CN105375067A

CN105375067A - 圆柱形锂离子电池电芯装配的保形方法

Info

Publication number: CN105375067A
Application number: CN201410406427.1A
Authority: CN
Inventors: 白杨
Original assignee: CETC 18 Research Institute
Current assignee: CETC 18 Research Institute
Priority date: 2014-08-18
Filing date: 2014-08-18
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2034-08-18
Also published as: CN105375067B

Abstract

本发明涉及一种圆柱形锂离子电池电芯装配的保形方法，步骤包括：步骤1：卷绕电芯柱形电芯；步骤2：调整柱形电芯：用复数种衬层填充，使置入电池壳后的柱形电芯调整至标准圆柱状。本发明将不同厚度、不同宽度、不同层数的衬层材料作为填充材料置于电芯与壳体之间的缝隙中，调整柱形电芯局部与壳体内壁的间隙值，修正了柱形电芯轮廓上不完善的区域，保证了装配到电池壳中的柱形电芯为标准的圆柱形电芯；采用本发明控制了电池工作时内应力分布，降低了电芯不同转角松紧度差异，提高了极板电流密度一致性，减小了电池单体性能的离散度，最终提高了电池的电化学反应；本发明工艺简单、可靠，通过微调有效提高了批次电池单体质量的一致性。

Description

圆柱形锂离子电池电芯装配的保形方法

技术领域

本发明属于圆柱形锂离子电池单体制作技术领域，特别是涉及一种圆柱形锂离子电池电芯装配的保形方法。

背景技术

在目前圆柱形锂离子电池单体制作环节，圆柱电芯制备采用卷绕成形，即依次将极板a、隔膜a，极板b，隔膜b组成的多层材料(从内侧到外侧)卷绕在芯骨上。各材料以等速(阿基米德)螺线的曲线形成近似圆柱体的电堆，到达一定的尺寸(或容量)后，再以隔膜ab缠绕数圈，接缝处黏贴胶带后形成电芯体，等待置入壳体装配。由于电芯最外层轮廓不是标准圆形，电池单体组装时，壳体内通过预留出电芯满足置入壳体的余量，凭借注液、化成后其自身的膨胀特性，达到填充不同装配间隙的效果。而圆柱形锂离子电池的壳体通常选用硬壳类金属管材，内壁较为接近标准的圆形(可测、可控)。所以，目前的工艺技术路线将会造成电芯圆周不同转角区域的松紧度差异较大(与之对应微观物理特性是内应力的分布)，降低了极板电流密度和极耳的布置效果，加大了电池单体性能的离散度，影响电池的电化学反应。

发明内容

本发明为解决背景技术中存在的技术问题，提供了一种保证装配到电池壳中的圆柱形电芯为标准圆形，降低电芯不同转角区域松紧度的差异，提高极板电流密度的一致性和极耳布置效果，减小电池单体性能的离散度，提高电池电化学反应，并且工艺简单的圆柱形锂离子电池电芯装配的保形方法。

本发明包括如下技术方案：

圆柱形锂离子电池电芯装配的保形方法，其特点是：包括以下制作步骤：

步骤1：卷绕电芯

⑴分别制出一片内侧极板、内侧隔膜、外侧极板和外侧隔膜；所述内侧极板和外侧极板中有一片作为正极片、另一个作为负极片；

⑵沿轴向方向，自内至外同时将内侧极板、内侧隔膜、外侧极板、外侧隔膜卷绕成一体构成柱形电芯，所述柱形电芯中极板或隔膜各自端面的形状均为阿基米德螺线状；

步骤2：柱形电芯的调整过程

步骤1⑵制成的柱形电芯置入电池壳前或置入电池壳过程中，通过复数种衬层作为填充材料，将置入电池壳后的柱形电芯调整至标准圆柱状，完成本发明圆柱形锂离子电池电芯装配的保形过程。

