提供一种锂离子动力电池的制造方法，包括以下步骤：

在所述正极极片的边缘留出一定宽度部分作为正极露箔区，其余部分沿正极极片的长度涂布正极材料以作为正极含料区，在所述负极极片的边缘留出一定宽度部分作为负极露箔区，其余部分沿负极极片的长度涂布负极材料以作为负极含料区；

将所述正极极片、隔膜和负极极片依次层叠，其中，所述隔膜与正极含料区和负极含料区对齐，正极露箔区从宽度方向上隔膜的一侧伸出，负极露箔区从另一侧伸出；

将层叠后的正极极片、隔膜和负极极片卷绕形成电芯；

沿平行于电芯轴线的方向分别切除部分正极露箔区和部分负极露箔区，剩下的部分露箔区超出电芯的底面，以分别形成多层的正极极耳和多层的负极极耳；

将至少一个所述电芯装入电池壳体内，并将所述正极极耳、负极极耳分别与壳体上的正极端子、负极端子电性连接。

所述切除部分正极露箔区和部分负极露箔区采用水刀切割或飞刀切割或激光切割等工艺。

所述电芯为圆柱体形，则所述平行于电芯轴线的方向为电芯底面圆形的弦线方向，剩下的部分露箔区为圆冠。

所述弦线为至少一条，则剩下的部分露箔区在垂直于电芯轴线方向形成至少一个圆冠形。

将所述正极极耳、负极极耳分别与壳体上的正极端子、负极端子电性连接包括：

将多层的正极极耳或负极极耳并联固定连接再与正极或负极端子的延伸柄固定连接。

所述固定连接包括铆接和焊接。

本发明还提供一种锂离子动力电池，包括至少一个电芯，由正极极片、隔膜和负极极片依次层叠后卷绕而成，

所述电芯具有分别从两个底面伸出的多层的正极极耳和多层的负极极耳，所述每一层正极或负极极耳均为所述正极或负极极片的露箔区，所述露箔区为从宽度方向上伸出隔膜并且未涂布正极或负极材料的部分箔带。

所述多层的正极极耳或多层的负极极耳在垂直于电芯轴线的方向为圆冠形。

还包括：壳体和盖板装置，所述壳体和盖板装置密封连接而将所述至少一个电芯封闭在壳体内，所述盖板装置具有正极端子和负极端子。

所述正极端子或者负极端子为螺柱，所述螺柱包括螺纹部和与所述螺纹部垂直的弯折部，其中，所述弯折部与所述盖板固定连接。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

所述锂离子动力电池及其制造方法，采用先卷绕在加工极耳的方式，预先在正极或负极极片中留出露箔区，而该露箔区不像传统技术那样沿箔带长度方向间隔排列，而是贯穿整个箔带的边缘，卷绕后正负极的露箔区分别伸出电芯的两个底面，然后切去部分露箔区，剩下的部分露箔区作为多层的正负极极耳。由于多层极耳是由卷绕的箔带露箔区切割形成的，因此，不会存在各层极耳对不齐的问题，理论上来说，正极或负极极耳的数量可以为电芯卷绕圈数的整数倍，因此，能够明显增加极耳的数量，改善电池大电流导通性能。

本发明的优选技术方案中，将极耳加工成在平行于电芯底面的方向形成两个以圆心对称的圆冠，相当于每圈箔带引出两个正极极耳或负极极耳，进一步增加了极耳数量。

附图说明

通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为一种锂离子动力电池的电芯结构示意图；

图2为图1中电芯的正极或负极极片的分解结构示意图；

图3为实施例一中锂离子动力电池的立体结构示意图；

图4为图3中电芯的结构示意图；

图5为图3中电芯的分解结构示意图；

图6实施例一中盖板装置的结构示意图；

图7至图8为实施例二中锂离子动力电池制造方法的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为突出本发明的特点，附图中没有给出与本发明的发明点必然直接相关的部分，例如绝缘胶垫。

