CN102983363A - 卷芯、聚合物锂离子电池及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卷芯、聚合物锂离子电池及制备方法，其中，一种聚合物锂离子电池的卷芯，包括正极片、负极片、设置在负极片或正极片上以用于隔开负极片和正电极片的隔膜，其特征在于，层叠的所述正极片和所述负极片的前部分以第一卷绕直径卷绕成所述卷芯的内卷部，层叠的所述正极片和所述负极片的后部分以第二卷绕直径卷绕成所述卷芯的外卷部，所述外卷部包围绕着所述内卷部，所述第二卷绕直径大于所述第一卷绕直径。本发明能便于聚合物锂离子电池相对较好地利用非规则的立体空间。

Description

卷芯、聚合物锂离子电池及制备方法

【技术领域】

本发明涉及新能源二次电池技术应用领域，特别涉及聚合物锂离子电池卷芯及相应的电池、制备工序。

【背景技术】

目前，电子信息时代使对移动电源的需求快速增长。锂离子电池具有高电压、高容量的重要优点，且循环寿命长、安全性能好，使其在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有广阔的应用前景，成为近几年广为关注的研究热点。

如图1所示，现有的一种聚合物锂离子电池，包括卷芯、正极耳S1、负极耳S2、非水电解液及外壳，卷芯包括正极片S3、负极片S4、设置在正极片S3或负极片S4上以用于隔开正电极片和负极片的隔膜S5，正极片S3涂有正极活性材料层并且前端留有空箔，负极片S4涂有负极活性材料层并且前端留有空箔，层叠的正极片S3和负极片S4以一卷绕直径H卷绕成卷芯；负极耳S2、正极耳S1分别对应地焊接处于负极片S4、正极片S3上；经热压成规则方形立体的卷芯和非水电解液容纳于外壳内。

但由于电子产品再设计时盛放电源的空间并不能保证为规则的方形立体空间，从而造成很多空间浪费，产品持续使用时间不能达到设计的要求，使产品存在一些设计缺陷。

【发明内容】

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种聚合物锂离子电池的卷芯，能便于聚合物锂离子电池相对较好地利用非规则的立体空间。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种聚合物锂离子电池，能相对较好地利用非规则的立体空间。

上述第一技术问题通过以下技术方案实现：

一种聚合物锂离子电池的卷芯，包括正极片、负极片、设置在负极片或正极片上以用于隔开负极片和正电极片的隔膜，其特征在于，层叠的所述正极片和所述负极片的前部分以第一卷绕直径卷绕成所述卷芯的内卷部，层叠的所述正极片和所述负极片的后部分以第二卷绕直径卷绕成所述卷芯的外卷部，所述外卷部包围绕着所述内卷部，所述第二卷绕直径大于所述第一卷绕直径。

由上述技术方案可见，本发明将卷芯设置包括卷绕直径不同的内卷部和外卷部并且外卷部包围着内卷部，这样的结构可以方便地通过在热压前调整内卷部在外卷部内的位置来调整卷芯的最终形状，进而可以方便调整使用本卷芯的电池的形状，从而使得电池相对较好地利用不同的非规则立体空间。因此，本发明能便于聚合物锂离子电池相对较好地利用非规则的立体空间。

本发明还提供制备上述卷芯的方法，包括以下步骤：

(1)将正极片、负极片层叠，并用隔膜将负极片和正电极片隔开；

(2)以第一卷绕直径将层叠的正极片和负极的前部分卷绕成所述卷芯的内卷部；

(3)以第二卷绕直径将层叠的正极片和负极的后部分围绕着所述内卷部做卷绕成所述卷芯的外卷部，所述第二卷绕直径大于所述第一卷绕直径。

由上述技术方案可见，本发明方法可以让生产人员根据电池存储空间的不规则情况来调整卷芯的内卷部和外卷部的相对位置，从而使使用该卷芯的电池来更好地利用电池存储空间。因此，本发明方法便于电池在制作过程中能灵活地调整结构来适应不规则的存储空间。

