CN102088082A - 一种卷绕式电池极组及其制备方法以及包括该极组的电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷绕式电池极组及其制备方法以及包括该极组的电池。本发明公开的卷绕式电池极组由正极片、负极片和隔膜卷绕而成，所述正极片的厚度小于等于所述负极片的厚度；所述正极片的长度比所述负极片的长度长，所述卷绕式电池极组的最外圈为所述正极片，向内依次为一层隔膜、所述负极片、另一层隔膜。本发明的卷绕式电池极组，卷绕时正极片不易断裂，可避免其形成电池之后断裂引起电池性能下降的问题。

Description

一种卷绕式电池极组及其制备方法以及包括该极组的电池

技术领域

本发明涉及电池极组，特别是涉及一种卷绕式电池极组及其制备方法以及包括该电池极组的电池。

背景技术

近年来，无线电话机、汽车、数字处理机、便携式计算机、数码产品等设备对二次电池的市场需求迅速增长，在这种市场需求的推动下，促进了高容量、低自放电、长寿命、大功率和高安全性能二次电池的研发。特别是基于镍电极为正极的充电电池如镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等由于它们具有高容量、大功率、长寿命等特点而备受青睐，是当今二次电池重要的发展方向之一。

镉电池、镍氢电池、镍锌电池等碱性电池是由电池极组装入钢壳中，再注入电解液装配而成。其中，电池极组由正极片、负极片和隔膜卷绕而成。负极片在电池极组的最外圈，向内依次为隔膜、正极片、隔膜。由此，需要负极片长，正极片短。而电池的容量与电池电极片上的活性物（活性粉）的质量有关，在电极片的填粉密度是一定的情形下，电极片能填充活性物的空间将影响电池的容量。为了保证电池的正负极容量配比合适，装配合理，在负极片长，正极片短的前提下，因此需要将正极片的厚度设置得较厚，一般在0.58-0.75mm之间。而将正极片的厚度设置较厚，会带来卷绕时电芯的正极片容易断裂的问题，而正极片断裂会进一步引起装配形成电池后的电池性能，如电池寿命、大电流放电性能等较差的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种卷绕式电池极组及其制备方法以及包括该电池极组的电池，在保证正负极片容量不变的前提下，使得正极片卷绕时不易断裂。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种卷绕式电池极组，由正极片、负极片和隔膜卷绕而成，所述正极片的厚度小于等于所述负极片的厚度；所述正极片的长度比所述负极片的长度长，所述卷绕式电池极组的最外圈为所述正极片，向内依次为一层隔膜、所述负极片、另一层隔膜。

优选的技术方案中， 

所述正极片的厚度在0.2-0.45mm之间。

所述正极片多出所述负极的长度是所述电池极组待装入的电池壳体的内圈的周长。

所述卷绕式电池极组装进电池壳体中后，所述最外圈的正极片全部接触到所述电池壳体。

所述正极片的部分表面被刮除附着粉，露出内部导电基体，使所述卷绕式电池极组装进电池壳体中后，与所述电池壳体直接接触的是所述最外圈的正极片的内部导电基体。

本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决：

一种卷绕式电池极组的制备方法，包括以下步骤：1）制作正极片、负极片和隔膜，所述正极片的厚度小于等于所述负极片的厚度，所述正极片的长度比所述负极片的长度长；2）卷绕所述正极片、负极片和隔膜；卷绕时，按照从上往下依次为一层隔膜、所述负极片、再一层隔膜、所述正极片的顺序设置后进行卷绕。

所述正极片的厚度在0.2-0.45mm之间。

所述步骤1）中还包括刮除所述正极片部分表面的附着粉，露出内部导电基体，使所述卷绕式电池极组装进电池壳体中后，与所述电池壳体直接接触的是所述最外圈的正极片的内部导电基体。