传统的锂离子动力电池正极或负极极耳数量都不能太多(一般仅有3～4对正负极极耳)，影响了电池大电流性能的改善，发明人研究发现，之所以极耳数量不能太多，是因为极耳越多箔带上连接极耳的各个露箔区相隔的距离就越难确定，使得卷绕后极耳位置很容易偏移，多个极耳不能对齐，导致后续极耳焊接加工困难。

基于此，本发明的技术方案提供一种锂离子动力电池及其制造方法，采用多层的正极极耳和多层的负极极耳，分别由电芯两个底面双向引出，制造过程中采取先卷绕形成电芯然后加工极耳的方法，这样极耳的数量远超出传统电池，而且极耳的位置固定，易于焊接，因此可以改善电池大电流导通性能。

以下结合附图详细说明所述锂离子动力电池的一种具体实施方式。

实施例一

图3为本实施例中所述锂离子动力电池的立体结构示意图，图4为图3中电芯的结构示意图，图5为图3中电芯的分解结构示意图。

如图所示，所述锂离子动力电池具体包括：

壳体10，所述壳体10为长方体形，该壳体可以由硬质材料制成，优选为金属材料或硬质塑料；

至少一个电芯13(图中仅示出3个)，位于所述壳体10内部；

盖板装置14，与所述壳体10的开口固定连接，将所述电芯13密封在壳体10内，盖板装置14具有两个螺柱12，分别作为电池的正负极端子。

其中，如图5所示(图中未示出极耳)，所述电芯13由正极极片131、隔膜130和负极极片132依次层叠后采用卷绕工艺制成，多个电芯13通过延伸柄16、17并联连接(见图3)。如图4所示，所述电芯13具有分别从两个底面伸出的多层的正极极耳133和多层的负极极耳134，所述每一层正极极耳133或负极极耳134均为所述正极极片131或负极极片132的露箔区，所述露箔区为从宽度方向上伸出隔膜并且未涂布正极或负极材料的部分箔带，换言之，极耳与箔带之间不是固定连接的，而是一体的(下文结合附图详细阐述)。

多层的正极极耳133与一个螺柱12电性连接，多层的负极极耳134与另一个螺柱12电性连接。如图4所示，优选的，所述电芯13为圆柱体形，圆柱体形的电芯有利于保证各层箔带之间的间距和张力，保证工艺的一致性。多层的正极极耳133在垂直于电芯轴线的方向形成至少一个圆冠，同样的，位于电芯另一底面的多层的负极极耳134在垂直于电芯轴线的方向也形成至少一个圆冠。

图6为图3中盖板装置14的示意图，具体的，盖板装置14包括：盖板11，所述盖板11为圆形板；盖板11上面的螺柱12，所述螺柱12包括螺纹部121和与所述螺纹部121垂直的弯折部122；其中，所述弯折部122与所述盖板11固定连接。本实施例中，电池盖板装置的螺柱12具有两个所述的弯折部122，它们分别和所述螺纹部121组成“L”字形，另外，电池盖板装置还包括对应于一个螺柱的两个铆钉15，通过所述铆钉15将两个弯折部122和盖板11铆接而实现所述固定连接，于是螺柱12被固定在盖板上。而所述螺纹部121和弯折部122均位于盖板11的同一侧。

所述盖板11可以为导电材料也可以为绝缘材料，当盖板11为导电材料时，电池盖板装置还包括胶垫，夹在所述弯折部122和盖板11之间，起到隔离绝缘和密封连接处的作用。所述螺柱12采用导电的金属材料制成，作为所述电池盖板装置的电极端子，此时，还包括与所述螺柱12连接的螺母。本实施例采取了双(多)点固定连接螺柱和盖板的模式，而双点可以固定一条直线，多点则可以固定平面，都防止螺柱轴向的转动，能够避免作为电极的螺柱随着螺母旋转导致的密封胶松动漏液问题，可靠性较高。

如图3所示，多层的正极极耳133相互对齐焊接在一起并与延伸柄16焊接，延伸柄16与所述弯折部铆接，从而将正极极耳133与一个螺柱12电性连接。而负极极耳134焊接于延伸柄17，延伸柄17再与导电的壳体10焊接，壳体10与另一个螺柱12电性连接，从而负极极耳134与负极端子电性连接。所述延伸柄16、17例如为金属片。