上述第二技术问题通过以下技术方案实现：

一种聚合物锂离子电池，包括卷芯、正极耳、负极耳、非水电解液及外壳，所述卷芯包括正极片、负极片、设置在负极片或正极片上以用于隔开负极片和正电极片的隔膜，层叠的所述正极片和所述负极片的前部分以第一卷绕直径卷绕成所述卷芯的内卷部，层叠的所述正极片和所述负极片的后部分以第二卷绕直径卷绕成所述卷芯的外卷部，所述外卷部包围着所述内卷部，所述第二卷绕直径大于所述第一卷绕直径；负极耳、正极耳分别对应地焊接处于负极片、正极片上，卷芯和非水电解液容纳于外壳内。其中，外壳可以是铝壳或者钢壳或者聚合物包装膜。

由上述技术方案可见，本发明将卷芯设置包括卷绕直径不同的内卷部和外卷部并且外卷部包围着内卷部，这样的结构可以方便地通过在热压前调整内卷部在外卷部内的位置来调整卷芯的最终形状，进而调整电池的形状，从而来适应不同的非规则立体空间。因此，本发明能相对较好地利用非规则的立体空间。

本发明还提供制备上述聚合物锂离子电池的方法，包括以下步骤：

(1)制作正极片和负极片：

采间隔涂布方式将未经涂布的正极片进行两面涂布正极活性材料层，然后进行烘烤和压光，再按照间隔进行切片，得出所需的正极片，正极片的前端留有空箔；

采间隔涂布方式将未经涂布的负极片进行两面涂布负极活性材料层，然后进行烘烤和压光，再按照间隔进行切片，得出所需的负极片，负极片的前端留有空箔；

(2)、将正极耳、负极耳对应地焊接在正极片前端的空箔、负极片前端的空箔上；

(3)卷芯的制作：

(301)将连有正极耳的正极片和连有负极耳的负极片进行叠放，隔膜设置在负极片或正极片上以将正极片和负极片进行隔开；

(302)以第一卷绕直径将层叠的正极片和负极片的前部分卷绕成卷芯的内卷部；

(303)以第二卷绕直径将层叠的正极片和负极片的后部分围绕着内卷部做卷绕成卷芯的外卷部，得卷芯；

(4)将步骤(3)所得的卷芯进行热压定型；

(5)将热压定型的卷芯装进外壳内，进行顶侧封、注非水电解液、化成、分选后出聚合物锂离子电池。

由上述技术方案可见，本发明方法可以让生产人员根据电池存储空间的不规则情况来调整卷芯的内卷部和外卷部的相对位置，从而调整电池的结构来更好地利用不规则的电池存储空间。因此，本发明方法便于电池在制作过程中能灵活地调整结构来适应不规则的存储空间。

本发明制作的电池除了可以较好地利用非规则的立体空间，还具备以下特性：

1、体积能量密度高，能量密度可以高达520Wh/L以上；

2、安全性高，可通过250℃铁板高温加热测试和2C/10V过充电测试；

3、循环寿命优良，常温循环800次容量可以保持80％以上。

【附图说明】

图1为背景技术中现有的聚合物锂离子电池的卷芯的结构示意图；

图2为实施例一的卷芯的轴视图；

图3为实施例一的卷芯的俯视图；

图4为实施例二的卷芯的轴视图；

图5为实施例二的卷芯的俯视图；

图6为实施例三的连有正极耳的正极片；

图7为实施例三的连有负极耳的负极片；

图8为实施例三的正极片、负极片的层叠示意图；

图9为实施例三的连有正极耳、负极耳的卷芯的轴视图；

图10为实施例三的连有正极耳、负极耳的卷芯的俯视图；

图11为实施例三的热压后的连有正极耳、负极耳的卷芯的轴视图；

图12为实施例三的热压后的连有正极耳、负极耳的卷芯的俯视图；

图13为实施例四的连有正极耳、负极耳的卷芯的轴视图；

图14为实施例四的连有正极耳、负极耳的卷芯的俯视图；

图15为实施例四的热压后的连有正极耳、负极耳的卷芯的轴视图；

图16为实施例四的热压后的连有正极耳、负极耳的卷芯的俯视图。

【具体实施方式】

实施例一

如图2和图3所示，本实施例提供一种聚合物锂离子电池的卷芯，包括正极片、负极片、设置在负极片上以用于隔开正电极片和负极片的隔膜，层叠的正极片和负极片的前部分以第一卷绕直径D21卷绕成卷芯的内卷部201，层叠的正极片和负极片的后部分以第二卷绕直径D22卷绕成卷芯的外卷部202，外卷部202包围绕着内卷部201，第二卷绕直径D22大于第一卷绕直径D21。

