CN103779614A - 一种弧形锂电池及其制作方法及其卷芯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弧形锂电池及其制作方法及其卷芯，所述卷芯包括：相对设置的正极片以及负极片；设置在所述正极片与负极片之间的隔膜；其中，所述正极片、隔膜以及负极片的叠层通过卷绕方式制成卷芯，所述卷芯两端各层的叠层均为的弧形结构；所述叠层的尾端铆接有间隔分布的正极耳与负极耳。所述卷芯两端各层的叠层均为弧形结构，在进行弧形塑造制备弧形锂电池时，由于卷芯两端的相邻的两层叠层之间为圆弧接触，二者之间受力均匀，不易导致叠层由于受力不均损坏，能够防止短路问题；而且圆弧与圆弧之间便于相对滑动，进而便于进行弧形塑造，便于形成弧形结构的锂电池。

Description

一种弧形锂电池及其制作方法及其卷芯

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，更具体地说，涉及一种弧形锂电池及其制作方法及其卷芯。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本申请的实施方式提供背景或上下文。此处的描述可包括可以探究的概念，但不一定是之前已经想到或者已经探究的概念。因此，除非在此指出，否则在本部分中描述的内容对于本申请的说明书和权利要求书而言不是现有技术，并且并不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

锂电池因其具有工作电压高、比能量大、自放电小等突出优点，本广泛应用于诸多领域，特别是手机、电脑以及手表等电子产品中。方形卷绕式锂电池是一种常见的锂电池，由长方形的条状的负极片、隔膜和正极片依次叠放并卷绕而成的卷芯制备而成。

为了更好的适用于消费者的需求，便于消费者的使用，现有的电子产品多设计为人体力学结构，此时需要将锂电池设计为设定弧度的弧形结构。但是现有的锂电池的卷芯结构不适于弯曲塑形为弧形结构。因此，设计一种便于弯曲塑形的锂电池卷芯是锂电池制备领域一个亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种弧形锂电池及其制作方法及其卷芯。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种弧形锂电池的卷芯，该弧形锂电池的卷芯包括：

相对设置的正极片以及负极片；

设置在所述正极片与负极片之间的隔膜；

其中，所述正极片、隔膜以及负极片的叠层通过卷绕方式制成卷芯，所述卷芯两端各层的叠层均为弧形结构；所述叠层的尾端铆接有间隔分布的正极耳与负极耳。

优选的，在上述弧形锂电池的卷芯中，所述卷芯两端各层的叠层均为半圆弧形；

或所述卷芯两端隔层的叠层均为半椭圆弧形。

优选的，在上述弧形锂电池的卷芯中，所述正极耳铆接在所述正极片的尾端，所述负极耳铆接在所述负极片的尾端，且所述正极耳以及负极耳的延伸方向为所述正极片以及负极片的延伸方向。

优选的，在上述弧形锂电池的卷芯中，还包括：

用于固定所述叠层尾端的胶带。

优选的，在上述弧形锂电池的卷芯中，所述胶带固定缠绕在所述卷芯的一端，所述叠层尾端被所述胶带固定。

优选的，在上述弧形锂电池的卷芯中，所述胶带贴合在所述正极耳以及负极耳之间的卷芯上，所述叠层尾端被所述胶带固定。

优选的，在上述弧形锂电池的卷芯中，所述胶带贴合在所述正极耳背离所述负极耳一侧的卷芯上以及贴合在所述负极耳背离所述正极耳一侧的卷芯上，所述叠层尾端被所述胶带固定。

优选的，在上述弧形锂电池的卷芯中，还包括：

贴合在所述负极耳与所述负极片铆接处的胶带以及贴合在所述正极耳与所述正极片铆接处的胶带。

本发明还提供了一种弧形锂电池，该弧形锂电池包括上述任一项实施方式所述的卷芯经过弧形塑造的电池单体，所述单体电池的弧形弯曲方向垂直于所述卷芯的延伸方向，且垂直于各叠层非弧形的表面。

