CN105406109B - 一种曲面锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种曲面锂离子电池的制备方法及曲面锂离子电池，制备时，以初始卷绕直径连续卷绕N圈，形成内卷芯；从第N+1圈开始，每卷一圈就插入一片卷针，使每一圈的卷绕直径相对上一圈的卷绕直径增加一个扩展宽度l，直至卷绕完成，形成位于内卷芯1外围的外卷芯，外卷芯相邻圈卷材拐点之间形成间隔；将外卷芯两侧扩展宽度的部分沿内卷芯的外边缘向上向内折叠；采用具有向下凸出的弧面的夹具对电芯进行热压整形，制得一面为平面、另一面为内凹弧面的锂电池。本发明得到的电池可充分使用设备预留空间，提高电芯设计容量，制备工艺简单、有利于降低成本。

Description

一种曲面锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明属于聚合物锂离子电池制造技术领域，尤其涉及一种卷绕式曲面锂离子电池及其制备方法。
背景技术
随着移动互联网技术的发展，穿戴式智能设备已越来越普及。但如智能手表、运动手环等设备，一般都为弧形或环形，以便佩戴于手腕上，受环形结构或弧形结构的限制，如果仍采用普通的矩形电池，为适应设备预留的存放空间，电池的体积通常较小，电池的容量不足以支撑设备待机，电池的续航能力是该类设备应用上的短板。
为了适应类似穿戴式智能设备的形状，人们研发出柔性或弧形的电池。如公开号为CN103401024A的中国发明专利申请公开的一种弧形电芯、弧形电池单体、弧形电池组合结构以及制作方法，公开号为CN103915646A的中国发明专利申请公开的一种柔性锂离子电池，以及公开号为CN103441306A的中国发明专利申请公开的一种弯曲电池的制造方法，前述专利可以按照设备的弧度设计生产弧形电芯，但现有的弧形或曲面电芯的制作工艺都比较复杂，设备投入很高，而且电芯是采用弧形夹具施力后，使极片强制弯折形成弧形的整体结构，容易存在起鼓或短路的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种曲面锂离子电池的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种曲面锂离子电池。
为了实现上述第一目的，本发明采取如下的技术解决方案：
一种曲面锂离子电池的制备方法，步骤如下：
在负极集流体上涂覆活性物质制成负极极片，在正极集流体上涂覆活性物质制成正极极片；
将正极极片、隔膜、负极极片依次叠放形成卷材进行卷绕；
以初始卷绕直径d连续卷绕N圈，形成内卷芯；
从第N+1圈开始，每卷一圈就插入一片卷针，使每一圈的卷绕直径相对上一圈的卷绕直径增加一个扩展宽度l，直至卷绕完成，形成位于内卷芯1外围的外卷芯，即第n圈的卷绕直径dn＝d+(n-N)×l，其中，n＝N,…,M，N为内卷芯的卷绕圈数，M为电芯的总卷绕圈数，外卷芯相邻圈卷材拐点之间形成间隔；
将外卷芯两侧扩展宽度的部分沿内卷芯的外边缘向上向内折叠；
采用具有向下凸出的弧面的夹具对电芯进行热压整形，并贴胶固定；
根据电芯外观特征，采用具有内凹弧形的冲型模具生产膜壳，对电芯进行封装，按传统工序完成后续工序，制得一面为平面、另一面为内凹弧面的锂电池。
为了实现上述第二目的，本发明采取如下的技术解决方案：
一种曲面锂离子电池，包括：内卷芯以及包围于所述内卷芯外的外卷芯，其中，所述内卷芯由卷材以初始卷绕直径d卷绕N圈而成，所述内卷芯相邻卷材的拐点之间没有间隔；所述外卷芯由卷材每卷一圈后卷绕直径dn增加一个扩展宽度l卷绕而成，所述外卷芯相邻卷材的拐点之间均形成有间隔；所述外卷芯两侧扩展宽度的部分沿内卷芯的外边缘向上向内折叠，热压整形后电池的一面为平面、另一面为内凹弧面。
由以上技术方案可知，本发明电池的电芯由内卷芯和外卷芯构成，外卷芯相邻卷材的拐点之间具有一定间隔，该间隔使外卷芯超出内卷芯外边缘，将外卷芯超出内卷芯的部分向上向内弯折，热压整型后形成一面为平面、另一面为内凹弧面的结构，可较好地应用于环形的曲面设备上，由于本发明电芯的外形能与存放电芯的空间吻合，提高了存放空间利用率，从而提高了电芯的待机时间，而且简化了生产工艺，有利于降低生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，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为本发明电芯的结构示意图；
图2为本发明电芯热压成型后的结构示意图；
图3为本发明电芯制成的锂电池的结构示意图；
图4为本发明电芯制成的另一种形式的锂电池的结构示意图。
具体实施方式
为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本发明实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。
本发明的目的是制备一种曲面锂离子电池，该电池的一面是平的，另一面具有向内弯曲的弧度，本发明的曲面锂离子电池可以更好地适应环形设备预留的电池存放空间，以提高电芯的设计容量。
本发明的曲面锂离子电池的制备方法如下：
采用常规工艺制备极片：在负极集流体的一侧涂覆活性物质制成负极极片，在正极集流体的两侧涂覆活性物质制成正极极片；负极集流体可采用铜箔，正极集流体可采用铝箔；
将正极极片、隔膜、负极极片依次叠放形成卷材进行卷绕，如图1所示，卷绕时，卷材以初始卷绕直径d卷绕N圈，形成内卷芯1，优选的，N≤9；
卷材从第N+1圈开始，每卷一圈后卷绕直径dn都增加一个扩展宽度l，即第N+1圈的卷绕直径的卷绕直径为d+l，第N+2圈的卷绕直径的卷绕直径为d+2l，以此类推，第n圈的卷绕直径dn＝d+(n-N)×l，其中，n＝N+1,…,M，N为内卷芯的卷绕圈数，M为电芯的总卷绕圈数，扩展宽度的增加通过插入一片新的卷针实现，每卷一圈后都插入一片新的卷针，使得第n圈卷材拐点外侧与第n+1圈卷材拐点内侧之间形成一个长为l的间隔，即扩展宽度，如此循环制备，直至卷绕完成，形成位于内卷芯1外围的外卷芯2，内卷芯1和外卷芯2构成如图1所示结构的电芯；卷绕外卷芯时，电芯的第N-M圈相邻卷材的拐点之间形成有多个间隔，每个间隔的长度均为l；
将外卷芯2两侧扩展宽度的部分沿内卷芯1的外边缘向上向内折叠；
采用具有向下凸出的弧面的夹具对电芯进行热压整形，并贴胶固定，如图2所示；
根据电芯外观特征，采用具有内凹弧形的冲型模具生产膜壳，使其与电芯结构匹配，然后对电芯进行封装，按传统工序完成后续工序，电芯注液陈化后，采用夹具进行热压老化并化成，即可得到如图3或图4所示形状的曲面锂离子电池。电芯热压老化并化成可采用对高温高压老化--常温常压化成--高温高压老化的工艺；或者高温高压老化情况下同步完成化成。
采用本发明方法制备的电芯包括一内卷芯以及位于内卷芯外的外卷芯，该内卷芯由卷材以初始卷绕直径d卷绕N圈而成，外卷芯包围于内卷芯的外围，外卷芯由卷材每卷一圈后卷绕直径dn都增加一个扩展宽度l卷绕而成，内卷芯相邻卷材的拐点之间没有间隔，外卷芯相邻卷材的拐点之间均形成有间隔，该间隔的长度为扩展宽度l。
本发明的曲面电池可充分利用如环形、弧形等设备预留的电池存放空间，有利于提高电芯设计容量，从而提高设备待机时间，解决因受电池容量所限导致的设备待机时间短的问题；而且与现有弧形或柔性电池相比，本发明电池的曲面由外卷芯扩展宽度部分折叠形成，制备工艺更简单，有利于降低制造成本。
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范围。

