CN102983364B - 一种聚合物软包电池的极组结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚合物软包电池的极组结构，包括正极片（1）和负极片（2），所述正极片（1）和负极片（2）按照预设卷绕方式卷绕在一起形成电池极组。本发明公开的一种聚合物软包电池的极组结构，其可以方便、可靠地对电池的厚度进行有效控制，适用于不同厚度和不同能量密度的电池生产需要，可以显著提高电池的生产质量和生产效率，增强用户的产品使用感受，有利于提高聚合物软包电池的市场竞争力，具有重大的生产实践意义。

Description

一种聚合物软包电池的极组结构
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种聚合物软包电池的极组结构。
背景技术
目前，锂离子电池具有比能量高、循环使用次数多、存储时间长等优点，不仅在便携式电子设备上如移动电话、数码摄像机和手提电脑得到广泛应用，而且也广泛应用于电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备方面。
其中，卷绕式聚合物软包电池由于其机械化程度高，生产速度快，均一性有保证而得到了广泛大规模应用，但是由于客户对能量密度、电芯厚度等要求千差万别，电芯的设计也呈现出多样化。
随着电子消费品的需求量越来越大，聚合物软包电池也呈现出了多样化：不同尺寸、不同形状以及不同的能量要求。目前，中小型消费品电池中卷绕式软包电池相对于叠片式软包电池具有更高的机械化操作性，适用于大规模的量产电池，同时机械化的卷绕方式相对与叠片大大提高了极组的对齐度与正负极包覆情况，也降低了叠片式软包电池毛刺过大过多而导致的极组内部短路概率。
但是，现有卷绕式聚合物软包电池的厚度无法进行有效控制，无法适用于不同厚度和不同能量密度的电池生产需要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种聚合物软包电池的极组结构，其可以方便、可靠地对电池的厚度进行有效控制，适用于不同厚度和不同能量密度的电池生产需要，可以显著提高电池的生产质量和生产效率，增强用户的产品使用感受，有利于提高聚合物软包电池的市场竞争力，具有重大的生产实践意义。
为此，本发明提供了一种聚合物软包电池的极组结构，包括正极片和负极片，所述正极片和负极片按照预设卷绕方式卷绕在一起形成电池极组。
其中，所述预设卷绕方式为第一种卷绕方式，具体为：负极片卷绕一圈后，所述正极片插入到所述负极片里面。
其中，所述预设卷绕方式可以为第二种卷绕方式，具体为：将正极片卷绕半圈后，所述负极片插入到所述正极片里面。
其中，所述正极片一端连接有正极空箔，所述正极空箔上设置有正极耳，所述正极片顶面和底面分别涂布有正极粉；
所述负极片一端连接有负极空箔，所述负极空箔上设置有负极耳，所述负极片的顶面或者底面涂布有负极粉。
其中，所述预设卷绕方式为第三种卷绕方式，具体为：负极片卷绕半圈后，正极耳根据正极耳和负极耳之间的间距插入正极片和负极片之间。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种聚合物软包电池的极组结构，其可以方便、可靠地对电池的厚度进行有效控制，适用于不同厚度和不同能量密度的电池生产需要，可以显著提高电池的生产质量和生产效率，增强用户的产品使用感受，有利于提高聚合物软包电池的市场竞争力，具有重大的生产实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的一种聚合物软包电池的极组结构实施例一的结构示意简图；
图2为本发明提供的一种聚合物软包电池的极组结构实施例二的结构示意简图；
图3为本发明提供的一种聚合物软包电池的极组结构实施例三的结构示意简图；
图中：1为正极片，2为负极片，10为正极耳，11为正极空箔，20为负极耳，21为负极空箔。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1至图3,，本发明提供了一种聚合物软包电池的极组结构，包括正极片1和负极片2，所述正极片1和负极片2按照预设卷绕方式卷绕在一起形成电池极组。