所述两个螺柱12分别作为电池的正负极端子，通过所述正负极端子可以与外部电路连接，对电池进行充电或放电。

以下结合附图详细说明本发明提供的锂离子动力电池的制造方法的具体实施方式。

实施例二

实施例一中的锂离子动力电池的制造方法包括以下步骤：

步骤S1：提供正极极片、隔膜和负极极片；所述正极极片、隔膜和负极极片的形状类似，均为条带状，长度基本相同，正极极片和负极极片比隔膜的宽度略大；正极极片例如为铝箔带，负极极片例如为铜箔带。

步骤S2：如图7所示，在所述正极极片131的边缘留出一定宽度部分(约20～50mm)作为正极露箔区131a，其余部分沿正极极片131的长度涂布正极材料以作为正极含料区131b，同样的，在所述负极极片的边缘留出一定宽度部分作为负极露箔区，其余部分沿负极极片的长度涂布负极材料以作为负极含料区。

步骤S3：如图8所示，将所述正极极片131、隔膜130和负极极片132依次层叠，其中，所述隔膜130与正极含料区131b和负极含料区132b对齐(如图中虚线所示)，正极露箔区131a从宽度方向上隔膜130的一侧伸出，负极露箔区132a从宽度方向上隔膜130的另一侧伸出。

步骤S4：将依次层叠后的正极极片、隔膜和负极极片围绕卷针卷绕形成电芯；电芯的制作采用卷绕工艺，卷绕而成的电芯形状根据卷针形状的不同而不同，例如卷针为圆棒，则电芯为圆柱体形，而卷针为截面为菱形的棱柱，则电芯为四棱柱形。卷绕后，正极露箔区从一个底面伸出电芯，负极露箔区从另一个底面伸出电芯。

步骤S5：沿平行于电芯轴线方向分别切除部分正极露箔区和部分负极露箔区，剩下的部分露箔区超出电芯的底面，以分别形成多层的正极极耳和多层的负极极耳。

优选的，如图4所示，所述电芯13为圆柱体形，则所述平行于电芯轴线方向为电芯底面圆形的弦线a-a方向(见图5)，也即，先沿弦线a-a方向再沿平行于电芯底面的b-b方向(见图4)依次切割，从而剩下部分露箔区133、134，所述剩下的露箔区133、134在平行于电芯底面的方向形成至少一个圆冠(如图4中所示的两个圆冠)。本发明的其他实施例中，也可以按照其他方式切割露箔区加工成极耳，例如，剩下的露箔区可以在平行于电芯底面的方向形成长条形。

所述切除部分正极露箔区和部分负极露箔区采用水刀切割或飞刀切割或激光切割。

步骤S6：将所述电芯装入电池壳体内，并将所述正极极耳、负极极耳分别与壳体上的正极端子、负极端子电性连接。具体的，将多层的正极极耳或负极极耳并联固定连接再与正极或负极端子的延伸柄固定连接。所述固定连接的方式包括铆接和焊接。

所述电芯的数量可以为两个或两个以上，各个电芯的正极极耳或负极极耳焊接在正极延伸柄或负极延伸柄上，实现多个电芯的并联连接。

步骤S7：最后，将电池的盖板装置和壳体密封连接，并对电池进行化成处理，所述化成处理指电池首次充电及后续为充分活化而进行的1～5个充放电循环。

以上实施例中的锂离子动力电池及其制造方法，采用先卷绕在加工极耳的方式，预先在正极或负极极片中留出露箔区，而该露箔区不像传统技术那样沿箔带长度方向间隔排列，而是贯穿整个箔带的边缘，卷绕后正负极的露箔区分别伸出电芯的两个底面，然后切去部分露箔区，剩下的部分露箔区作为多层的正负极极耳。由于多层极耳是由卷绕的箔带露箔区切割形成的，因此，不会存在各层极耳对不齐的问题，理论上来说，正极或负极极耳的数量可以为电芯卷绕圈数的整数倍，因此，能够明显增加极耳的数量，改善电池大电流导通性能。