上述卷芯的制作方法包括：

(1)将正极片、负极片层叠，并用隔膜将负极片和正电极片隔开；

(2)以第一卷绕直径D21将层叠的正极片和负极的前部分卷绕成卷芯的内卷部201；

(3)以第二卷绕直径D22将层叠的正极片和负极的后部分围绕着内卷部201做卷绕成卷芯的外卷部202。

在本实施例中，卷芯的内卷部201紧靠着外卷部202的左内侧。

施例二

如图4和图5所示，本实施例提供一种聚合物锂离子电池的卷芯与实施例一不同的是，在本实施例中，卷芯的内卷部201’位于外卷部202’的中心偏右。

施例三

一种聚合物锂离子电池，包括卷芯100、正极耳1、负极耳2、非水电解液及聚合物包装膜，卷芯100包括正极片3、负极片4及设置在负极片3上以隔开正极片3和负极片4的隔膜5，正极片3涂有正极活性材料层并且前端留有空箔，负极片4涂有负极活性材料层并且前端留有空箔；层叠的正极片3和负极片4的前部分以第一卷绕直径D1卷绕成卷芯100的内卷部101，层叠的正极片3和负极片4的后部分以第二卷绕直径D2卷绕成卷芯100的外卷部102，外卷部101包围着内卷部102，第二卷绕直径D2大于第一卷绕直径D1；正极耳1、负极耳2分别对应地焊接处于正极片3、负极片4的空箔上，卷芯100和非水电解液容纳于聚合物包装膜内。

上述电池的制备过程如下：

(1)制作正极片3和负极片4：

采间隔涂布方式将未经涂布的正极片进行两面涂布正极活性材料层，然后进行烘烤和压光，再按照间隔进行切片，得出所需的正极片，3，正极片3的前端留有空箔31；

采间隔涂布方式将未经涂布的负极片进行两面涂布负极活性材料层，然后进行烘烤和压光，再按照间隔进行切片，得出所需的负极片4，负极片4的前端留有空箔41；

(2)、如图6和图7所示，将正极耳1、负极耳2对应地焊接在正极片3前端的空箔31、负极片4前端的空箔41上；

(3)卷芯100的制作：

(301)如图8所示，将连有正极耳1的正极片3和连有负极耳2的负极片4进行叠放，隔膜5设置在负极片4上以将正极片3和负极片4进行隔开；

(302)以第一卷绕直径D1将层叠的正极片3和负极片4的前部分卷绕成卷芯100的内卷部101；

(303)以第二卷绕直径D2将层叠的正极片3和负极片4的后部分围绕着内卷部101做卷绕成卷芯100的外卷部101，得卷芯100，其中，内卷部101位于外卷部101的中心偏右，如图9和图10；

(4)将步骤(3)所得的卷芯进行热压定型，得热压定型的卷芯，如图11和图12所示；

(5)将热压定型的卷芯装聚合物包装膜，进行顶侧封、注非水电解液、化成、分选后出聚合物锂离子电池。

[实验对比测试]

在此以本结构电池与常规卷绕电池做测试对比，测试数据对比见表一。

本结构的电池：按本实施例提供的方法制作。

对比电池(常规卷绕电池)：其卷芯结构为：正极片的头部、负极片的前端分别焊接正极耳、负极耳，正极片、负极片和隔膜叠放后，以卷绕直径D1进行卷绕成正极耳和负极耳中心对称结构的卷芯(正极耳和负极耳探出方向一致)。

上述两种电池具有以下相同特点：容量为3000mAh，材料均为：正极片使用铝箔，负极片使用铜箔，正极活性材料层使用镍锰钴酸锂，负极活性材料层使用人造石墨，隔膜使用20μm单层聚乙烯隔膜，外壳采用铝塑包装膜，相同材料的正极耳、负极耳。