在本发明中，所述正极片1和负极片2在卷绕时，将卷绕收尾位置设置在电池极组的厚度最高点。
参见图1至图3，所述正极片1一端连接有正极空箔11，所述正极空箔11上设置有正极耳10，所述正极片1顶面和底面分别涂布有正极粉；
所述负极片2一端连接有负极空箔21，所述负极空箔21上设置有负极耳20，所述负极片2的顶面或者底面涂布有负极粉。
在本发明中，参见图1至图3，所述正极耳10上粘贴有平衡胶带，所述正极空箔11与所述正极耳10相对应的位置上粘接有保护胶带，因此，可以实现卷绕后正极耳的厚度与负极耳的厚度一致。
参见图1，所述预设卷绕方式可以为第一种卷绕方式，具体为：负极片2卷绕一圈后，所述正极片1插入到所述负极片2里面，即让正极片1插入到底。
参见图1，此电池极组结构对应的厚度最高点为负极耳20处，具体为：包含了双面正极粉厚度、单层正极片1（具体为铝箔）厚度、单面负极粉厚度以及双层负极片2（具体为铜箔）厚度以及负极耳20厚度；同时，正极耳10处为最薄点：包含两层负极片2（具体为铜箔）厚度、单层负极粉厚度、单层正极片1（具体为铝箔）厚度以及正极耳10厚度。
图1所示电池的极组结构中，正极耳10和负极耳20处对应的厚度不平衡，正极耳10对应的位置相对平偏薄，而负极耳20处为最厚点，所以极组收尾位置要收在正极耳10和负极耳20之间，特别要注意正极收尾尾箔以及收尾胶带不能收到负极耳处，以免电池超厚，同时需采取在正极耳10下方粘贴平衡胶带和在正极耳10及前端空箔处粘贴保护胶带的方法，最终实现正负极耳厚度平衡从而提高了热压后电池的平整度。
对于图1所述第一种卷绕方式，此种极组结构卷绕方式比较适合于厚度4mm以下、宽度为42mm以下的电芯，由于极组内部结构不平衡，电池太大容易变形。此结构空箔占用空间相对较少，相同尺寸下可以最大限度的发挥容量，能量密度较高，适用于中小尺寸的能量密度型消费品电芯制作。
参见图2，所述预设卷绕方式可以为第二种卷绕方式，具体为：将正极片1卷绕半圈后，所述负极片2插入到所述正极片1里面，即让负极片2从从正极片1的开口端（如图2所示的右端）插入。此结构负极耳20处厚度主要包含：双面正极粉厚度、单面负极粉厚度、双层负极片2（具体为铜箔）厚度以及双层正极片1（具体为铝箔）厚度和负极耳厚度；而正极耳处对应厚度主要是：双面正极粉厚度、单面负极粉厚度、双层正极片1（具体为铝箔）厚度以及单层负极片2（具体为铜箔）厚度和正极耳10厚度。正极耳和负极耳对应处厚度只差一层空负极，正极和负极厚度相对平衡。
图2所示电池的极组结构，正极而和负极耳处厚度相对平衡，只需在正极耳10下方需贴平衡厚度胶带以平衡极耳与下方空箔的厚度，此结构的极组尾箔收尾胶带可以收在弧前，不需要特别避开正负极耳，此结构适合于厚度较薄小于3mm宽度相对较大30-60mm的电芯，但是空箔体积相对较大，所以最终导致电池能量密度相对较小，此设计适用于能量密度要求相对较大的大尺寸电池。此卷绕方式同时还可以采用OUT-OUT最终收尾处的极组结构与此卷绕方式的结构相似，适用于微小型电池，避免了极耳胶在极组内部在卷绕过程中对小极组极片造成的损伤。
参见图3，所述预设卷绕方式可以为第三种卷绕方式，具体为：负极片2卷绕半圈后，正极耳1根据正极耳10和负极耳20之间的间距插入电池极组另一端（具体为正极片1和负极片2之间），正极片1和负极片2在同一圈，此结构极组内层正极耳处厚度主要包括：双层负极粉厚度、三层负极片2（具体为铜箔）厚度以及单层正极片1（具体为铝箔）厚度加上正极耳厚度；负极耳处对应厚度包含：两层负极粉厚度以及三层负极片2（具体为铜箔）厚度加上负极耳厚度。正负极处对应厚度相差的只是一层空铝箔的厚度，电池内部结构较为平衡。
对于图3所示电池飞极组结构，其结构内层主要为空箔和双层负极粉，负极不发挥容量同时占用体积相对较大，最终导致电池能量密度较低，但是此极组结构设计的电芯正负极耳对应的位置平衡度较好，同时N/P也相对较高，适合厚度较大对能量密度要求较低的电芯，此种结构的PVDF聚合物软包电池可以承受的热压压力较大，最终正负极片与隔膜的粘结力较好，大幅提升了电池的循环性能。