本发明的优选技术方案中，将极耳加工成在平行于电芯底面的方向形成至少一个圆冠(例如图4所示的两个圆冠)，相当于每圈箔带引出至少一个正极极耳或负极极耳，进一步增加了极耳数量。

此外，所述锂离子动力电池中，壳体内部电芯的正极极耳和负极极耳分别由电芯的两端伸出，并且所述具有正负极端子，所述正极极耳与盖板装置上的正极端子电性连接，所述负极极耳与盖板装置上的负极端子电性连接，这样一来，电池芯的正极极耳和负极极耳由双向引出壳体内部，所有极耳在壳体内部的两端分布，增大了正负极极耳之间的间距，能够有效的降低极耳短路的风险。

另外，由于极耳平均分布于电池壳体内部，并与盖板装置的正负极端子连接，流经极耳电流上下贯通，使得整个电池的散热均匀，减少了壳体内局部发热的问题。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种锂离子动力电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

在所述正极极片的边缘留出一定宽度部分作为正极露箔区，其余部分沿正极极片的长度涂布正极材料以作为正极含料区，在所述负极极片的边缘留出一定宽度部分作为负极露箔区，其余部分沿负极极片的长度涂布负极材料以作为负极含料区；

将所述正极极片、隔膜和负极极片依次层叠，其中，所述隔膜与正极含料区和负极含料区对齐，正极露箔区从宽度方向上隔膜的一侧伸出，负极露箔区从另一侧伸出；

将层叠后的正极极片、隔膜和负极极片卷绕形成电芯；

沿平行于电芯轴线的方向分别切除部分正极露箔区和部分负极露箔区，剩下的部分露箔区超出电芯的底面，以分别形成多层的正极极耳和多层的负极极耳；

将至少一个所述电芯装入电池壳体内，并将所述正极极耳、负极极耳分别与壳体上的正极端子、负极端子电性连接。

2.根据权利要求1所述的锂离子动力电池的制造方法，其特征在于，所述切除部分正极露箔区和部分负极露箔区采用水刀切割或飞刀切割或激光切割工艺。

3.根据权利要求1所述的锂离子动力电池的制造方法，其特征在于，所述电芯为圆柱体形，则所述平行于电芯轴线的方向为电芯底面圆形的弦线方向，剩下的部分露箔区为圆冠。

4.根据权利要求3所述的锂离子动力电池的制造方法，其特征在于，所述弦线为至少一条，则剩下的部分露箔区在垂直于电芯轴线方向形成至少一个圆冠形。

5.根据权利要求1至4任一项所述的锂离子动力电池的制造方法，其特征在于，将所述正极极耳、负极极耳分别与壳体上的正极端子、负极端子电性连接包括：

将多层的正极极耳或负极极耳并联固定连接再与正极或负极端子的延伸柄固定连接。

6.根据权利要求5所述的锂离子动力电池的制造方法，其特征在于，所述固定连接包括铆接和焊接。

7.一种锂离子动力电池，包括至少一个电芯，由正极极片、隔膜和负极极片依次层叠后卷绕而成，其特征在于，

所述电芯具有分别从两个底面伸出的多层的正极极耳和多层的负极极耳，所述每一层正极或负极极耳均为所述正极或负极极片的露箔区，所述露箔区为从宽度方向上伸出隔膜并且未涂布正极或负极材料的部分箔带。

8.根据权利要求7所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述多层的正极极耳或多层的负极极耳在垂直于电芯轴线的方向为圆冠形。

9.根据权利要求7所述的锂离子动力电池，其特征在于，还包括：壳体和盖板装置，所述壳体和盖板装置密封连接而将所述至少一个电芯封闭在壳体内，所述盖板装置具有正极端子和负极端子。

10.根据权利要求9所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述正极端子或者负极端子为螺柱，所述螺柱包括螺纹部和与所述螺纹部垂直的弯折部，其中，所述弯折部与所述盖板固定连接。

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