本发明还可以采用如下技术措施：

所述步骤2中复数种衬层包括两条宽度不同的胶带双衬层、一条硬膜单衬层、两条宽度不同的金属箔双衬层和一条柔性膜单衬层。

所述柱形电芯调整的过程为：

⑴以所述柱形电芯的轴心线为回转中心，以柱形电芯卷绕的最终结束点开始，沿卷绕方向，在柱形电芯上先后黏贴小宽度、大宽度的两条胶带双衬层，两条胶带双衬层的长度方向沿柱形电芯轴向方向的中心对称，圆周上胶带的结束棱边分别对应角度为84°和120°；

⑵在所述硬膜单衬层两端黏贴631S胶带，形成“H”形结构，以所述柱形电芯的轴心线为回转中心，以柱形电芯中内侧极板的结束点开始作为0°，沿卷绕方向，将硬膜单衬层两端黏贴在柱形电芯上，硬膜单衬层两端与柱形电芯两端对齐，圆周上硬膜单衬层宽度中心对应角度为313°；

⑶电池单体壳体清洗完成后，在所述壳体内壁先后黏贴小宽度、大宽度的两条金属箔双衬层，黏贴的位置为以设定柱形电芯置入壳体的位置为基准，以金属箔双衬层长度方向偏置柱形电芯负极耳端5-8mm，柱形电芯的轴心线为回转中心，从内侧极板结束点开始作为0°，沿卷绕方向，小宽度的金属箔双衬层起始棱边对应的转角为50°、大宽度的金属箔双衬层中心对应转角45°；

⑷按照所述设定柱形电芯置入壳体的位置将柱形电芯置入壳体，以柱形电芯的轴心线为回转中心，从内侧极板结束点开始作为0°，沿卷绕方向，在柱形电芯与电池单体壳体之间的缝隙里置入所述柔性膜单衬层，柔性膜单衬层的结束棱边对应角度为180°，裁去柔性膜单衬层裸露的部分，即完成柱形电芯调整的过程。

所述内侧极板为正极板，正极板的基材为铝箔，铝箔上的活性材料为钴酸锂，铝箔的长×宽×厚＝4350mm×133mm×145μm；所述外侧极板为负极板，负极板的基材为铜箔，铜箔上的活性材料为MCMB，铜箔的长×宽×厚＝4460mm×138mm×143μm；所述内侧隔膜和外侧隔膜的基材均为PP/PE/PP的Celgard三层复合膜，内侧隔膜和外侧隔膜的长×宽×厚相同，并且均大于5250mm×155mm×38μm；所述胶带双衬层为两条631S聚酰亚胺胶带，其中一条胶带双衬层的尺寸为长×宽×厚＝145mm×7mm×50um、另一条胶带双衬层的长×宽×厚＝145mm×22mm×50um；所述硬膜单衬层为一条长×宽×厚＝155mm×4mm×25um的KaptonCR25聚酰亚胺薄膜；所述金属箔双衬层为两条亚化D84纯铝箔胶带，其中一条金属箔双衬层的尺寸为长×宽×厚＝150mm×6mm×80um、另一条金属箔双衬层的尺寸为长×宽×厚＝150mm×8mm×80um；所述柔性膜单衬层为一条长×宽×厚＝190mm×25mm×10um的LLD-PE-10保鲜膜。

本发明具有的优点和积极效果：

1、本发明在电池单体置入壳体前或过程中，通过有选择性的在柱形电芯外圆周或壳体内，将不同厚度、不同宽度、不同层数的衬层材料作为填充材料置于电芯与壳体之间的缝隙中，调整柱形电芯局部与壳体内壁的间隙值，起到支撑、定位的双重作用，修正了柱形电芯轮廓上不完善的区域，调整的位置点趋近于理想包络圆，保证了装配到电池壳中的柱形电芯为标准的圆柱形电芯；

2、采用本发明装配成电池后，可规划、调整电芯膨胀的变化方向、最终大小，控制了电池工作时内应力的分布，有效降低了电芯不同转角区域的松紧度差异，减小了电池极板在长度上的电化学反应周期性波动，提高了极板电流密度的一致性和极耳布置的效果，减小了电池单体性能的离散度，最终提高了电池的电化学反应。