本发明还提供了一种弧形锂电池的制作方法，该制作方法包括：

将依次铺设的正极片、隔膜以及负极片的叠层通过卷绕方式形成卷芯，其中，所述卷芯两端各层的叠层均为弧形结构，所述叠层的尾端铆接有间隔分布的正极耳与负极耳；

将所述卷芯放置在设定的包装膜内，灌注电解液、密封后形成单体电池；

在垂直于所述卷芯的延伸方向上对所述单体电池进行弧形塑造，形成具弧形锂电池，其中，所述单体电池的弧形弯曲方向垂直于所述卷芯的延伸方向，且垂直于各叠层非弧形的表面。

优选的，在上述制作方法中，在通过卷绕方式形成卷芯前，还包括：

在所述正极耳与所述正极片铆接处贴合胶带，在所述负极耳与所述负极片铆接处贴合胶带。

优选的，在上述制作方法中，还包括：

在形成所述卷芯后，采用胶带对所述叠层的尾端进行固定的胶带。

从上述技术方案可以看出，本发明所提供的弧形锂电池的卷芯，包括：相对设置的正极片以及负极片；设置在所述正极片与负极片之间的隔膜；其中，所述正极片、隔膜以及负极片的叠层通过卷绕方式制成卷芯，所述卷芯两端各层的叠层均为弧形结构；所述叠层的尾端铆接有间隔分布的正极耳与负极耳。本申请技术方案所述卷芯两端各层的叠层均为弧形结构，便于进行弧形塑造，便于形成弧形结构的锂电池。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种常见的方形锂电池的卷芯的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种锂电池的卷芯的结构示意图；

图3为图2所示卷芯的侧视图；

图4为本发明实施例提供的一种卷芯尾端固定方式的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种卷芯尾端固定方式的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的又一种卷芯尾端固定方式的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种弧形锂电池的结构示意图。

具体实施方式

一般的方形卷绕式锂电池的卷芯a的结构如图1所示，由正极片a1、隔膜a2以及负极片a3依次铺设的叠层a4经过卷绕形成，且在卷心a内部铆接有正极耳a4以及负极耳a5。

如果采用图1所示结构的卷芯a进行弧形塑造形成弧形锂电池，卷心相邻两叠层拐角处的相互作用力不均匀，不容易进行弧形塑造，容易导致内部短路等问题的发生。

发明人研究发现，如果将所述卷芯上下表面（卷芯面积最大的两个表面）的连接面均设置为光滑弧形结构，则可以使得两端相邻两叠层之间受力均匀，便于弧形塑造。

基于上述研究，本发明提供了一种弧形锂电池的卷芯，该弧形锂电池的卷芯包括：

相对设置的正极片以及负极片；

设置在所述正极片与负极片之间的隔膜；

其中，所述正极片、隔膜以及负极片的叠层通过卷绕方式制成卷芯，所述卷芯两端各层的叠层均为的弧形结构；所述叠层的尾端铆接有间隔分布的正极耳与负极耳。

本申请技术方案所述卷芯两端各层的叠层均为弧形结构，在进行弧形塑造制备弧形锂电池时，由于卷芯两端的相邻的两层叠层之间为圆弧接触，二者之间受力均匀，不易导致叠层由于受力不均损坏，能够防止短路问题；而且圆弧与圆弧之间便于相对滑动，进而便于进行弧形塑造，便于形成弧形结构的锂电池。

以上是本申请的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，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，表示装置结构的示意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、宽度及高度的三维空间尺寸。

实施例一

本实施例提供了一种弧形锂电池的卷芯，参考图2，图2所示弧形锂电池的卷芯A由正极片3、隔膜2以及负极片1形成的叠层B通过卷绕方式支撑。所述正极片3与负极片1相对设置，所述隔膜2设置在所述正极片3与所述负极片1之间。

在所述叠层B的尾端铆接有间隔分布的正极耳4以及负极耳5。其中，所述叠层B的始端为卷绕在内部的一端，尾端为卷绕后位于外部的一端。

所述卷芯由正极片3、隔膜2以及负极片1为长方形薄片结构，在图1所示实施方式中，将所述负极片1设置在最外层，在其他实施方式中，也可以将所述正极片3设置在最外层。

如图3所示，所述卷芯A的左右两端各层的叠层B均为弧形结构，在进行弧形塑造制备弧形锂电池时，由于卷芯A两端的相邻的两层叠层之间为圆弧接触，二者之间受力均匀，不易导致叠层由于受力不均损坏，能够防止短路问题；而且圆弧与圆弧的接触结构便于相对滑动，进而便于进行弧形塑造，便于形成弧形结构的锂电池。