本发明的三种不同极组结构设计适用于不同要求的电芯，其中：第一种卷绕方式适用于能量密度要求高的电芯，无空箔正极的直接性插入节省空间的同时提升了电池容量；第二种卷绕方式主要适用于能量密度要求相对较低的电芯，其正负极平衡度较好，热压外观较为平整，同时其极耳插入方式适合于负极粘结力相对较差的体系，避免了极耳插入过程引起的负极掉粉现象；第三种卷绕方式主要适用于对容量要求比较低的中低端客户，内圈全为负极其N/P较高，所以安全性与循环性能较好，在满足容量要求的前提此结构是最理想化的选择，同时该卷绕方式的极组结构适用于偏心极耳电芯的设计，便于控制极耳位置与极耳间距。
对于本发明，其提供的三种不同的卷绕方式对应的电池结构有着不同的优缺点，其侧重点也不同，极组设计的具体实施过程中可根据客户的对电池厚度与能量密度的要求不同进行选择优化，最终达到厚度与能量密度之间的平衡。
需要说明的是，在本发明中，本发明所述的极组结构适用于所有方形全自动卷绕机，特别针对通过隔膜涂胶进行热压聚合的聚偏氟乙烯（PVDF）聚合物软包电池，三种不同的极组结构设计都在正极耳及下方相应空箔处均贴有平衡胶带和正极耳保护胶带，防止极组内短路从而提高电池的安全性能。
对于PVDF聚合物软包装液态电解液锂离子电池，其正极材料为钴酸锂，负极材料为改性石墨，隔膜为17um厚度的PVDF涂胶隔膜，极耳为住友电工的4mm宽极耳，采用全自动卷绕机卷绕极组，针对不同的卷绕方式，通过改变极耳焊接位置，调节正负极片插入位置，采用不同卷绕方式的极组结构进行设计，并对其能量密度与厚度进行分析评估。
对于本发明，针对不同尺寸的电池采用不同的结构设计，三种不同的结构设计各有优缺点，不同设计的极组最厚点有差异，同时能量密度也存在很大差异。
目前不同客户对电芯的要求不同，可以采取不同的卷绕方式结构设计，针对能量密度、尺寸的富余量来调整极组内部结构，以达到能量密度与结构平衡度的最优化效果。三种不同的极组结构在设计过程中，极耳定位位置以及空箔长度以及正负极耳的插入位置均有差异，但最终必须保证正极尾部的保护胶带包覆负极尾部，极组收尾位置根据极组的最厚点可以收在不同的位置，同时达到提高容量与控制厚度的要求。
需要说明的是，本发明的聚合物软包电池为卷绕式电池，所述卷绕式电池的卷绕方式和极组结构对电池最终的尺寸与能量密度也有很大的影响，对于对能量密度要求较低的电芯可以采用厚度平衡型的极组结构设计，对于极耳间距大、能量密度要求高的电芯可以采用无空箔正极的直接性插入等。
对于本发明，其可以针对不同的客户对电池能量、厚度以及平整度的不同要求，可以采用不同的卷绕方式来设计极组结构，满足客户需求，同时，针对不同极耳间距与极耳位置要求的电芯也可以采用不同的结构设计，也避免了能量与厚度要求的冲突。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种聚合物软包电池的极组结构，其可以方便、可靠地对电池的厚度进行有效控制，适用于不同厚度和不同能量密度的电池生产需要，可以显著提高电池的生产质量和生产效率，增强用户的产品使用感受，有利于提高聚合物软包电池的市场竞争力，具有重大的生产实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种聚合物软包电池的极组结构，其特征在于，包括正极片(1)和负极片(2)，以及设置在正极空箔上的正极耳，所述正极片(1)、负极片(2)和正极耳按照预设卷绕方式卷绕在一起形成电池极组；其中，所述正极片顶面和底面分别涂布有正极粉且无空箔，所述负极片(2)一端连接有负极空箔(21)，所述负极空箔(21)上设置有负极耳(20)，所述负极片(2)的顶面或者底面涂布有负极粉；正极耳及下方相应的正极空箔处均贴有平衡胶带和正极耳保护胶带，所述预设卷绕方式具体为：负极片(2)卷绕半圈后，正极耳(10)根据正极耳(10)和负极耳(20)之间的间距插入正极片(1)和负极片(2)之间。
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