3、本发明工艺简单、可靠，通过微调有效提高了批次电池单体质量的一致性。

附图说明

图1为本发明制作的圆柱形锂离子电池电芯的轴向端面示意图；

图2为本发明制作的圆柱形锂离子电池电芯三维径向剖视示意图。

图中的标号分别为：1-内侧极板；2-内侧隔膜；3-外侧极板；4-外侧隔膜；5-圆柱形电芯；6-胶带双衬层；7-硬膜单衬层；8-金属箔双衬层；9-柔性膜单衬层。

具体实施方式

为能进一步公开本发明的发明内容、特点及功效，特例举以下实例详细说明如下。

圆柱形锂离子电池电芯装配的保形方法，步骤包括：

步骤1：卷绕柱形电芯

⑵沿轴向方向，自内至外同时将内侧极板、内侧隔膜、外侧极板、外侧隔膜卷绕成一体构成柱形电芯，所述柱形电芯中极板或隔膜各自端面的形状均为阿基米德螺线状。

本发明的创新点包括步骤2：

步骤2：柱形电芯的调整过程

本发明的创新点还包括以下过程：

所述步骤2中复数种衬层包括两条宽度不同的胶带双衬层、一条硬膜单衬层、两条宽度不同的金属箔双衬层和一条柔性膜单衬层；

所述柱形电芯调整的过程为：

⑷按照所述设定柱形电芯置入壳体的位置将柱形电芯置入壳体，以柱形电芯的轴心线为回转中心，从内侧极板结束点开始作为0°，沿卷绕方向，在柱形电芯与电池单体壳体之间的缝隙里置入所述柔性膜单衬层，柔性膜单衬层的结束棱边对应角度为180°，裁去柔性膜单衬层9裸露的部分，即完成柱形电芯调整的过程。

实施例：

步骤1、卷绕柱形电芯

⑴分别制出一片作为正极板的内侧极板1、内侧隔膜2、作为负极板的外侧极板3和外侧隔膜4；其中如表1中参数所示，内侧极板的基材为铝箔、铝箔上的主要成分即活性材料为钴酸锂，铝箔的长×宽×厚＝4350mm×133mm×145μm；外侧极板的基材为铜箔，铜箔上的主要成分即活性材料为MCMB，铜箔的长×宽×厚＝4460mm×138mm×143μm；内侧隔膜和外侧隔膜完全相同，即内侧隔膜和外侧隔膜的基材均为Celgard三层复合膜，主要成分为均PP/PE/PP，长×宽×厚均大于5250mm×155mm×38μm；

⑵沿轴向方向，自内至外同时将内侧极板、内侧隔膜、外侧极板、外侧隔膜卷绕成一体构成柱形电芯，内侧极板和外侧极板卷绕结束后，内侧隔膜和外侧隔膜再缠绕两圈，最后用胶带黏贴在内侧隔膜和外侧隔膜的接缝处，完成如图1所示圆柱形锂离子电池电芯的轴向端面为柱形电芯5的卷绕过程；观察从图1得出，所述内侧极板、内侧隔膜、外侧极板和外侧隔膜各自形成了阿基米德螺线；

表1：柱形电芯材料各层的参数表：

步骤2、柱形电芯的调整过程

⑴如表2中参数所示，分别制出两条不同尺寸的631S聚酰亚胺胶带作为胶带双衬层，其中一条胶带双衬层的尺寸为长×宽×厚＝145mm×7mm×50um、另一条胶带双衬层的长×宽×厚＝145mm×22mm×50um；一条KaptonCR25聚酰亚胺薄膜作为硬膜单衬层，硬膜单衬层的尺寸为长×宽×厚＝155mm×4mm×25um；两条不同尺寸的亚化D84纯铝箔胶带作为金属箔双衬层8，其中一条金属箔双衬层的尺寸为长×宽×厚＝150mm×6mm×80um、另一条金属箔双衬层的尺寸为长×宽×厚＝150mm×8mm×80um；一条LLD-PE-10保鲜膜作为柔性膜单衬层9，柔性膜单衬层为一条长×宽×厚＝190mm×25mm×10um；

⑵如图1和图2所示，以步骤1制成的柱形电芯轴心线为回转中心，转角起始点以内侧极板结束时为0°，沿卷绕方向，先后在柱形电芯上黏贴步骤2⑴制出的7mm宽和22mm宽的胶带双衬层，胶带双衬层的长度方向沿圆柱形电芯轴向方向的中心对称，圆周上胶带的结束棱边分别对应角度为84°和120°；