进行卷绕前，正极耳以及负极耳的延伸方向为所述正极片以及负极片的延伸方向。所述正极耳铆接在正极片的一端，负极耳铆接在负极片的一端，正负极片相对设置，二者之间设置隔膜，形成叠层，未设置极耳的一端相对，设置有极耳的一端相对，极耳的延伸方向与对应极片的延伸方向相同，未设置有极耳的一端进行卷绕后被卷绕在内部。本实施例中两个极耳的设置方式便于卷芯在图2所示平面的竖直方向进行弯曲实现弧形塑造。

所述卷芯A左右两端各层的叠层B均为圆心角为180°的半圆弧形结构，各层叠层的上下表面的侧线分别为对应所述弧形结构的切线，即各层叠层B的上表面与下表面是通过半圆弧形连接。180°的弧面接触，在进行弧形塑造时，可以使得相邻两层叠层更容易滑动，便于弧形塑造，而设置各层叠层的上下表面的侧线分别为对应所述弧形结构的切线，使得弧形两端弧面与上下标为平滑连接，同样有利于便于弧形塑造。本申请实施例中经过卷绕后的卷芯中卷绕一圈的叠层为一层叠层。在其他实施方式中，两端个层的叠层还可以为半椭圆弧形结构。

为了便于弧形塑形，所述正极耳4铆接在所述正极片3的尾端，所述负极耳5铆接在所述负极片1的尾端，且所述正极耳4以及负极耳5的延伸方向与所述卷芯A的延伸方向相同。

所述卷芯A还包括：贴合在所述负极耳5与所述负极片1铆接处的胶带6以及贴合在所述正极耳4与所述正极片3铆接处的胶带7。所述胶带6用于进一步固定负极耳5，所述胶带7用于进一步固定正极耳54，防止正极耳4与负极耳5相对于卷芯A整体发生微小偏移，中心距偏大、偏小或偏心，同时也能杜绝铆接产生的毛刺对电芯其他部位的伤害。所述中心指进行弧形塑造后的弧形电池的曲率中心。

所述叠层B形成所述卷芯A后，为了防止卷芯A的松散，所述卷芯还包括用于固定所述叠层尾端的胶带8。

参考图4，所述胶带8可以固定缠绕在所述卷芯A的一端，将所述叠层B的尾端固定，进而防止卷芯A松散。

参考图5，所述胶带8还可以贴合在所述正极耳5与负极耳4之间的卷芯A上，将所述叠层B的尾端固定，进而防止卷芯A松散。

参考图6，所述胶带8还可以贴合在所述正极耳5背离所述负极耳4一侧的卷芯A上以及贴合在所述负极耳4背离所述正极耳5一侧的卷芯A上，将所述叠层B的尾端固定，进而防止卷芯A松散。

采用图4-图6所述三种实施方式可以有效防止卷芯A放生松散问题，保证进行后续工艺制备弧形锂电池时的产品质量。图4-图6仅为本申请叠层尾端固定方式的具体三种示例，在其他实施方式中，还可以是太三种实施方式中的任意两种或是同时采用该三种实施方式。

在本实施例中，所述胶带可以是由一层聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺或其他聚合有机物基体，一面增加亚克力胶或其他起粘接作用的胶构成，其作用是固定结构、保护极片以杜绝毛刺割伤造成的短路等问题。

通过上述描述可知，本实施例所述卷芯两端各层的叠层均为弧形结构，在进行弧形塑造制备弧形锂电池时，由于卷芯两端的相邻的两层叠层之间为圆弧接触，二者之间受力均匀，不易导致叠层由于受力不均损坏，能够防止短路问题；而且圆弧与圆弧之间便于相对滑动，进而便于进行弧形塑造，便于形成弧形结构的锂电池，可制备圆心角在大于0°，小于或等于360°任意弧度的弧形锂电池。

实施例二

基于上述实施例，本实施例提供了一种弧形锂电池，参考图7，所述弧形锂电池包括：采用上述实施例所述的卷芯经过弧形塑造的电池单体E，所述单体电池E的弧形弯曲方向垂直于所述卷芯的延伸方向，且垂直于各叠层非弧形的表面。本实施例所述垂直指弧形弯曲方向垂直于卷芯未弯曲时的延伸方向以及各叠层非弧形的表面。