Claims (3)

1.一种曲面锂离子电池的制备方法，步骤如下：
在负极集流体上涂覆活性物质制成负极极片，在正极集流体上涂覆活性物质制成正极极片；
将正极极片、隔膜、负极极片依次叠放形成卷材进行卷绕；
其特征在于：
以初始卷绕直径d连续卷绕N圈，形成内卷芯；
从第N+1圈开始，每卷一圈就插入一片卷针，使每一圈的卷绕直径相对上一圈的卷绕直径增加一个扩展宽度l，直至卷绕完成，形成位于内卷芯外围的外卷芯，即第n圈的卷绕直径dn＝d+(n-N)×l，其中，n＝N+1,…,M，N为内卷芯的卷绕圈数，M为电芯的总卷绕圈数，外卷芯相邻圈卷材拐点之间形成间隔；
将外卷芯两侧扩展宽度的部分沿内卷芯的外边缘向上向内折叠；
采用具有向下凸出的弧面的夹具对电芯进行热压整形，并贴胶固定；
根据电芯外观特征采用具有内凹弧形的冲型模具生产膜壳，对电芯进行封装，按传统工序完成后续工序，制得一面为平面、另一面为内凹弧面的锂电池。
2.一种曲面锂离子电池，其特征在于，包括：内卷芯以及包围于所述内卷芯外的外卷芯，其中，
所述内卷芯由卷材以初始卷绕直径d卷绕N圈而成，所述内卷芯相邻卷材的拐点之间没有间隔；
所述外卷芯由卷材每卷一圈后卷绕直径dn增加一个扩展宽度l卷绕而成，所述外卷芯相邻卷材的拐点之间均形成有间隔；
所述外卷芯两侧扩展宽度的部分沿内卷芯的外边缘向上向内折叠，热压整形后电池的一面为平面、另一面为内凹弧面。
3.根据权利要求2所述的曲面锂离子电池，其特征在于：N≤9。
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