⑶在步骤2⑴制出的硬膜单衬层7两端黏贴7mm宽的631S胶带，形成“H”形结构；以所述柱形电芯的轴心线为回转中心，转角起始点以内侧极板结束时为0°，沿卷绕方向，将硬膜单衬层两端黏贴在柱形电芯上，硬膜单衬层两端与柱形电芯两端对齐，圆周上硬膜单衬层宽度中心对应角度为313°；

⑷电池单体壳体清洗完成后，在所述壳体内壁先后黏贴6mm宽和8mm宽的金属箔双衬层，黏贴的位置为以设定柱形电芯置入壳体的位置为基准，以金属箔双衬层长度方向偏置柱形电芯负极耳端5-8mm，柱形电芯的轴心线为回转中心，转角起始点以内侧极板结束时为0°，沿卷绕方向，6mm宽的金属箔双衬层起始棱边对应的转角为50°、8mm宽的金属箔双衬层中心对应转角为45°；

⑸步骤2⑷完成后，将步骤2⑶完成的柱形电芯进行置入壳体装配，以柱形电芯的轴心线为回转中心，转角起始点以内侧极板结束时为0°，沿卷绕方向，在柱形电芯与电池单体壳体之间的缝隙里置入所述柔性膜单衬层，柔性膜单衬层的结束棱边对应角度为180°，装入到电池单体壳体中的电芯形成了标准圆柱形电芯，最后裁去柔性膜单衬层裸露的部分，即完成本发明圆柱形锂离子电池电芯装配的保形过程。

表2：各衬层的参数表：

本发明的工作原理：

本发明基于圆柱形锂离子电池的电芯轮廓特性的认识，选用合适材料及其组合，以填充原理调整电芯局部与壳体内壁的间隙值，使修正后的间隙分布曲线在多点或区域趋近了理想的包络圆，对控制电芯膨胀以及内应力分布、装配工艺性等起到了显著效果，最终提高电池质量水平。

尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.圆柱形锂离子电池电芯装配的保形方法，其特征在于：包括以下制作步骤：

步骤1：卷绕电芯

步骤2：柱形电芯的调整过程

2.根据权利要求1所述圆柱形锂离子电池电芯装配的保形方法，其特征在于：所述步骤2中复数种衬层包括两条宽度不同的胶带双衬层、一条硬膜单衬层、两条宽度不同的金属箔双衬层和一条柔性膜单衬层。

3.根据权利要求2所述圆柱形锂离子电池电芯装配的保形方法，其特征在于：所述柱形电芯调整的过程为：

4.根据权利要求3所述圆柱形锂离子电池电芯装配的保形方法，其特征在于：所述内侧极板为正极板，正极板的基材为铝箔，铝箔上的活性材料为钴酸锂，铝箔的长×宽×厚＝4350mm×133mm×145μm；所述外侧极板为负极板，负极板的基材为铜箔，铜箔上的活性材料为MCMB，铜箔的长×宽×厚＝4460mm×138mm×143μm；所述内侧隔膜和外侧隔膜的基材均为PP/PE/PP的Celgard三层复合膜，内侧隔膜和外侧隔膜的长×宽×厚相同，并且均大于5250mm×155mm×38μm；所述胶带双衬层为两条631S聚酰亚胺胶带，其中一条胶带双衬层的尺寸为长×宽×厚＝145mm×7mm×50um、另一条胶带双衬层的长×宽×厚＝145mm×22mm×50um；所述硬膜单衬层为一条长×宽×厚＝155mm×4mm×25um的KaptonCR25聚酰亚胺薄膜；所述金属箔双衬层为两条亚化D84纯铝箔胶带，其中一条金属箔双衬层的尺寸为长×宽×厚＝150mm×6mm×80um、另一条金属箔双衬层的尺寸为长×宽×厚＝150mm×8mm×80um；所述柔性膜单衬层为一条长×宽×厚＝190mm×25mm×10um的LLD-PE-10保鲜膜。