本发明的技术问题通过以下更进一步的技术方案予以解决：

一种电池，包括盖帽、电池壳体以及密封在所述电池壳体中的电池极组和电解液，所述电池极组为上述的卷绕式电池极组，所述电池壳体的顶端设有凸起部分，所述盖帽设置在所述电池壳体的底端，所述最外圈的正极片与所述电池壳体接触，所述负极片通过极耳连接到所述盖帽上，从而使得所述盖帽为所述电池的负极端，所述电池壳体为所述电池的正极端。

所述正极片的厚度在0.2-0.45mm之间。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

本发明的卷绕式电池极组，将正极片的长度设置得比负极片长，电池极组的最外圈为正极片，因此在保证正负极片容量不变的前提下，由于正极片设置较现有技术中长了，则可允许正极片较现有技术中薄。由于正极片较薄，因此其卷绕时不易断裂，因此也就避免了其形成电池之后断裂引起电池性能下降的问题。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中电池极组的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式中电池极组在卷绕时各部件的排列设置示意图；

图3是本发明具体实施方式中电池的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，为本具体实施方式中电池极组的结构示意图，电池极组由正极片3、负极片4和隔膜2卷绕而成。本具体实施方式中，为实现在正负极片容量不变的前提下，使得正极片3卷绕时不易断裂的目的，是通过将正极片3设置较薄、较长来达到的。即，如果负极片4的长度、厚度相对于现有技术没有改变，而正极片3的长度设置得比负极片4长、薄，则可实现本具体实施方式的目的。而正极片3的长度设置得较长、较薄后，则必须采用正极片3包裹负极片4的方式进行卷绕，使得卷绕后形成的电池极组的最外圈是正极片3，且优选地正极片3多出负极4的长度刚好是电池极组待装入的电池壳体内圈的周长，这样设置的正极片长度正好合适。另一方面优选地，本具体实施方式中正极片3的厚度在0.2-0.45mm之间。

本具体实施方式中，由于正极片的厚度较之现有技术中薄，则其卷绕时不易断裂，也就可以避免其形成电池之后断裂引起电池性能下降的问题。

优选地，卷绕式电池极组装进电池壳体1中后，正极片3的最外圈能全部接触到电池壳体1。进一步优选地，在卷绕成电池极组之前，正极片3的部分表面被刮除表面的附着粉，露出内部导电基体，使得制成的卷绕式电池极组在后续装进电池壳体中后，与电池壳体直接接触的是最外圈的正极片3的内部导电基体，这样可增加正极片的导电性，从而提高电池的大电流放电性能。 

在正极片的导电基体方面，选用泡沫镍时后续制备成电池的性能较好，但为节约成本，也可选用价格较便宜的穿孔镀镍钢带或穿孔金属网。

本具体实施方式中还提供一种卷绕式电池极组的制备方法，包括以下步骤：1）制作正极片3、负极片4和隔膜2，制作的正极片3的长度比负极片4的长度大，厚度比负极片4的厚度小，优选地，正极片的厚度在0.2-0.45mm之间；2）卷绕上述正极片3、负极片4和隔膜2。卷绕时，如图2所示，设置三者的顺序，用隔膜折成两半包覆负极片4，形成从上往下依次为一层隔膜、负极片4、再一层隔膜，然后再在隔膜下设置正极片3后进行卷绕。

优选地，步骤1）中还包括刮除正极片3部分表面的附着粉，露出内部导电基体，使制成的电池极组后续装入电池壳体中后，与电池壳体直接接触的是最外圈的正极片的内部导电基体，这样可增加正极片的导电性。