所述卷芯两端为弧形结构，该两端连线方向为卷芯的延伸方向。因此，在图3所示平面图上，所述弧形弯曲方向指垂直于所述卷芯的延伸方向。

图7所示弧形锂电池是上述实施例所述卷心的一种弯曲方式，此时，两个极耳位于弯曲后的弧形电池的弧形结构的内表面，图3所述结构卷芯的两端同时向上弯曲可形成图7所示弧形锂电池的弧形结构。

在其他实施方式中，两个极耳还可以位于弯曲后的弧形电池的弧形结构的外表面，图3中所示结构的卷芯的两端同时向下弯曲即可使得两个极耳位于弯曲后的弧形电池的弧形结构的外表面。

所述卷芯为上述实施例所述卷芯，包括正极片、负极片以及设置在所述正极片与负极片之间的隔膜。

正极片包括正极涂层和正极集流体，所述正极片与正极耳形成电池正极。正极涂层是正极活性物质、导电碳、粘接剂以一定的比例混合而成，能够提高电池储电容量，提高电池性能。其中，正极活性物质包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂等Ni-Co-Mn类三元素锂氧化物LirNixCoyMnzO2(其中r、x、y、z可以取值0-1.5)，磷酸铁锂、磷酸钒锂、磷酸锰锂等磷酸盐类物质LiMPO4(M=Fe、V、Mn、Co等元素中的一种或几种)。导电碳包括无定型碳(如Super P、乙炔黑、科琴黑等)、石墨类碳(如KS-6等)以及新型纳米导电碳(如纳米碳纤维、碳纳米管、石墨烯等)。所述正极集流体为厚度在8μm-50μm之间的铝箔，包括端点值。

负极片包括负极涂层和负极集流体，所述负极片与负极耳形成电极负极。负极涂层是负极活性物质、导电碳、分散剂及粘接剂以一定的比例混合而成，能够提高电池储电容量，提高电池性能。其中，负极活性物质包括天然石墨、人造石墨(含石墨烯)、复合石墨、硬碳、硅、硅的氧化物、硅碳材料等。导电碳包括导电碳包括无定型碳(如Super P、乙炔黑、科琴黑等)、石墨类碳(如KS-6等)以及新型纳米导电碳(如纳米碳纤维、碳纳米管、石墨烯等)。所述负极集流体为厚度为8μm-50μm之间的铝箔，包括端点值；或为厚度为5μm-50μm之间的铜箔，包括端点值。

隔膜为聚烯烃经干法或湿法拉伸而成的单层或是多层薄膜，如单层聚乙烯隔膜，单层聚丙烯隔膜以及由聚乙烯层和聚丙烯层复合而成的多层隔膜，所述多层隔膜可以包括2-3层薄膜结构。所述隔膜在锂电池中隔开正负极片，并且具有电子绝缘性和离子导电性。

本实施例所述弧形锂电池，包括正极涂层以及负极涂层，提高了正负极的活性，进而提高了锂电池的储电容量和电池的性能。同时所述弧形锂电池采用实施例所述卷芯通过弧形塑造制备而成，便于进行弧形塑造，便于形成弧形结构的锂电池，可制备圆心角在大于0°，小于或等于360°任意弧度的弧形锂电池。

实施例三

本实施例提供了一种上述实施例所述弧形锂电池的制作方法，该方法包括：

步骤S11：将依次铺设的正极片、隔膜以及负极片的叠层通过卷绕方式形成卷芯，其中，所述卷芯两端各层的叠层均为弧形结构，所述叠层的尾端铆接有间隔分布的正极耳与负极耳。

在通过卷绕方式形成卷芯前，未了使得正极耳以及负极耳更加稳定，防止它们脱落，可以在所述正极耳与所述正极片铆接处贴合胶带，在所述负极耳与所述负极片铆接处贴合胶带。

为了便于后续的弧形塑造，如上述，所述卷芯左右两端各层的叠层均为圆心角为180°的弧形结构，各层叠层的上下表面的侧线分别为对应所述弧形结构的切线，即各层叠层的上表面与下表面是通过半圆弧形连接。

为了防止卷芯松散，还可以采用胶带对所述叠层的末端进行固定，具体实施方式可参见实施例，在此不再赘述。

步骤S12：将所述卷芯放置在设定的包装膜内，灌注电解液、密封后形成单体电池。

所述包装膜是由一层聚丙烯薄膜、一层铝箔以及一层尼龙膜三层形成复合膜。其中，可以用高温膜替换所述尼龙膜。

电解液为以LiPF6作为锂盐，以碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯中的一种或是多种为溶剂的电解液，还可以在该电解液中添加各种功能添加剂以增加电池性能。在该步骤中，需要对所述包装膜进行折边，将侧边包装膜折在包装膜的末冲型面或浅坑面。