表一

本发明制作的体积比能量要比对比电池高8％左右，内阻与对比电池无异，常温循环寿命可以达到500次80％以上；安全性能测试全部能够通过，优于对比电池。本发明结构的电池生产效率较高，可以达到成熟的生产工艺的93.4％，且可以实现自动化生产。

因此，本发明提供的电池不仅在性能上不比常规卷绕电池差，而且能相对较好地利用非规则的方形立体空间。

施例四

如图13至图16所示，本实施例提供一种聚合物锂离子电池的卷芯与实施例一不同的是，在本实施例中，卷芯100’的内卷部101’位于外卷部102’的中心偏右。

本发明不局限于上述实施例，例如，卷芯的内卷部和外卷部的之间的位置可以根据外部空间进行调整，而不仅限于上述实施例所描述的相对位置。因此，基于上述实施例的、未做出创造性劳动的简单替换，应当属于本发明揭露的范围。

Claims (7)

1.一种聚合物锂离子电池的卷芯，包括正极片、负极片、设置在负极片或正极片上以用于隔开负极片和正电极片的隔膜，其特征在于，层叠的所述正极片和所述负极片的前部分以第一卷绕直径卷绕成所述卷芯的内卷部，层叠的所述正极片和所述负极片的后部分以第二卷绕直径卷绕成所述卷芯的外卷部，所述外卷部包围绕着所述内卷部，所述第二卷绕直径大于所述第一卷绕直径。

2.根据权利要求1所述的卷芯，其特征在于，所述内卷部紧靠着所述外卷部的左内侧。

3.根据权利要求1所述的卷芯，其特征在于，所述内卷部位于所述外卷部的中间偏右。

4.一种制备聚合物锂离子电池的卷芯的方法，包括以下步骤：

(1)将正极片、负极片层叠，并用隔膜将负极片和正电极片隔开；

(2)以第一卷绕直径将层叠的正极片和负极的前部分卷绕成所述卷芯的内卷部；

(3)以第二卷绕直径将层叠的正极片和负极的后部分围绕着所述内卷部做卷绕成所述卷芯的外卷部，所述第二卷绕直径大于所述第一卷绕直径。

5.一种聚合物锂离子电池，包括卷芯、正极耳、负极耳、非水电解液及外壳，所述卷芯包括正极片、负极片、设置在负极片或正极片上以用于隔开负极片和正电极片的隔膜，层叠的所述正极片和所述负极片的前部分以第一卷绕直径卷绕成所述卷芯的内卷部，层叠的所述正极片和所述负极片的后部分以第二卷绕直径卷绕成所述卷芯的外卷部，所述外卷部包围着所述内卷部，所述第二卷绕直径大于所述第一卷绕直径；负极耳、正极耳分别对应地焊接处于负极片、正极片上，卷芯和非水电解液容纳于外壳内。

6.根据权利要求5所述的聚合物锂离子电池，其特征在于，所述外壳是铝壳或者钢壳或者聚合物包装膜。

7.一种制备聚合物锂离子电池的方法，包括以下步骤：

(1)制作正极片和负极片：

采间隔涂布方式将未经涂布的正极片进行两面涂布正极活性材料层，然后进行烘烤和压光，再按照间隔进行切片，得出所需的正极片，正极片的前端留有空箔；

采间隔涂布方式将未经涂布的负极片进行两面涂布负极活性材料层，然后进行烘烤和压光，再按照间隔进行切片，得出所需的负极片，负极片的前端留有空箔；

(2)、将正极耳、负极耳对应地焊接在正极片前端的空箔、负极片前端的空箔上；

(3)卷芯的制作：

(301)将连有正极耳的正极片和连有负极耳的负极片进行叠放，隔膜设置在负极片或正极片上以将正极片和负极片进行隔开；

(302)以第一卷绕直径将层叠的正极片和负极片的前部分卷绕成卷芯的内卷部；

(303)以第二卷绕直径将层叠的正极片和负极片的后部分围绕着内卷部做卷绕成卷芯的外卷部，得卷芯，所述第二卷绕直径大于所述第一卷绕直径；

(4)将步骤(3)所得的卷芯进行热压定型；

(5)将热压定型的卷芯装进外壳内，进行顶侧封、注非水电解液、化成、分选后出聚合物锂离子电池。

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