本具体实施方式中的制备方法，为实现在正负极片容量不变的前提下，使得正极片卷绕时不易断裂的目的，是通过采用较薄、较长的正极片来达到的。即，如果负极片4的长度、厚度相对于现有技术没有改变，而正极片3的长度设置得比负极片4长、薄，则可实现本具体实施方式的目的。而正极片3的长度设置得较长、较薄后，则必须采用正极片3包裹负极片4的方式进行卷绕，使得卷绕后形成的电池极组的最外圈是正极片3，且优选地正极片3多出负极4的长度刚好是电池极组待装入的电池壳体内圈的周长，这样设置的正极片长度正好合适。本具体实施方式中的制备方法，由于采用的正极片的厚度较之现有技术中薄，则其卷绕时不易断裂，也就可以避免其形成电池之后断裂引起电池性能下降的问题。

如图3所示，本具体实施方式中还提供一种电池，包括盖帽6、电池壳体1以及密封在电池壳体1中的电池极组和电解液，其中，电池极组为上述的卷绕式电池极组，由正极片3、负极片4和隔膜2卷绕而成，正极片3比负极片4长，正极片3比负极片4薄。盖帽6设置在电池壳体1的底端，负极片4通过极耳5连接到盖帽6上，电池壳体1的顶端设有凸起部分11。优选地，电池极组中，正极片3与电池壳体1接触的表面被刮除附着粉，使得其与电池壳体1接触的部分正极片3的导电基体，可增加正极片的导电性。

由于电池中装入的电池极组的最外圈为正极片3，即与电池壳体1接触的是正极片3，而与盖帽6接触的负极片4，因此该电池中电池壳体1为正极端，盖帽6为负极端。为方便使用，因此在电池壳体1的顶端设置凸起部分11，即电池壳体1上的凸起部分11为正极，电池壳体1的底端为负极，在电池的使用上仍按照用户公知的现有技术中的电池的使用方法“凸起接正极，底端接负极”接外部电路的正负极。

由于本具体实施方式的电池中正极片较薄，则其卷绕时不易断裂，也就可以避免其形成的电池因卷绕断裂引起性能下降的问题。

以下将制作三种方案的电池进行性能测试，以比较得出本具体实施方式中电池的性能较优（如卷绕断片率较低，装配短路率较低，1C放电平台时间较长，大电流放电容量较高、中值电压较高，电池寿命较长）。

三种方案的正负极片如下表所示，按照三种方案制作AA1900mAh镍氢充电电池各1万支进行比较。

上述三种方案中，不同的仅是正极片尺寸以及卷绕方式不相同（隔膜尺寸需与正极片、负极片尺寸相配合，长度一般是正负极片长度之和多一点，因此也导致隔膜的尺寸有些不同）。方案一中，按照现有技术中选用正极片，正极片较短、厚。制成的电芯，负极片在最外圈。制成的电池，电池顶部盖帽为正极端、电池壳体为负极端。方案二和三中，按照本具体实施方式中选用正极片，正极片较长、薄。制成的电芯，正极片在最外圈。制成的电池，电池壳体，也即凸起部分为正极端、底部盖帽为负极端。另外，为比较成本问题，将方案二和方案三中的正极片导电基体设置不同，方案二中选用发泡镍基体，方案三中选用穿孔镀镍钢带。

三种方案中，其余制作成电池的工艺均相同，如正极粉量均为7.65-7.80g，负极粉量均为9.00-9.15g，均注入相同8M/L的KOH电解液2.6g，经过相同的化成及分容工艺。

测试时，在相同的环境下对三种方案制得的电池进行测试，测试结果如下表所示：

卷绕断片率分析：从测试结果可知，采用本具体实施方式的方案二和三制备的电池卷绕断片率（0.01%、0.02%）均比采用现有技术的方案一（0.1%）低。

装配短路率分析：从测试结果可知，采用本具体实施方式的方案二和三制备的电池装配短路率（0.24%、0.39%）均比采用现有技术的方案一（0.83%）低。

1C放电平台分析：从测试结果可知，采用本具体实施方式的方案二和三制备的电池1C放电平台放电时间（53min、43min）均比采用现有技术的方案一（32min）长。