步骤S13：在垂直于所述卷芯的延伸方向上对所述单体电池进行弧形塑造，形成具弧形锂电池，其中，所述单体电池的弧形弯曲方向垂直于所述卷芯的延伸方向，且垂直于各叠层非弧形的表面。

在进行弧形塑造时，可首先采用辊轮塑形的方式，对所述单体电池进行初步的弧形塑造，该塑造方法可以是一个辊轮多次塑造，也可以是不同辊径的多个辊轮多次塑造。然后，经过设定模具的进一步弧形塑造，形成特定弧形结构的弧形锂电池。本实施例所述制作方法制备的卷芯两端各层的叠层均为弧形结构，在进行弧形塑造制备弧形锂电池时，由于卷芯两端的相邻的两层叠层之间为圆弧接触，二者之间受力均匀，不易导致叠层由于受力不均损坏，能够防止短路问题；而且圆弧与圆弧之间便于相对滑动，进而便于进行弧形塑造，便于形成各种弧度的弧形结构的锂电池。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种弧形锂电池的卷芯，其特征在于，包括：

相对设置的正极片以及负极片；

设置在所述正极片与负极片之间的隔膜；

其中，所述正极片、隔膜以及负极片的叠层通过卷绕方式制成卷芯，所述卷芯两端各层的叠层均为弧形结构；所述叠层的尾端铆接有间隔分布的正极耳与负极耳。

2.根据权利要求1所述的弧形锂电池的卷芯，其特征在于，所述卷芯两端各层的叠层均为半圆弧形；

或所述卷芯两端隔层的叠层均为半椭圆弧形。

3.根据权利要求1所述的弧形锂电池的卷芯，其特征在于，所述正极耳铆接在所述正极片的尾端，所述负极耳铆接在所述负极片的尾端，且所述正极耳以及负极耳的延伸方向为所述正极片以及负极片的延伸方向。

4.根据权利要求1所述的弧形锂电池的卷芯，其特征在于，还包括：

用于固定所述叠层尾端的胶带。

5.根据权利要求4所述的弧形锂电池的卷芯，其特征在于，所述胶带固定缠绕在所述卷芯的一端，所述叠层尾端被所述胶带固定。

6.根据权利要求4所述的弧形锂电池的卷芯，其特征在于，所述胶带贴合在所述正极耳以及负极耳之间的卷芯上，所述叠层尾端被所述胶带固定。

7.根据权利要求4所述的弧形锂电池的卷芯，其特征在于，所述胶带贴合在所述正极耳背离所述负极耳一侧的卷芯上以及贴合在所述负极耳背离所述正极耳一侧的卷芯上，所述叠层尾端被所述胶带固定。

8.根据权利要求1所述的弧形锂电池的卷芯，其特征在于，还包括：

贴合在所述负极耳与所述负极片铆接处的胶带以及贴合在所述正极耳与所述正极片铆接处的胶带。

9.一种弧形锂电池，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的卷芯经过弧形塑造的电池单体，所述单体电池的弧形弯曲方向垂直于所述卷芯的延伸方向，且垂直于各叠层非弧形的表面。

10.一种弧形锂电池的制作方法，其特征在于，包括：

将依次铺设的正极片、隔膜以及负极片的叠层通过卷绕方式形成卷芯，其中，所述卷芯两端各层的叠层均为弧形结构，所述叠层的尾端铆接有间隔分布的正极耳与负极耳；

将所述卷芯放置在设定的包装膜内，灌注电解液、密封后形成单体电池；

在垂直于所述卷芯的延伸方向上对所述单体电池进行弧形塑造，形成具弧形锂电池，其中，所述单体电池的弧形弯曲方向垂直于所述卷芯的延伸方向，且垂直于各叠层非弧形的表面。

11.根据权利要求10所述的制作方法，其特征在于，在通过卷绕方式形成卷芯前，还包括：

在所述正极耳与所述正极片铆接处贴合胶带，在所述负极耳与所述负极片铆接处贴合胶带。

12.根据权利要求10所述的制作方法，其特征在于，还包括：

在形成所述卷芯后，采用胶带对所述叠层的尾端进行固定的胶带。

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