大电流放电性能分析：测试条件为：1、0.2C电流充电420min；2、搁置30min；3、0.2C电流放电至1V；4、1C电流充电72min；5、搁置30min；6、1C电流放电至1V ；7、1C电流充电72min；8、搁置30min：9、10C电流放电至0.8V。得到测试结果为：采用本具体实施方式的方案二和三制备的10C放电容量（1810mAh、1580mAh）均比采用现有技术的方案一（1310mAh）高，采用本具体实施方式的方案二和三制备的10C放电中值电压（1.081V、1.005V）也均比采用现有技术的方案一（0.976V）高。

寿命性能分析：测试条件为：1、1C电流充电72min，设置充电电压压降为5mV；2、1C电流放电到1.0V；循环步骤1和2至电池容量为初始容量的60%结束测试。得到测试结果为：采用本具体实施方式的方案二和三制备的1C寿命（421周、296周）均比采用现有技术的方案一（246周）长。

成本方面：采用本具体实施方式时，方案二中采用发泡镍作为正极片导电基体，相对于现有技术中，因选用的正极片较长，所以成本方面有所增加，上升12%；方案三中采用较便宜的穿孔镀镍钢带作为正极片导电基体，相对于现有技术中，成本方面还有所降低，下降3%。因此，如从成本方面考虑，采用本具体实施方式中卷绕式电池极组及其制备方法以及包括该电池极组的电池，以穿孔镀镍钢带作为正极片导电基体，不仅制备的电池的性能有所改进，且成本也有所下降。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种卷绕式电池极组，由正极片、负极片和隔膜卷绕而成，其特征在于：所述正极片的厚度小于等于所述负极片的厚度；所述正极片的长度比所述负极片的长度长，所述卷绕式电池极组的最外圈为所述正极片，向内依次为一层隔膜、所述负极片、另一层隔膜。

2.根据权利要求1所述的卷绕式电池极组，其特征在于：所述正极片的厚度在0.2-0.45mm之间。

3.根据权利要求1所述的卷绕式电池极组，其特征在于：所述正极片多出所述负极的长度是所述电池极组待装入的电池壳体的内圈的周长。

4.根据权利要求1所述的卷绕式电池极组，其特征在于：所述卷绕式电池极组装入待转入的电池壳体中后，所述最外圈的正极片全部接触到所述电池壳体。

5.根据权利要求1所述的卷绕式电池极组，其特征在于：所述正极片的部分表面被刮除附着粉，露出内部导电基体，使所述卷绕式电池极组装进电池壳体中后，与所述电池壳体直接接触的是所述最外圈的正极片的内部导电基体。

6.一种卷绕式电池极组的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）制作正极片、负极片和隔膜，所述正极片的厚度小于等于所述负极片的厚度，所述正极片的长度比所述负极片的长度长；

2）卷绕所述正极片、负极片和隔膜；卷绕时，按照从上往下依次为一层隔膜、所述负极片、再一层隔膜、所述正极片的顺序设置后进行卷绕。

7.根据权利要求6所述的卷绕式电池极组的制备方法，其特征在于：所述正极片的厚度在0.2-0.45mm之间。

8.根据权利要求6所述的卷绕式电池极组的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中还包括刮除所述正极片部分表面的附着粉，露出内部导电基体，使所述卷绕式电池极组装进电池壳体中后，与所述电池壳体直接接触的是所述最外圈的正极片的内部导电基体。

9.一种电池，包括盖帽、电池壳体以及密封在所述电池壳体中的电池极组和电解液，其特征在于：所述电池极组为权利要求1所述的卷绕式电池极组，所述电池壳体的顶端设有凸起部分，所述盖帽设置在所述电池壳体的底端，所述最外圈的正极片与所述电池壳体接触，所述负极片通过极耳连接到所述盖帽上，从而使得所述盖帽为所述电池的负极端，所述电池壳体为所述电池的正极端。

10.根据权利要求9所述的电池，其特征在于：所述正极片的厚度在0.2-0.45mm之间。

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